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  汽車轉向輪振動(擺頭),吃胎(啃胎)的解決辦法

  汽車的轉向節或轉向懸架上大多使用單向推力球軸承,或推力短圓柱滾子軸承(以下簡稱軸承)。為使軸承能可靠的工作,須滿足如下條件:

  載荷作用線必須與軸承的軸線重合,不允許有角偏位。

  要有良好的潤滑、防止水和濕氣侵入軸承。

  周圍有振動時必須保持迴轉,不能靜止不動。

  不能承受較強的衝擊。

  軸承在使用中達不到以上要求中任何一項,將很快出現多種破壞形式。

  由於轉向節處在懸臂狀態下工作,作用於軸承上的力大多集中在靠近輪胎的一側(外側),軸承始終在角偏位狀態下工作,這一側的滾動體和套圈幾乎承受全部負荷,因負荷過大使接觸處產生局部塑性變形而形成凹坑。

  軸承經常承受較大衝擊,過大的衝擊負荷可以使套圈與滾動體的接觸處產生局部塑性變形而形成凹坑。水和濕氣的侵入加速軸承的損壞。

  汽車在行駛時,軸承只在汽車轉向時轉一角度(<15度)。大多數時間基本不轉。當軸承靜止時,由於周圍的振動能使接觸處形成凹坑——振痕。振動損壞的振痕是在滾動體和滾道接觸面之間的高接觸應力處發生的反覆微小滑動變形而磨損的現象,振痕大小相當於接觸面積(即赫茲壓力面積)。

  對用過的轉向節軸承進行分解,其中絕大多數軸承套上出現凹坑這一破壞形式。

  在凹坑兩側的斜面上,軸承套圈和滾動體在負荷的作用下產生一個分力,這一分力通過軸承下套圈作用於轉向節上而產生了「馬達效應」,使轉向節擺動。這一擺動在車速及路面,載荷等作用下出現有規律地變化。輕時表現為輪胎不正常磨損——「吃胎」。一般右輪重,輪胎溫度高(多兩組球頭間隙)。兩轉向輪均「吃胎」時,出現「擺頭」,嚴重時懸挂與轉向系統發生共振,車輛不能正常行駛。

  汽車的轉向輪是一個以前橋樑、轉向節主銷、轉向節及輪胎總成組成的一個接近水平設置的迴轉系統。如無外力擾動,系統就恢復到平衡位置,該系統是一個靜態穩定系統。由於高的載荷和所做的低速往複迴轉運動,顯然將在轉向節主銷的軸承孔中出現干摩擦或混合摩擦的情況。由於迴轉滑動速度低,系統的摩擦特性是下降的。這將導致動態不穩定,由於摩擦係數是相對滑動速度的函數,該系統可以看作是一個裝在迴轉軸上的擺,這實際上就是一個負擺,車輛行駛時,由於輪胎本身及地面的擾動力完全破壞了這一穩定,使系統產生振動,轉向輪擺動,輪胎「吃胎」,嚴重時共振而出現「擺頭」。

  轉向節主銷至輪胎中心的距離實際上就是這個擺的擺桿長度。由於擺桿長度及擺錘(輪胎及輪軲等組成的滾動體)質量的不同,所以系統的振動頻率也不同。一般擺桿長,質量大,固有振動頻率低,振幅大;擺桿短,質量小,振動頻率高,振幅小。所以當使用11.00-20輪胎的車輛時速在35至50公里,使用9.00-20輪胎車輛時速在50-60公里,使用6.50-15輪胎的車輛時速在65-75公里時易出現共振。轎車前輪輕微振動一般出現在時速90公里以上。在這些速度範圍內行駛的車輛一旦上橋,在橋的固有振動頻率誘發下,極易在瞬間產生強烈共振,使方向盤大幅擺動,車輛難以操縱,駕駛員只能緊急制動,致使車輛側滑而翻越橋下。

  軸承在使用中存在的破壞形式可以得出如下結論:單向推力球軸承或推力短圓柱滾子軸承不能在汽車的轉向節及麥弗遜懸架等轉向裝置中可靠地使用,使汽車等交通工具始終存在轉向輪振動(擺頭、吃胎)這一缺陷。

  現已研製成功的「汽車轉向節用阻尼止推軸承」,與原軸承規格一致,使用部位的零部件結構及尺寸不變,裝配工藝不變。完全解除了轉向輪擺頭吃胎這一難題。

  阻尼止推軸承是「整體式滑動軸承」,用特製材料製成的摩擦副,其接觸面積是一很大直徑的球面。軸承的載荷作用線與軸承軸線允許有30'的「角偏位」。不具有出現「馬達效應」的條件。能有效地吸收衝擊能,耐磨性好,自身潤滑優異等特性。阻尼止推軸承的承載能力是原軸承的2.5倍,抗衝擊強度是原軸承的3倍以上。其中摩擦副之一的阻尼環具有「強阻尼」特性。

  因在共振區附近,阻尼對振動系統動特性影響最大,放大係數隨著阻尼的增加而變小。阻尼另一重要作用,就是改變強迫振動和激振力間的相位角。由於具有大阻尼,放大係數最大值不發生在共振處,對前輪所產生的振動,在轉向節處即被有效的「強阻尼」阻尼並吸收。砂漿磨耗試驗其使用壽命在四十萬公里以上(測試方法按ASTMD1894方法進行)。轉向輪在行駛中產生的「陀螺力矩」,隨著車速的提高而增大,使轉向輪更加穩定,車速越高,方向越穩。

  一、轉向輪輪胎壽命延長50%以上,提高了路面的使用壽命,與地面不產生摩擦粉塵,不污染自然環境。

  二、汽車行駛穩定,駕駛輕鬆舒適。轉向輪輪胎溫度低,減少爆胎。由於路面無橡膠及瀝青粉塵,小雨時路面不滑,保障了行車安全。

  三、汽車各部的振動明顯降低,行駛阻力小,滑行好,噪音低,提高了各相關零部件的使用壽命,可節省燃料5%以上,同時減少汽車尾氣排放量,既節省了能源,又保護了自然環境。

  四、本產品終身免維護,前後輪胎不用換位,減少維護費用,可隨車使用於任何環境。

  阻尼止推軸承安裝於「擺頭」的車輛,車輛立即不擺頭。經長期使用,沒有再出現「吃胎」現象。

  其他國家生產的汽車,轉向輪都不同程度的存在「吃胎、擺頭」,雖然採取了很多措施,由於不能在第一時間進行有效阻尼(轉向節上),而是在擺動出現後去制止擺動,所以沒有解決擺動這一難題。

  F1賽車的轉向系統雖然裝有多個阻尼減擺器,但因無法在第一時間阻止振動(擺動)的產生,所以不能完全消除已產生的振動。特別是賽車由彎道駛入直道時,轉向輪出現強烈擺動,極易操縱失控而賽車衝出賽道。如果在賽車的轉向裝置中使用阻尼軸承,因能完全消除振動(擺動),所以轉向輪輪胎溫度低於驅動輪。賽車行使平穩,阻力小,極有可能中途不用更換輪胎。

  轎車在懸架上雖然採取了很多措施,包括加寬輪胎胎冠,以增加與地面的摩擦力,力求穩定轉向輪,但仍然存在擺動(吃胎)。

  阻尼止推軸承經各種汽車的長期使用(部分汽車已行駛十六萬公里以上),都取得了令人滿意的效果。

  現阻尼止推軸承已為東風汽車集團等汽車生產廠家生產的各種汽車配套,都取得了完全令人滿意的效果。

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