[发明专利]一种汽车车轮外倾侧向力模拟装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明提供一种汽车车轮外倾侧向力模拟装置及使用方法，尤其涉及车辆工程专业汽车理论、汽车构造等课程实验教学技术和科学技术研究中关于汽车轮胎外倾特性的实验技术领域。

背景技术

汽车车轮，尤其是转向轮，一般存在不同程度的定位参数，车轮外倾角是其中参数之一。目前高等学校车辆工程专业教学过程中，汽车车轮外倾角是汽车理论、汽车构造等专业课程教学的必修内容。车轮有外倾角后产生外倾侧向力是被实践证明的现象，但是关于外倾侧向力的产生却存在不同的解释。由清华大学余志生主编，机械工业出版社2009年出版的《汽车理论》第5版一书(以下简称为引文1)中这么解释：见图1，当汽车直线行驶时，车轮1有外倾角                                                ,具有绕其旋转轴线2与地面3的交点滚动的趋势，若不受约束，将偏离正前方而向外滚动；实际上，由于前轴的约束车轮只能够向前行驶。因此，车轮中心必须作用有一侧向力，把车轮拉回至向前滚动方向。与此同时，车轮接地面中产生一与方向相反的作用力，这就是外倾侧向力。这种观点认为车轮外倾是产生外倾侧向力的充分条件，所查阅的多数的资料都持这种观点。由(日)安部正人著、陈辛波译，机械工业出版社1998年出版的《汽车的运动和操纵》一书中，介绍了Fiala的观点，认为外倾侧向力是由于外倾运动的车轮受到压缩和地面约束产生侧向的变形引起的，车轮外倾是产生外倾侧向力的必要条件，不是充分条件。对外倾侧向力产生机理的认识还会影响到汽车设计过程中车轮前束角的取值大小。在实际教学过程中，也有人提出对引文1观点的质疑。理论分析是研究这个问题的方法之一，但是关于轮胎的模型一般都比较复杂，不利于学生快速接受；而且为了能够进行理论分析，都具有一些简化的、假设的条件，这些条件会影响到理论分析的结果；实验是研究这个问题的重要方法，但是采用实际车辆进行实验，由于目前汽车都是采用弹性的轮胎，因此车轮外倾角和车轮的弹性变形是同时存在的，无法区分两者的二者的影响，所以设计一种实物装置进行模拟实验是一种有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易易用、能够检验引文1中关于车轮外倾与外倾侧向力关系的汽车车轮外倾侧向力模拟装置及使用方法。其技术方案为：

一种汽车车轮外倾侧向力模拟装置，其特征在于：包括平台，丁字尺，定位块和模拟车轮，连接定位块和模拟车轮的平行四边形杆架以及用于固定定位块的四个挡块，定位块和模拟车轮中间有孔并分别装在平行四边形杆架的前轮轴和后轮轴上，模拟车轮能够绕着后轮轴自由转动；在后轮轴的模拟车轮两侧各装有一个挡圈，用来限制模拟车轮相对于后轮轴的轴向运动。

所述的汽车车轮外倾侧向力模拟装置，平行四边形杆架由前轮轴、后轮轴和两个连杆通过四个销铰接，连杆与前轮轴之间的夹角能够自由变化。

所述的汽车车轮外倾侧向力模拟装置，平台最少有一条直边，平台上画有与直边平行的竖线。

所述的汽车车轮外倾侧向力模拟装置，丁字尺的竖板的板内边是直的，丁字尺的横板上画有与板内边垂直的横线。

所述的汽车车轮外倾侧向力模拟装置，模拟车轮采用钢铁材料制成。

所述的汽车车轮外倾侧向力模拟装置，模拟车轮的形状是圆锥台；定位块的形状是在模拟车轮形状的基础上，在圆锥面上削去厚度h，形成平面，厚度h＝横板的厚度。

一种汽车车轮外倾侧向力模拟装置的使用方法，其步骤为：

1）平台水平放置，把丁字尺的板内边靠着平台的直边放置在平台上；

2） 把定位块放置在横板上，平面与横板接触，把模拟车轮放置在平台上，前轮轴的轴线与横线在同一平面内，连杆的轴线与竖线在同一平面内，使得平行四边形杆架成为矩形杆架；然后用四个挡块挡在定位块与横板接触的前、后、左、右四个位置，使定位块在丁字尺上位置固定；

3）保持平台的直边和丁字尺的板内边靠在一起，用手推动丁字尺在平台上移动，丁字尺通过挡块、定位块、平行四边形杆架带动平台上的模拟车轮往前运动；平台上的模拟车轮受到连杆的作用力是沿连杆的轴线方向，如果还受到外倾侧向力的作用，在前进时会使平行四边形杆架发生变形，该变形通过连杆和竖线的对比就能够表现出。