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1、汽车研究与开发设计与计算车轮定位与轮胎磨损关系分析解放军军事交通学院汽车工程系 安相璧 李树珉 马 效[摘要]本文根据车轮侧偏理论,具体分析了车轮外倾角、前束角与轮胎磨损的关系;提出了根据轮胎特性选择前束角、根据前轮侧滑量调整前束角以减少轮胎磨损量的方法。叙词: 车轮定位 轮胎 磨损 分析 为了保证汽车具有良好的转向特性和行驶特性,汽力,侧向应力与侧向变形成正比;当侧向应力与地面摩车转向轮(多为前轮)设置有车轮外倾角、车轮前束角、擦力相等时,轮胎开始滑移。主销内倾角与主销后倾角等。由于定位角特别是车轮外倾角和前束角的存在,给汽车轮胎磨损带来较大影响。实践表明,汽车轮胎
2、的快速磨损、畸形磨损,除与轮胎自身质量、车轮动平衡、轮胎气压等因素有关外,另一重要原因就是车轮外倾角、前束角的大小及其匹配不合理。1车轮外倾角与轮胎磨损的关系具有外倾角的车轮与地面接触部分存在外倾侧向力F′,外倾侧向力与外倾角的大小成线性关系,即:F′A=KAA(1)式中:KA——侧倾刚度,Nö(°);A——外倾角,(°)。图1是某普通斜交轮胎、某子午线轮胎外倾侧向力图2 外倾侧向力作用下轮胎侧偏示意图与外倾角的关系曲线。图3中,y轴代表轮胎侧偏变形量,x轴代表轮胎接地印迹长度,OX为车轮无外倾时车轮印迹中心线,AC为车轮在外倾侧向力作用下的静变形接地印迹中心线,B为侧
3、偏角。车轮滚动时在A点开始与地面接触,经过时间t到达B点之后轮胎变形产生的侧向应力和侧向摩擦力相等,轮胎开始向C点滑移,滑移至C点后轮胎又将重复以上变形滑移过程。轮胎与地面间的滑移,加剧了轮胎的磨损,并导致畸形磨损。图1 外倾侧向力与外倾角关系曲线由于轮胎为弹性体,在外倾侧向力作用下轮胎底部与地面接触处将发生侧向变形,如图2(a)所示,aa为右前轮侧向变形后轮胎接地印迹中心线,它与车轮中心线AA平行。当车轮在路面滚动时,轮胎接地印迹中心线aa将不再与AA平行,而是偏移一定角度B,我们称之为外倾侧偏角,如图2(b)所示,最先落地的轮印迹点′(A1)离车轮中心线AA近,侧向
4、变形小;以后相继落地′′′的轮胎印迹点(A2,A3,A4⋯⋯)离车轮实际行驶直线图3 侧偏过程中轮胎的变形滑移AA越来越远,侧向变形也越大。侧向变形产生侧向应·30·©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2001年第2期设计与计算 外倾角加大,外倾侧向力也增大,轮胎侧向变形加剧,轮胎侧向应力随之增大,从而加大了滑移区,最终导致轮胎表面参与滑移的面积增加,使轮胎的磨损更加严重。图4为轮胎磨损与外倾角关系的试验结果曲线。图5 轮胎磨损与前束关系的试验曲线3车轮外倾角与前束角的匹配对轮胎
5、磨损的影响图4 轮胎磨损与外倾角关系的试验曲线以上分析可以看出,汽车在平直公路上直线行驶另外,具有外倾角的车轮,还会导致轮胎单边磨损时,车轮外倾角的存在使轮胎产生向外的侧偏,前束角严重。整个车轮以同一角度滚动,以同一速度前进。半的存在使轮胎向内侧偏;对同一车轮而言,若能选取适径大的部分线速度大于行驶速度,于是在轮胎与地面间当的外倾角与前束角,即可使外倾引起的侧偏与前束引发生滑转(或滑转趋势);半径小的部分线速度小于行驶起的侧偏相互抵消或部分抵消,达到减少轮胎侧向滑速度,于是在轮胎与地面间发生滑移(或滑移趋势)。使移、降低其磨损的目的。得轮胎外侧相对于内侧滑移量更大,导致
6、轮胎外侧磨损3.1根据轮胎特性合理选择前束角加剧。由于在一定范围内轮胎侧偏刚度是一固定值,所以当轮胎所受外倾侧向力与前束侧向力相等时,产生的侧偏变形也将相同。我们可以按照这一原则,根据轮胎特2车轮前束角与轮胎磨损的关系性合理选择前束角。具有前束角的车轮在路面直线行驶时,车轮企图向例如,某斜交轮胎(6.40-13)的外倾刚度KA=78.内侧运动,车轴给其一向外的力,那么在车轮接地处轮46Nö(°),侧偏刚度KB=490.35Nö(°)(当侧偏角不超胎将受到一向内的地面侧向反作用力,我们称之为前束过4°～5°时,可以认为地面作用于轮胎上的侧向反作用侧向力。在前束侧向力作用下
7、,轮胎也将产生侧向变形;力与侧偏角之比为一常数,称之为侧偏刚度。通常子午其变形方向与外倾侧向变形方向相反。同车轮在外倾侧线轮胎的侧偏刚度大于斜交轮胎的侧偏刚度。);假设车向力作用下产生侧偏,导致轮胎在接地处滑移一样,前轮外倾角为1°,那么产生的外倾侧向力为78.46N,为了束侧向力也将使轮胎在接地处产生侧偏并导致侧向滑消除此侧向力,应使车轮向内侧偏,即前束。前束角实际移,从而加剧了轮胎的磨损。上相当于侧偏角,因此前束角的大小可根据侧向力相等当前束角增加时,将有更大的轮胎面积参与滑移,原则按下式计算:磨损将更加严重。图5是轮胎磨损与前束关系
