汽车转向轮定位及其对整车性能的影响

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｘ６３２５Ｔ ｔｙｐｅ ｒｏｃｋｅｒ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｕｍｐ ｈａｎｄ ｐｕｍｐ ｌｉｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｒｅａｋ ｅａｓｉｌｙ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｃｏｏｌａｎｔ ｐｕｍｐ ｃａｓｅ， ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｎｏｔ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ． Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｕｍｐｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ， ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｃｏｖｅｒ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ Ｑ２３５ ｒｅｐｌａｃｅｄ ＺＬ１０２； ｕｓｅ ｏｆ ｗｅｌｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ； ｆａｓｔｅｎｉｎｇ ｓｃｒｅｗ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｆａｓｔｅｎｉｎｇ ｓｃｒｅｗｓ ｌｅｎｇｔｈｅｎ； ｃｏｖｅｒｅｄ ｃａｎｏｐｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｓｕｃｈ ａｓ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｎｇｅｒ ． Ｐｒｏｖｅｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒａｄｉａｌ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ； ｈａｎｄ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｕｍｐ； ｂｒｅａｋ； ｐｕｍｐ ｂｏｘ； ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｃｏｏｌａｎｔ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ
Equipment Manufactring Technology No.7，2010
汽车转向轮定位及其对整车性能的影响
张异威
（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 ５４５００７）
摘 要：探讨了汽车转向轮定位的主要参数及作用，转向轮定位的意义，以及转向轮定位对汽车轮胎、汽车直线行驶的稳定性和操纵 的轻便性的影响等。 关键词：前轮定位；轮胎磨损；车辆性能
也就是我们常说的前轮定位。完整的前轮定位包括：前轮外倾
角，前轮前束，主销内倾角，主销后倾角。
１ 汽车转向轮定位原理
１．１ 车轮外倾角 车轮外倾角是指穿过轮胎的中心线，相对于严格垂直的
轮胎的倾斜程度。从车辆前面看，车轮外倾角是轮胎上端从垂 直线倾斜的角度，轮胎向外倾斜，车轮外倾角为正值，向里倾 斜为负值（如图 １ 所示）。
当转向轮外倾时，转向轮具有向外滚开的趋势。在滚动过程 中，前轴将两个转向轮向内拉，使转向轮受到向内的侧向力。因 此，汽车行驶时，两转向轮在向前滚动的同时，会向内侧滑。
当转向轮具有前束时，两转向轮前端内收。汽车行驶时， 两转向轮具有向内滚动的趋势。前轴将两转向轮向外侧推开， 使两转向轮受到向外侧的侧向力。因此，汽车行驶时，两转向 轮在向前滚动的同时会向外侧滑。
Ｒａｄｉａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｂａｓｅｄ Ｘ６３２５Ｔ Ｈａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｕｍｐ Ｃｏｖｅｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ
