汽车转向轮定位角专题讲座

主销后倾角 如图d-zx-24

图d-zx-24

 

当汽车水平停放时，在汽车的纵向垂面内，主销上部向后倾斜一个角度r,称为主销后倾角。当主销具有后倾角时，主销轴线与路面交点A 将位于车轮与路面接触点的前面。当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转（例如向右偏转，如图中箭头所示），将使汽车行驶方向向右偏离。这时由于汽车本身离心力的作用，在车轮与路面接触点 B 处，路面对车轮作用着一个侧向反作用力 Y 。图d-zx-25

图d-zx-25

反力 Y 对车轮形成饶主销轴线作用的力矩 Yl ，其方向正好与车轮偏转方向相反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原来中间位置，从而保证汽车能稳定地直线行驶，故此力矩称为稳定力矩（回正力矩）。但此力矩也不宜过大，否则在转向时为了克服此稳定力矩，驾驶员须在转向盘上施加较大的力（即所谓转向盘沉重）。因稳定力矩的大小取决于力臂 l 的数值，而力臂又取决于后倾角 r 的大小，因此，为了不使转向盘沉重，主销后倾角r 不宜过大。现在一般采用不超过 2 到 3 度的后倾角。现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加，而引起稳定力矩增加，因此 r 可以减小至或接近于零，甚至为负。

主销内倾角

主销内倾角如下图所示：

图d-zx-26

当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，主销轴线与地面垂线的夹角为主销内倾角。

主销内倾角的作用是使车轮自动回正。通常车轮轴线不在水平面，为了方便说明这里假设直线行驶时车轮轴线在水平面上。对于车轮轴线不在水平面的情况，只要把下图的水平面改为锥面。如图d-zx-27所示，考虑该水平面上和主销有交点的直线，主销与这些直线的夹角有一个最大值。而汽车直线行驶时，车轮轴线与主销的交角恰为这个最大值。车轮轴线与主销夹角在转向过程中是不变的，当车轮转过一个角度，车轮轴线就离开水平面往下倾斜，致使车身上抬，势能增加。这样汽车本身的重力就有使转向轮回复到原来中间位置的效果。

图d-zx-27

让我们看一看极限情况,即转向轮转到相反一面，车轮轴线下倾最多时。图中车轮陷入了路面以下，而车轮是不可能陷入路面以下，所以只能是车身抬高一些。 如图d-zx-28

图d-zx-28

主销内倾角的另一个作用是使主销轴线与路面的交点到车轮接地面的中心的距离（内偏置距）e减小，可以减小转向阻力矩，及底面冲击力对方向盘的作用。

再来看看回正力矩的情况。汽车除了有主销后倾，还有内偏置。内偏置距如图d-zx-30所示。这时我们这样解释回正力矩：红色箭头表示的是地面阻力，它给车轮一个绕主销转动的力矩（如动画d-zx-29黄色矩形所示）。

动画d-zx-29	图d-zx-30

 

前轮只转向不驱动时，外轮的回正力矩大于内轮所受回正力矩，总的效果是使内外轮顺着图中蓝色箭头转动。因此回正力矩总的效果是使汽车回正。

请看回正力矩的情况。动画D-zx-31

动画d-zx-31

当前轮是驱动轮时，图D-zx-32驱动力和地面阻力各自反向，驱动力的作用会加大车轮的偏转。因此前轮驱动的车，主销后倾角很小，从而使力矩减小。

图d-zx-32

 

前轮外倾角

如图d-zx-33所示，当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，车轮平面与地面垂线的夹角为前轮外倾角。如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时车桥因承载变形而可能出现车轮内倾，这样将加速车轮胎的磨损。另外，路面对车轮的垂直反力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低它们的寿命。因此，为了前轮有一个外倾角。但是外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。

图d-zx-33

在现代一些独立悬架的轿车上，前轮采用了负的外倾角，这往往是为了减小在高速转向时车身的侧倾。

前轮前束

图d-zx-34所示为前轮前束示意图。

图d-zx-34

车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于滚锥，从而导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束车轮不致向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边向内滑的现象，从而增加了轮胎的磨损。为了避免这种由于圆锥滚动效应带来的不良后果，将两前轮适当向内偏转，即形成前轮前束。

我们称两前轮后边缘的距离Ａ与前边缘的距离Ｂ的差为前轮前束。

在前轮驱动的汽车上，因为驱动力是向前作用于车轮，所以在设计中要考虑到这一因素对前轮前束值的影响，有时会出现零前束和负前束的情况。