雙軸轉向引起的汽車輪胎磨損成因分析

戈 劍

（淮陰工學院 校辦公室 江蘇 淮安223003）

隨著汽車工業的發展，輪胎作為汽車一個重要部件，對其性能的要求越來越高。輪胎磨損是影響輪胎壽命的主要原因。輪胎耐磨特性的優劣直接影響輪胎的行駛里程。不正常的磨損可導致輪胎的提前報廢，其造成的經濟損失也是非常大的。據據統計，輪胎的維修費用約占整臺車輛正常維修費用的15%。輪胎的不正常磨損還會造成輪胎爆破等故障，嚴重威脅汽車的行駛安全。因此，分析輪胎非正常磨損的原因，對防止輪胎非正常磨損、延長使用壽命、節約成本、提高其使用效益和保證安全作業等都具有現實意義。

1 轉向系統組成

轉向系統是用來改變汽車的行駛方向和保持汽車直線行駛的系統，它由轉向控制機構、轉向傳動裝置和轉向車輪組成，在采用動力轉向的汽車上還有功能裝置。轉向控制裝置是指控制汽車轉向運轉的部分，由駕駛員直接或間接操作，轉向力全部或部分由駕駛員的肌肉作用來提供。轉向控制裝置是使轉向效果變為機械、液力或電力方式提供的全部零件，如轉向盤、轉向軸、轉向器。轉向傳動裝置是指轉向控制裝置與轉向車輪之間傳遞轉向力的所有零件，如轉向臂、轉向縱拉桿總成、轉向節上臂等。

2 雙軸轉向結構

雙軸轉向汽車多以兩個前軸為轉向軸，具有雙前軸轉向結構的汽車，常被稱為“前四后八（輪胎）車”。雙前軸轉向結構有多種形式，基本上都能夠滿足汽車的轉向要求。雙前軸轉向結構設置前、 后兩個轉向軸由同一液壓動力轉向器操縱，前、后轉向軸的轉動方向和轉向角度基本同步。雙軸轉向傳動機構中增設前后兩個可調節長短的可調連桿，及兩轉向懸臂和四個連接銷、銷套。兩個懸臂座分別固定在車架上，前后可調連桿兩頭為正反絲扣套接，平時緊固卡子和緊固螺栓將可調連桿桿身和兩頭的接頭緊為一體，需要時松開兩頭緊固螺栓，旋轉可調連桿桿身可達到伸縮調整。調整前可調連桿的長短時，前懸臂被帶動旋轉一個角度，前懸臂的旋轉一方面是帶動前轉向直拉桿運動，使得前軸車輪轉動一個角度，另外又通過后可調連桿帶動后懸臂旋轉一個角度，引起后軸車輪轉動一個角度。因此，調整前可調連桿的長短，就是調整兩轉向軸、轉向輪與轉向搖臂的相對位置。調整后可調連桿時，只有后懸臂被帶動旋轉，因此只是調整后轉向軸、轉向輪與前轉向角的相對位置。其雙軸轉向傳動機構如圖1 所示。

圖1 雙軸轉向傳動機構示意圖

3 雙軸轉向汽車輪胎磨損分析

3.1 雙前軸轉向引起輪胎異常磨損特點

輪胎對汽車行駛平順性和轉向性能的影響很大，對保證汽車的安全性能也很重要的作用。輪胎類型不合適，氣壓不合適以及磨損的輪胎都會造成危險。如果輪胎和車輪不平衡，會加劇輪胎磨損。在使用中，輪胎除了正常磨損外，也會由于車輪定位參數不匹配或汽車轉向結構故障等而出現不正常磨損，如圖2 所示：

圖2 輪胎磨損形式及原因

雙前軸轉向汽車除了會發生上圖中的各種磨損形式外，還會因為軸間側滑而發生特殊形式的輪胎磨損。如單獨觀察每一個轉向輪，軸間側滑與輪間側滑引起的輪胎磨損形式基本相同，即磨損部位偏向一側，但是把所有轉向輪作為整體來觀察，其磨損特點就有明顯差異。

圖3 車輪定位參數不匹配時同一軸上左右車輪磨損情況

圖3 是汽車存在輪間側滑時，同一轉向軸上左、右車輪的磨損情況，兩個車輪的磨損部位同時在內側或同時在外側，原因是兩個車輪在滾動的同時發生相對或相反方向的側滑。

圖4 是汽車存在軸間側滑時同一轉向軸上左、右車輪的磨損情況，兩個車輪磨損部位同時發生在一側，而且如果前轉向軸左、右車輪的磨損部位在右側，那么后轉向軸左、右車輪的磨損部位一定在左側，即前、后轉向軸車輛磨損部位剛好在相反的方向上，這是因為前、后轉向軸各自帶左、右車輪向相反方向側滑。