ＷＡＮＧ Ｙａｎ （Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１５１，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期： ２０１０－０４－０４ 作者简介：张异威（１９６９—），男，广西柳州人，工程师，研究方向：汽车底盘。
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力 y。y 对车轮形成绕主销轴线作用的回正力矩 m ＝ y L，其方 向与车轮偏转方向相反，有使车轮恢复到原来中间位置的作 用，故称为稳定力矩。同理，在汽车转弯时，此力矩也力图使偏 摆的转向车轮自动回正。车速越高，y 值越大；后倾角越大，L 值越大，前轮的稳定效应也越强，特别是在高速和大转弯时， 其作用尤为突出。但后倾角不宜过大，否则在转向时将使转向 盘沉重或回正过猛而打手。
《装备制造技术》２０１０ 年第 ７ 期
角大的一边拖曳，并产生前轮摇摆，从而加剧轮胎的磨损。 前轮前束的作用，主要是用来平衡因前轮外倾角带来的
不良后果，以保证前轮正直滚动，提高操纵的稳定性，减少车 轮在地面上的任拖磨现象。如果前束值不符合要求，就会使前 轮出现边滚边滑的状况，造成轮胎的不正常磨损。当前束值过 大时，前轮偏向行驶中心线，在滚动中必然有向外的滑移，结 果使胎面发生从外侧到内侧的横向磨损，胎面外侧磨损严重， 内侧花纹沟起毛；前轮前束过小时，情况与前束过大时正好相 反，胎面内侧磨损严重，外侧花纹沟起毛。前轮前束值不正确， 对轮胎磨损的共同特点是胎面磨得很平，磨损的速度很快。
外倾与前束共同作用的结果：若转向轮外倾与前束配合 得当，则转向轮在滚动过程中受到的综合侧向力，因大小相等 方向相反而抵消，车轮处于一种纯滚动状态。若外倾与前束配 合不得当，则转向轮产生某一方向的侧滑，如前束过大，则二 转向轮同时向外侧滑；反之，则向内侧滑。 ２．３ 转向轮定位与汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性
（下转第 １３０ 页）
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Equipment Manufactring Technology No.7，2010 长后的盖檐低于泵盒上平面 ２ ｍｍ，将泵盒完全包络 ２ ｍｍ，从 工作台溅落到泵盖的冷却液顺着盖檐直接落下。这样，冷却液 不会流到泵盒内，彻底解决了泵盒进冷却液的现象，并且不用 密封垫，降低了维修费用。
车轮 中心线
垂直线
垂直线
车轮 中心线
正外倾角
０°
负外倾角
Ｂ
图 ２ 前轮前束
前轮外倾与前束值，是前轮定位中二个重要的参数，先有 外倾后有前束，前束值是为了克服外倾带来的不利影响，而与 外倾角合理匹配设计的参数，以保证车辆前轮纯滚动和正直 行驶，防止车轮侧滑及减轻轮胎的磨损。由于前轮前束是为了 协调外倾的不良后果，对应有些汽车前轮外倾角接近于零甚 至为负值，车轮前束也可采用零或负值。 １．３ 主销后倾角
y
L
ab
x
ｒ
y 图 ４ 主销后倾角作用示意图 １．４ 主销内倾角 主销轴线在横向垂直平面内的投影线和垂线间的夹角， 即为主销内倾角。
来自百度文库αβ
C
A
D
B
c
h
ａ）
ｂ）
ｃ）
图 ５ 主销内倾角
主销内倾角有使转向轮自动回正的作用，同时具有使转 向轮转向操纵轻便的作用。主销具有内倾角 β 后，当转向车轮 在外力作用下，由中间位置偏转一个角度（如图 ５ ｂ 所示的假 设旋转 １８０°）时，车轮的最低点将陷入路面以下 h 处，但事实 上车轮不可能陷入路面以下，而是将前轮连同汽车前部向上 抬起相应高度。这样，汽车本身的重力有使前轮回复到直线行 驶位置，特别是低速和小转弯时，其作用尤为突出。
主销后倾角和主销内倾角的作用，都是保证汽车稳定直 线行驶，并使转向轻便，减少轮胎磨损。如果主销后倾角和主 销内倾角过大或过小，都会使前轮产生摇摆和振动，使冲击负 荷增大，加剧轮胎磨损。
所有轮胎的不正常磨损，都会使车辆行驶阻力增大，汽车 油耗也会增加，经济性变差。 ２．２ 转向轮定位角与车轮侧滑
转向轮定位参数不正确，会引起车轮承受侧向力而侧滑，其 中，以车轮外倾和前轮前束两参数，对车轮侧滑量的影响最大。
社，１９７６． ［２］ 曾正明． 机械工程材料手册（第 ６ 版）［Ｋ］． 北京：机械工业出版社，
２００４． ［３］ 杨立平． 常用金属材料［Ｍ］． 福州：福建人民出版社，２００６． ［４］ 成大先． 机械设计册（第 ５ 版）［Ｍ］． 北京：化学工业出版社，２００８． ［５］ 邢 敏． 机械制造册［Ｍ］． 沈阳：辽宁科学技术出版社，２００２．
