后懸架車輪定位參數(shù)調(diào)整機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)

摘要：車輪定位參數(shù)是評(píng)價(jià)汽車操穩(wěn)性的重要指標(biāo)之一，但由于零部件制造公差和裝配公差的限制，很難保證生產(chǎn)車輛的車輪定位參數(shù)都在合理的范圍。本文主要針對(duì)某車型后懸架車輪外傾角和前束角的分析計(jì)算，介紹車輪定位參數(shù)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理及調(diào)整方法，以使所生產(chǎn)車輛的車輪定位參數(shù)都在合理范圍。

關(guān)鍵詞：車輪定位參數(shù);后懸架;調(diào)整機(jī)構(gòu);原理

前言

車輪定位參數(shù)包括主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、外傾角和前束角，其作用是使汽車保持穩(wěn)定的直線行駛能力和轉(zhuǎn)向輕便，并減少汽車在行駛中輪胎和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的磨損。由于零部件制造公差和裝配公差，需要設(shè)置車輪參數(shù)的調(diào)整機(jī)構(gòu)，以保證出廠的車輛車輪定位參數(shù)都在合理的范圍。此外，車輛在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中，由于零部件磨損及橡膠件變形，均會(huì)引起車輪定位參數(shù)的變化，需要有調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行修正。一般乘用車的后懸架主要調(diào)整外傾角和前束角，本文主要就這兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

1.外傾角和前束角定義

外傾角的定義為：車輪中心平面相對(duì)鉛垂線的夾角，向外傾斜為正，向內(nèi)傾斜為負(fù)，如圖1所示：

圖1外傾角示意圖??????????????????????????圖2前束角示意圖

前束角定義為：汽車縱向中心平面與車輪中心平面與地面交線的夾角，向內(nèi)為正，向外為負(fù)，如圖2所示。

2.車輪定位參數(shù)調(diào)整機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)

2.1?偏心螺栓偏心量選取及評(píng)價(jià)指標(biāo)

偏心螺栓偏心量應(yīng)合理選擇，過大，容易出現(xiàn)力矩返松，過小，不能滿足調(diào)整需求。其評(píng)價(jià)指標(biāo)為：偏心螺栓偏心量應(yīng)能滿足克服極限公差后仍可調(diào)整0.5°±0.1°，初步選定偏心螺栓的偏心量為5.3mm，如圖3所示：

圖3?偏心螺栓偏心量確定及配合孔位尺寸確定

偏心螺栓選定之后，應(yīng)注意與之配合的孔位尺寸的確定，應(yīng)滿足配合孔位的中心距不小于偏心量的2倍，以使偏心螺栓在調(diào)整時(shí)可以自由旋轉(zhuǎn)，而不至于損傷螺紋。

2.2?調(diào)整量分析及計(jì)算

在進(jìn)行調(diào)整量分析之前應(yīng)先確定車輪設(shè)計(jì)狀態(tài)的定位參數(shù)。一般根據(jù)設(shè)計(jì)車軸荷及懸架結(jié)構(gòu)形式在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)比分析確定初步定位參數(shù)，然后利用ADAMS分析軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析確定后懸架設(shè)計(jì)參數(shù)為：外傾角-29′（-0.483°），前束角為14′（0.233°），如圖4所示：

圖4?后懸架外傾角和前束角動(dòng)力學(xué)分析

在CATIA軟件中將后懸架數(shù)模按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行約束裝配，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)定后下控制臂與副車架的連接點(diǎn)為調(diào)整點(diǎn)，要求各連接點(diǎn)約束正確，更改調(diào)整量后車輪可以隨之運(yùn)動(dòng)，以便進(jìn)行外傾角和前束角的測(cè)量，如圖5所示：

圖5?后懸架車輪定位參數(shù)分析模型

分別將偏心螺栓調(diào)整到最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)，測(cè)量外傾角和前束角的變化量，如表1所示：

表1

因此，外傾角調(diào)整量為±0.514°，前束角調(diào)整量為±1.178°

2.3?累計(jì)公差分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定各零部件制造公差及裝配公差，運(yùn)用蒙特卡洛算法模擬真實(shí)裝配，進(jìn)行3DCS偏差仿真分析，得出外傾角及前束角最大累計(jì)公差量及影響因素，如圖6所示：

