四轮定位作用与原理
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转向车轮定位作用与原理
定义：为了使转向轻便和行驶稳定，减少轮胎和机件的磨损，应使主销和转向轮保持一定的安装角度，称为转向轮定位(即前轮定位)。
内容包括：主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束四项。
一、主销后倾
1.定义
(1)主销后倾：主销装在前轴上，其上端向后倾斜，这种现象叫主销后倾。
(2)主销后倾角：在纵向垂直平面内，垂线与主销轴线之间的夹角γ叫主销后倾角，如图16-2所示。
2.作用
如图16-2所示，主销后倾的作用主要是为了保持汽车直线行驶的稳定性，并使汽车转向后，前轮有自动回正的作用。
图16-2 主销后倾示意图
3.作用原理
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力y。y对车轮形成绕主销轴线作用的回正力矩m=yl，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。
现代汽车γ角一般不超过3°。高速车由于路面的侧向反力y较大，并且常使用超低压子午线扁平轮胎，轮胎弹性也大。行驶时轮胎与路面接地点后移，稳定力矩的力臂l增加，因此，后倾角可以减小甚至为负值(即主销前倾)。
图16-3 用楔形垫块形成主销后倾
1-前轴；2-前铰链；3-橡胶缓冲块；4-车架；5-支架；6-后吊耳；7-钢板弹簧；8-楔形垫块
4.主销后倾角的获得方法
主销后倾角的获得一般是前轴、钢板弹簧和车架三者装配在一起时，由于钢板前高后低，使前轴向后倾斜而形成。有的在钢板座后部加装楔形垫片而形成后倾(见图16-3)。
由此可知，车架变形、钢板弹簧疲劳、转向节松旷、车桥扭转变形等原因，都将使主销后倾角发生变化。
二、主销内倾
1.定义
(1)主销内倾：主销在前轴上安装时，其上端略向内倾斜，这种现象称为主销内倾。
(2)主销内倾角：在横向平面内，主销轴线与垂线之间的夹角β叫主销内倾角(如图16-40所示)。
2.作用
主销内倾角的作用也是为了保持汽车直线行驶的稳定性。
3.作用原理
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16-4b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。
图16-4 主销内倾示意图
主销内倾还使得主销轴线与路面交点到车轮中心面与地面交点的距离c减小(图16-4a所示)，从而使转向轻便。
一般内倾角β不大于8°，距离c一般为40mm～60mm。但目前β角有增大的趋势，这不仅是为了提高直线行驶的稳定性，而是为了高速车急起步，急加速、急制动、急转向工况行驶安全性的需要。
减小力臂c，有时此力臂为负值，这样，可有效地防止双管路对角排列的制动系统在一管路故障的情况下，制动跑偏的问题。由于力臂c为负值，就产生了一个抗偏力矩：m=fb•(-c)。当然，过大的内倾会使转向沉重。但由于转向助力器的广泛使用，β角仍可适当增大。
4.主销内倾角的获得方法
主销内倾角是由前轴在制造时其主销孔轴线的上端向内倾斜而获得的。前轴弯曲变形及主销与销孔磨损变形都能引起主销内倾角改变。
5.主销后倾和主销内倾自动回正作用的区别
综上所述，主销后倾和主销内倾都使汽车转向时自动回正，保持直线行驶的稳定。所不同的是，主销后倾的回正作用与车速有关，而主销内倾的回正作用与车速无关。这样，在不同的车速时，各自发挥其稳定作用。
三、前轮外倾
1.定义
(1)车轮外倾：前轮安装在车桥上时，其旋转平面上方略向外倾斜，这种现象称为车轮外倾。
(2)前轮外倾角：在通过车轮轴线的垂直面内，车轮轴线与水平线之间所夹的锐角α，也等于垂线与车轮中心平面所构成的锐角，叫前轮外倾角。一般为1°左右，如图16-4a所示。
2.作用
前轮外倾的作用是避免汽车重载时车轮产生负外倾，提高汽车行驶安全性。
3.作用原理
如果空车时车轮正好垂直于路面，则满载时车轮将因承载变形而可能出现车轮内倾。车轮内倾后，将加速汽车轮胎偏磨。同时，地面对车轮的垂直反力便产生一个沿转向节轴向向外的分力。此力使车轮外轴承及其锁紧螺母等零件负荷增大，寿命缩短，严重时使车轮脱出。当安装车轮预留有外倾角α时，就能防止车轮内倾。同时，车轮外倾还可以与拱形路面相适应。
但随着高速公路的出现和车速的不断提高，车轮外倾角α减小，有的还为负值。因为高速转向时，离心力较大，车身的外倾加大，使轮胎产生更大的正外倾，轮胎外倾变形加剧(α外<α内)。外侧边滚边滑，内侧边滚边揉，俗称“啃胎”。采用前轮负外倾，使轮胎内外磨损均匀，提高了纯滚动转向性能和车身的横向稳定性。
4.前轮外倾角的获得方法
前轮外倾角是在设计转向节时使其轴颈线与水平面成一角度α，即为前轮外倾角。
四、前轮前束
1.定义
(1)前轮前束：前轮安装时，同一轴上两端车轮的旋转平面不平行，前端略向内束，这种现象称为前轮前束。
(2)前束值：左右轮后方距离a与前方距离b之差(a-b)称为前束值。当a-b >0时，前束值为正，反之则为负(图16-5所示)。
图16-5 前轮前束
2.作用及作用原理
前轮有了外倾角后，在滚动时类似于滚锥，两侧车轮有向外滚开的趋势，由于车桥和转向横拉杆的约束，两前轮在向前外侧滚动的同时向内侧横向滑动，其结果使轮胎磨损增加，俗称“吃胎”。前轮前束的作用就是使锥体中心前移，消除车轮外倾带来的这种不良后果。因此，前束与外倾相互关联，属性相同的成对出现。
3.调整
前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整，使两轮的前后距离差值符合规定要求，一般此值小于0～12mm。
由于外倾角有的为负值，而前束是为了协调外倾的不良后果，因此，前束值也有减小或为负值的。
高速车很重视前后轮胎轨迹的重合性。只有轨迹重合，才利于提高车速，直线行驶稳定，使前后轮胎相对横向滑移量最小。为此，有的高速汽车后轮也有外倾和前束。