（６）防锈处理。泵盖喷涂防锈漆。
３ 结束语
经常发生故障的手压润滑泵，安装更换设计改进后的泵 盖后，经实训工厂近一年的使用，没有出现泵盖破裂与泵盒进
冷却液现象，使用情况稳定良好。生产实践验证，改进设计保 证了机床正常润滑，降低了机床维修费用。
参考文献： ［１］ 第一机械工业部． 机修手册（修订第 １ 版）［Ｍ］． 北京：机械工业出版
主销后倾如图 ３ 所示，过车轮中心的铅垂线和真实或假 想的转向主销轴线在车辆纵向对称平面的投影线所夹锐角， 为主销后倾角，向前为负，向后为正。
图 １ 车轮外倾角示意图
由于主销与衬套之间、轮毂与轴承之间存在装配间隙，车 辆满载时，该间隙发生变化，可能引起车轮上部向内倾斜；前 轴在满载时也将发生变形，使车轮上部向内倾斜。这两种情况 都会出现前轮内倾。前轮内倾后，地面垂直反作用力的轴向分 力，压向轮毂外端的小轴承，使外轴承及其锁紧螺母等件的载 荷增大，寿命缩短，严重时使前轮脱出。为防止上述不良影响 的出现，设计上预先使车轮有一定的外倾角。同时，车轮外倾 也能使车轮与拱形路面相适应，减轻轮胎磨损；前轮外倾与主 销内倾配合，还能使汽车转向轻便。 １．２ 前轮前束
前轮定位参数的变化，会使汽车直线行驶的稳定性和操 纵的轻便性变差。
主销后倾角过大时，转向沉重，驾驶员容易疲劳；主销后 倾角过小时，在汽车直线行驶时，容易发生前轮摆振，转向盘 摇摆不定，车速高时发飘，转向后转向盘自动回正能力变弱， 驾驶员会失去路感；当左右车轮的主销后倾角不相等时，车辆 直线行驶时会引起跑偏，驾驶员不敢放松转向盘，难于操纵或 极易引起驾驶员疲劳。左右两轮之主销后倾角不相等超过 ３０′时车辆出现跑偏，跑偏方向朝向主销后倾角较小的一侧。
２ 转向轮定位对整车性能的影响
２．１ 转向轮定位与轮胎磨损 前轮定位任何一个参数不符合要求，都会导致轮胎的不
正常磨损，尤其前轮外倾角和前轮前束两参数不正确时，对轮 胎磨损的影响更为严重。
前轮外倾角是为了防止在负荷作用下前桥变形可能引起 车轮内倾而设置的，其作用是在汽车行驶中保持前轮直立滚 动，以减少行驶阻力和轮胎与地面的摩擦，使轮胎磨损均匀。 如果前轮外倾角不正确，就会加剧轮胎的磨损。前轮外倾角过 大时，轮胎外侧胎肩磨损严重；前轮外倾角过小时，轮胎内侧 胎肩加速磨损。当两前轮的外倾角不等时，会引起前轮向外倾
汽车前轮的前端略向前内收束，左右车轮的距离前后不 等，后端 Ｂ 略大于前端 Ａ，两轮前后端的距离差（Ｂ－Ａ）即为前
中心线 主销轴线
前进方向
中心线 主销轴线
正后倾角
０°
负后倾角
图 ３ 主销后倾角
主销具有后倾角时，主销轴线的延长线与路面的交点 a 位于轮胎与地面接触点 b 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（如图 ４ 中箭头所示），车轮 向右偏摆，汽车将转弯。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
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胎里侧单边磨损，悬挂系统零件磨损加速，车辆会朝着负外倾 角较小的一侧跑偏。
正外倾角就像正的后倾角一样，影响汽车的直线行驶稳 定性和转向轮的回正功能。当汽车转向时，由于正外倾角的作 用，外侧悬挂有向上抬离车轮的趋势，当车轮回到直线方向 时，汽车的重量压在转向轴上，帮助车轮回正；负外倾角在转 弯时，防止轮胎侧滑，同时也增加了转向阻力。大多数乘用车 和轻型卡车，都设计成正的外倾角，但很多赛车和一些高性能 的市内汽车，则采用负外倾角。
主销内倾角有使转向轮自动回正的作用，同时具有使转 向轮转向操纵轻便的作用，减少转向操纵力和跑偏现象，改善 车辆直线行驶的稳定性。
主销后倾和主销内倾，都具有使车轮自动回正及保证汽 车直线行驶稳定性的作用，但区别在于主销后倾的回正作用 与车速成正比，而主销内倾的回正作用与车速几乎无关。
正外倾角太大，轮胎外侧单边磨损，悬挂系统零件磨损加 速，车辆会朝着正外倾角较大的一侧跑偏。负外倾角太大，轮
中图分类号：Ｕ４６２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１０）０７－０１２６－０２
为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少 轮前束值。
轮胎和其他机件的磨损，降低燃油消耗，并使转向轮有自动回
正的作用，转向车轮、转向节和前轴三者与车架的安装应保持
Ａ
一定相对位置关系。这种安装位置关系，称为转向车轮定位，