圖6外傾角和前束角累計(jì)公差及影響因素分析

根據(jù)分析結(jié)果，外傾角最大累計(jì)公差為±0.5°，最敏感影響因素為上控制臂安裝點(diǎn)公差;前束角最大累計(jì)公差為±0.6°，最敏感影響因素為下控制臂安裝點(diǎn)公差。

2.4?調(diào)整量判定

根據(jù)累計(jì)公差分析結(jié)果計(jì)算，并與評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，判定調(diào)整量是否滿足要求，如表2所示：

表2

序號(hào)

項(xiàng)目

外傾角

前束角

備注

1

設(shè)計(jì)值

-0.483°

0.233°

2

調(diào)整量

±0.514°

±1.178°

3

累計(jì)公差

±0.5°

±0.6°

4

克服累計(jì)公差后剩余調(diào)整量

±0.014°

±0.578°

5

評(píng)價(jià)指標(biāo)

0.5°±0.1°

0.5°±0.1°

6

判定結(jié)果

不滿足

滿足

由表中數(shù)據(jù)可知，外傾角調(diào)整量不滿足設(shè)計(jì)要求，需增加一個(gè)外傾角調(diào)整點(diǎn)，以增大外傾角調(diào)整量。

2.5?調(diào)整點(diǎn)選擇及設(shè)計(jì)

根據(jù)3DCS偏差仿真分析，影響外傾角最敏感因素為上控制臂安裝點(diǎn)公

差，因此將調(diào)整點(diǎn)設(shè)計(jì)在上控制臂上，根據(jù)周邊環(huán)境，結(jié)合操作方便性，將調(diào)整點(diǎn)設(shè)計(jì)在上控制臂與副車架連接點(diǎn)處，如圖7所示：

圖7調(diào)整點(diǎn)選取

將前束角調(diào)整到設(shè)計(jì)位置，在此基礎(chǔ)上分析外傾角的調(diào)整量，如表3所示：

表3

外傾角調(diào)整量為±1.236°，前束角調(diào)整量為±0.004°，外傾角累計(jì)公差為±0.5°，克服累計(jì)公差后剩余調(diào)整量為±0.736°，不滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)0.5°±0.1°的要求。將外傾角調(diào)整量減小1mm，按以上方法重新分析計(jì)算后外傾角調(diào)整量為±1.003°，克服累計(jì)公差后剩余調(diào)整量為±0.503°，滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)。

由以上分析可知，在對(duì)外傾角調(diào)整的時(shí)候，前束角幾乎不發(fā)生變化，因此在對(duì)車輪參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需先調(diào)整前束角至合理范圍，再對(duì)外傾角進(jìn)行調(diào)整。

2.6?偏心螺栓刻度線設(shè)定

偏心螺栓刻度線的設(shè)定一般有兩種形式：等角度設(shè)定和等偏心量設(shè)定。等角度設(shè)定，即刻度線之間角度相等，但每格調(diào)整量不一致;等偏心量設(shè)定，即刻度線之間角度不相等，但每格調(diào)整量一致。具體采用哪種形式，以調(diào)整方便為原則。下面以等偏心量（前束）為例進(jìn)行說明，如圖8所示：

圖8偏心螺栓刻度線設(shè)定

從中心線往兩側(cè)各有6格，其各格偏心調(diào)整量依次為1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、5.3mm。

前束調(diào)整點(diǎn)（即下控制臂處調(diào)整點(diǎn)）前五格每格調(diào)整量為13.3′，最后一格調(diào)整量為4′。

3.結(jié)論

通過對(duì)該車型后懸架車輪定位參數(shù)調(diào)整量的分析，得出外傾角調(diào)整范圍較小，不滿足工程設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步對(duì)比分析，增加外傾角調(diào)整點(diǎn)，方案可行，避免后期整改浪費(fèi)人力、物力，對(duì)于汽車企業(yè)來講，最重要的是即節(jié)省了時(shí)間又能保證良好的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉惟信.汽車設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2001.

[2]王宵鋒.汽車底盤設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2010.

[3]劉品，李哲.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)基礎(chǔ).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2009（6）.

[4]陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例.北京：中國(guó)水利水電出版社.2008.

作者簡(jiǎn)介：蔡禮剛（1983-），男，湖北省襄陽(yáng)市人，工作單位：長(zhǎng)城汽車股份有限公司，職務(wù)：副總監(jiān)，研究方向：汽車底盤設(shè)計(jì)。