汽車前輪擺振的原因分析及改進措施

2022-04-25 17:57:03 字數 3738 閱讀 9721

汽車前輪擺振的原因分析及改進措施前輪擺振產生的原因和影響因素複雜,既有結構設計和製造方面的原因,也有使用方面的因素。汽車的前輪轉向系統是一種多自由度的、各組成環節互相耦合的複雜的振動系統。汽車的製造工藝和複雜的使用條件,決定了轉向系統會不可避免地誘發外界對它的激振力矩(如由前輪迴轉件不平衡、路面不平整及裝配調整等因素引起)。

在一定條件下,這種來自外界的激振力矩就可使前輪轉向系統產生較大的反應———擺振。若要消除擺振現象,可以採取以下兩條措施:一是將外界的激振力矩限制在工藝上合理又現實可行的範圍內;二是增大前輪轉向系統的動態阻尼,使系統對激振力矩的影響減少到某一允許範圍內。

對汽車自身來說,影響前輪動態阻尼和激振力矩的因素包括車輪與轉向系統的剛度、前輪定位引數、前輪迴轉件平衡量、懸架結構引數及懸架以上的結構引數。

轉向系統的剛度對前輪擺振的影響及解決措施轉向系除了操縱和傳遞來自轉向盤的轉向扭矩之外,還有阻尼轉向輪自動偏轉的作用。實驗表明,車輪的擺角隨轉向系統剛度的增加而減小,而相對阻尼係數卻隨剛度的增加而提高。組成轉向系統的各個環節中,若有乙個環節的剛度特別低,則系統的剛度主要由這一環節的剛度決定。

由轉向系統剛度誘發的前輪擺振,多數原因是某些改裝單位進行汽車改裝時,對原轉向系統作了某些不恰當的結構變更。如將轉向器前移、縱拉桿加長或彎曲度增大、前輪負載與前懸比同級車增大等,從而影響了原設計的轉向系統剛度。 提高轉向系統剛度的主要措施:

1.提高轉向器自身的剛度如採用改變轉向器總成連線方式或將轉向器外殼與其安裝支架鑄造成一體的辦法。

2.提高轉向軸、轉向搖臂、縱拉桿、轉向節臂、轉向梯形臂、橫拉桿等機件的剛度如減少縱拉桿的彎曲度,在縱拉桿內徑不變的情況下將杆管直徑適度加大,加大轉向球銷尺寸。

3.提高轉向節及主銷等機件的剛度如改裝後的前軸負荷比同級車有所增大,轉向節及主銷等機件的有關尺寸應相應加大,以增加這些機件的剛度。

4.提高轉向系統零部件的加工、裝配、調整質量如確保連線螺栓必需的緊固力及符合規定的調整間隙,以保證轉向系統各連線和配合部位連線牢靠和配合間隙合理,避免因松曠而使系統的阻尼作用減弱而降低汽車的抗擺振能力。

前輪定位引數對前輪擺振的影響及改進措施前輪定位引數包括:車輪外傾角、主銷內傾角、主銷後傾角和前輪前束。前輪定位的正確與否,將直接影響操縱穩定性。

在車輛除錯和使用中應按技術規範的要求調校前輪定位,消除影響前輪定位的不利因素。

1.車輪外傾角

車輪外傾角約為0.5-1度,一般為1度左右。它可以避免汽車過載時車輪產生負外傾即內傾,同時也與拱形路面相適應。

由於車輪外傾使輪胎接地點向內縮,縮小了主銷偏移距,從而使轉向輕便並改善了制動時的方向穩定性。由於車輪外傾角約束機構如輪轂軸承松曠或損壞,使車輪外傾角變化後,都會使其與前束的對應關係破壞,從而難以保證汽車的直行穩定。

2.主銷內傾角

主銷內傾角一般為3-8度,主銷內傾是為了保證汽車直線行駛的穩定性並使轉向輕便。主銷內傾使主銷軸線與地面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小,從而可減小轉向時需施加在轉向盤上的力,使轉向輕便,同時也可減小轉向輪傳到轉向盤上的衝擊力。主銷內傾使前輪轉向時不僅繞主銷轉動,而且伴隨車輪軸及前橫樑向上移動,當放開轉向時,所儲存的上公升位能使轉向輪自動回正,從而保證汽車直線行駛的穩定性。

3.主銷後傾角

主銷後傾角通常在3度以內。主銷後傾使主銷軸線與路面的交點位於輪胎接地中心之前,該距離稱為後傾拖距。當前輪偏離直進製置時,作用於車輪上的行駛阻力使車輪繞主銷軸線返回至

直進製置,起到回正力矩的作用,使汽車具有直線行駛穩定性。回正力矩是前輪振動系統的重要引數。回正力矩過大,並與車輪擺角方向相同時,由於輪胎與路面的作用,可能把回正力矩產生的能量輸入到系統中,使車輪由偏離位置回正又繼續擺到對方,引起前輪繞主銷擺振,同時會使轉向時為克服此力矩而需在轉向盤上施加更大的力,導致轉向沉重;當回正力矩過小或變無時,轉向輪降低或失去回正特性,使行駛穩定性和轉向操縱性變壞。

