前轴角振动引起的转向轮摆振

当汽车直线行驶时，若受到偶发外激力作用于前轮时（车轮遇凸起或凹坑），前轴在横向垂直平面内发生转动（图6-20a），引起前轴的角振动，从而使两前轮旋转的轴线方向发生偏转。而只要旋转物体（此时为两前轮）的自转轴由于外力矩的作用改变空间方向，就会对外力矩的施力体（此时为转向节轴）产生反作用力矩，即陀螺力矩，产生陀螺效应。此时，前轮旋转平面的方向会受到陀螺效应的影响而发生变化，其陀螺力矩的方向可以根据右手定则确定。据此，如果左前轮升高（或右前轮下降），车轮将向右偏转；如果左前轮下降（或右前轮升高），车轮将向左偏转。由此激发了前轮绕主销的角振动，如图6-20b所示。

图6-19 转向轮振动时车轮在道路上的轨迹

a）车轮摆动时的轨迹

b）车轮跳动时的轨迹

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图6-20 前轮振动系统示意图

a）前轴在横向垂直面内发生转动 b）前轮绕主销的角振动

图6-21 双横杆式独立悬架运动简图

a）等长双横杆 b）不等长双横杆

行驶速度越高，则由前轴角振动引发陀螺效应所导致的转向轮摆振越强烈。现代汽车特别是轿车的设计车速越来越高，因此陀螺效应对于转向轮摆振的影响也越来越大，成为引发转向轮摆振的重要因素。要消除或减轻这种现象，应减小悬架下前轴系统的转动惯量，提高角振动的固有频率；或在采用独立悬架的汽车上，采用等长双横杆独立悬架。由图6-21可见，使用等长双横杆独立悬架后，当车轮上下跳动时其旋转平面仅发生平行移动而无偏转，因而可避免前轮绕主销摆振。但由此带来的问题是：当车轮上下跳动时，轮距改变较大，从而加剧轮胎的磨损。所以目前仍较多采用不等长的双横杆结构，如图6-21b所示。另外，适当降低轮胎气压和改善路面状况都有利于减轻摆振。