圖4 雙前輛轉向汽車同一軸上左右車輪磨損情況

3.2 雙前軸轉向結構故障對汽車直線行駛的影響

雙前軸轉向傳動機構的任務是將轉向器輸出端的轉向搖臂的擺動轉變為前后轉向橋的左、右轉向車輪繞其各自在的轉向主銷的偏轉，并使他們偏轉到繞同一瞬時轉向中心的不同軌跡圓上，實現車輪無滑動地滾動轉向。汽車在使用一段時間后，轉向傳動機構中一些配合零部件之間要發生磨損，尺寸較長的桿件要發生彎曲變形，這些都嚴重影響汽車的直線行駛。

3.2.1 可調連桿變化對汽車直線行駛的影響

雙前軸轉向傳動有前后可調連桿和轉向懸臂機構。轉向懸臂機構通常工作比較穩定，容易出現問題的是可調連桿?？烧{連桿兩頭為正反絲扣套接，平時緊固卡子和緊固螺栓將可調連桿桿身和兩頭的接頭緊為一體，需要時松開兩頭緊固螺栓，旋轉可調連桿桿身可達到伸縮調整。如果說緊固卡子和緊固螺栓在使用過程中松動或可調連桿彎曲變形，可調連桿的長度將會改變，這將嚴重影響汽車的直線行駛性能。

3.2.2 前、后轉向軸偏斜對汽車直線行駛的影響

前、后轉向軸車輪偏轉方向共有四種組合，即均向左偏轉、均向右偏轉、前軸車輪向左偏轉后軸車輪向右偏轉、前軸車輪向右偏轉后軸車輪向左偏轉。當車架變形、車橋變形、騎馬螺栓松動、車橋裝配連接部位磨損松曠時便會造成前后轉向軸的偏斜，轉向軸偏斜也有兩種情況，即向同一側偏斜和向不同側偏斜。轉向軸偏斜和轉向輪偏轉都嚴重影響汽車的直線行駛。從運動學的觀點看，車軸及車輪繞垂直于地面的軸線轉動的效果與輪胎發生（彈性）側偏角后的效果一樣，前、后轉向軸偏斜將引起車輪側滑，輪胎異常磨損。

3.3 車輪側滑機理及輪胎磨損

雙前軸轉向汽車除了車輪間側滑還存在軸間側滑，即前、后轉向軸引導汽車轉向方向不一致而引起的車輪側滑。

3.3.1 輪間側滑

汽車設計時，為使轉向車輪具有轉向輕便、準確和行駛穩定等性能，在轉向輪上設有四項結構參數，即：主銷后傾角、主銷內傾角、車輪外傾角和車輪前束。主銷內傾角使轉向操縱輕便且能使車輪自動回正；主銷后傾角能形成回正的穩定力矩，從而保證了汽車穩定的直線行駛；車輪前束在車輛前行時，減少因輪胎外傾造成的兩輪分別向外滾開的趨勢，使輪胎不致在地面上橫向拖磨而產生異常磨損。車輪外傾角避免車橋因承載變形而可能出現的車輪內傾，從而避免汽車輪胎的偏磨損。

3.3.2 軸間側滑

汽車在路面上直線行駛時，車輪企圖向內側運動，車軸給其一向外的力，則在車輪接地外輪胎將受到一向內的地面側向的反作用力，即為前束側向力。在前速側向力作用下，輪胎將產生側向變形其變形方向與外傾側向變形方向相反。同車輪在外傾側向力作用下產生側偏，導致輪胎在接地外滑移一樣，前束側向力也將使輪胎在接地處產生側偏并導致側向滑移，從而加劇了輪胎的磨損。

4 總結

雙前軸轉向汽車的輪胎磨損的主要形式是偏磨損，這種磨損有別于車輪定位參數匹配不當時引起的偏磨損。當定位參數匹配不當時，同一轉向軸上左右車輪的磨損部位都在內側或外側，主要是左右車輪在滾動的同時還要產生相向或相反側滑，而雙前軸轉向汽車前、后轉向軸引導汽車轉向方向不一致時，同一轉向軸左、右車輪的磨損部位都在同一側，且前、后轉向上的車輪偏磨損的方向正好相反，這是雙軸轉向汽車特有的輪胎磨損規律。

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