對非獨立懸架的汽車來說,主銷後傾是由前鋼板彈簧的安裝位置和撓度來確定的。當改裝或實際使用中某種原因而改變鋼板彈簧的安裝或某些引數,如安裝結構、剛度、撓度、片數等,或正常使用中鋼板彈簧疲勞變形,因主銷後傾角變化造成行駛中前輪發生擺振時,一般可通過在前軸上的鋼板彈簧支承面與鋼板彈簧間加裝斜鋼板的方法來調整。

4.前輪前束

前束的作用是為了消除汽車在行駛中因車輪外傾導致的車輪前端向外張開(外傾滾錐)的不利影響,以使車輪在每一瞬時的滾動方向向著正前方。前束值過大或過小均易誘發擺振,而且造成輪胎異常磨損。

前輪迴轉件不平衡對前輪擺振的影響及改進措施在轉向系統剛度和車速一定時,前輪迴轉質量的不平衡及其端麵和徑向擺差形成週期性擾動,並使前輪擺角增大;在轉向系統剛度和不平衡量一定時,車速增大,前輪擺角也隨之增大。如在某種越野車試驗中,將車輪不平衡量增加* 倍,其擺角可增大1倍之多。

前輪迴轉件對擺振的影響

1.輪胎輪胎的製造質量不高,幾何和機械特性不均勻,主要是製造時壁厚不均勻與尺寸偏差,對汽車的擺振影響很大,行駛一定時期後,路面的拱形與凸凹不平,導致輪胎不均勻磨損使不平衡量增加。

2.輪輞和輪幅由於製造誤差產生不平衡量,使用過程中車輪(輪輞和輪幅)變形,開裂後焊補,輪胎螺栓鬆動或缺失等均會增加不平衡量。輪轂和制動鼓由於製造誤差和不加工的外表面與經車削的內加工面的不同心,產生不平衡量;此外,使用過程中內壁的不均勻磨損,使制動鼓的不平衡量增大。

3.裝配方面輪胎與輪輞、車輪與輪轂、輪轂與制動鼓的裝配方向不一致,也會產生車輪總成的不平衡。顯然,若裝配時各有關偶件失衡量在同一方向,車輪總成的不平衡量將大大增加;反之,若將其不平衡量方向錯開一定角度,則車輪總成不平衡量就會減小。

減小車輪總成不平衡量的主要措施

1.提高前輪迴轉件的製造質量,使不衡量減小到最低限度。

2.通過調整輪胎與車輪的裝配方向,在一定程度上可減小不衡量;保證輪胎氣壓符合要求並左右一致;同時要注意正確使用和維修。

懸架結構引數對前輪擺振的影響及改進措施

懸架和懸掛質量、非懸掛質量構成了乙個振動系統。從結構功能而言,懸架由彈性元件、減振裝置和導向機構組成。導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和定位引數的變化,從而在很大程度上影響了操縱穩定性;導向機構與轉向杆系的運動干涉可能引發轉向輪擺振。

前鋼板彈簧剛度小,變形大,使前輪定位失準;左右鋼板彈簧剛度、撓度、厚度和片數等不一致,減振器失效或左右阻尼特性不一致,不僅使前輪定位失常,而且使車架傾斜,使得左右輪荷不一致,也容易引起前輪擺振。

減小懸架結構引數對前輪擺振影響的主要措施:

1.合理設計懸架結構和引數,尤其是導向機構,提高懸架的縱向剛度,保持足夠的阻尼儲備。

2.裝配符合技術要求的鋼板彈簧和減振器,且左右一致。

3.確保連線螺栓必需的緊固力及符合規定的調整間隙。

其他影響前輪擺振的因素及改進措施

就汽車自身而言,因外界擾動對前輪產生激振力矩而擺振的因素很多,除上述之外,主要還有以下幾點:

1.車軸彎曲變形、位移會使車輪偏離直線向前的行駛狀態,也會引起前輪擺振。

2.車架變形或剛性差的影響。車架本身有很好的隔振作用。

車架變形易使懸架位移、車軸不平行或前輪定位失準等;車架剛性差會引起振動,對操縱穩定性不利,遇到顛簸,使承載重心交變游動,容易造成前輪擺振。

3.駕駛室與車架連線鬆動,駕駛室左右晃動導致前軸左右懸架和輪胎變形不一,造成前輪擺振。

4.傳動系是乙個多質量的彈性扭轉振動系統,其負荷隨汽車使用工況而變化。傳動系受到來自發動機、傳動系本身(如傳動軸動不平衡)的擾動而對轉向輪和轉向系統形成擾動激勵,也會引起前輪擺振。

前輪擺振的激勵源是否由傳動系引起可通過下述方法判斷:架起驅動橋,起動發動機掛檔執行,使驅動輪達到行駛時擺振車速,若車身和轉向盤都抖動,則為傳動系引起,否則為前軸、轉向系或其他原因引起。

可對上述幾點在設計、製造、裝調和使用中,採取有效措施,如離合器從動盤上安裝扭轉減振器,傳動軸動平衡應滿足技術要求並按等速排列要求安裝等,盡可能減輕和避免對前輪和轉向系統的擾動。

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