一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，其特征在于：包括平臺(tái)，丁字尺，定位塊和模擬車輪，連接定位塊和模擬車輪的平行四邊形桿架以及用于固定定位塊的四個(gè)擋塊，定位塊和模擬車輪中間有孔并分別裝在平行四邊形桿架的前輪軸和后輪軸上，模擬車輪能夠繞著后輪軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且有擋圈來(lái)限制模擬車輪相對(duì)于后輪軸的軸向運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)上有前后方向的豎線。運(yùn)動(dòng)前，把定位塊固定在丁字尺上，模擬車輪放置在平臺(tái)上，把丁字尺靠著平臺(tái)的直邊，通過(guò)擋塊、定位塊和平行四邊形桿架帶動(dòng)模擬車輪向前運(yùn)動(dòng)，模擬車輪在前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，側(cè)向運(yùn)動(dòng)情況通過(guò)和豎線對(duì)比明顯表現(xiàn)出來(lái)，說(shuō)明外傾側(cè)向力情況。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置及使用方法，尤其涉及車輛工程專業(yè)汽車?yán)碚?、汽車?gòu)造等課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)研究中關(guān)于汽車輪胎外傾特性的實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】[0002]汽車車輪，尤其是轉(zhuǎn)向輪，一般存在不同程度的定位參數(shù)，車輪外傾角是其中參數(shù)之一。目前高等學(xué)校車輛工程專業(yè)教學(xué)過(guò)程中，汽車車輪外傾角是汽車?yán)碚?、汽車?gòu)造等專業(yè)課程教學(xué)的必修內(nèi)容。車輪有外傾角后產(chǎn)生外傾側(cè)向力是被實(shí)踐證明的現(xiàn)象，但是關(guān)于外傾側(cè)向力的產(chǎn)生卻存在不同的解釋。由清華大學(xué)余志生主編，機(jī)械工業(yè)出版社2009年出版的《汽車?yán)碚摗返?版一書(以下簡(jiǎn)稱為引文I)中這么解釋:見(jiàn)圖1，當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，車輪I有外傾角?r具有繞其旋轉(zhuǎn)軸線2與地面3的交點(diǎn)<7滾動(dòng)的趨勢(shì)，若不受約束，將偏離正前方而向外滾動(dòng)；實(shí)際上，由于前軸的約束車輪只能夠向前行駛。因此，車輪中心必須作用有一側(cè)向力巧,把車輪拉回至向前滾動(dòng)方向。與此同時(shí)，車輪接地面中產(chǎn)生一與巧方
向相反的作用力，這就是外傾側(cè)向力&。這種觀點(diǎn)認(rèn)為車輪外傾是產(chǎn)生外傾側(cè)向力的充分
條件，所查閱的多數(shù)的資料都持這種觀點(diǎn)。由(日)安部正人著、陳辛波譯，機(jī)械工業(yè)出版社1998年出版的《汽車的運(yùn)動(dòng)和操縱》一書中，介紹了 Fiala的觀點(diǎn)，認(rèn)為外傾側(cè)向力是由于外傾運(yùn)動(dòng)的車輪受到壓縮和地面約束產(chǎn)生側(cè)向的變形引起的，車輪外傾是產(chǎn)生外傾側(cè)向力的必要條件，不是充分條件。對(duì)外傾側(cè)向力產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)還會(huì)影響到汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中車輪前束角的取值大小。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，也有人提出對(duì)引文I觀點(diǎn)的質(zhì)疑。理論分析是研究這個(gè)問(wèn)題的方法之一，但是關(guān)于輪胎的模型一般都比較復(fù)雜，不利于學(xué)生快速接受；而且為了能夠進(jìn)行理論分析，都具有一些簡(jiǎn)化的、假設(shè)的條件，這些條件會(huì)影響到理論分析的結(jié)果；實(shí)驗(yàn)是研究這個(gè)問(wèn)題的重要方法，但是采用實(shí)際車輛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于目前汽車都是采用彈性的輪胎，因此車輪外傾角和車輪的彈性變形是同時(shí)存在的，無(wú)法區(qū)分兩者的二者的影響，所以設(shè)計(jì)一種實(shí)物裝置進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)是一種有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)易易用、能夠檢驗(yàn)引文I中關(guān)于車輪外傾與外傾側(cè)向力關(guān)系的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置及使用方法。其技術(shù)方案為:
一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，其特征在于:包括平臺(tái)，丁字尺，定位塊和模擬車輪，連接定位塊和模擬車輪的平行四邊形桿架以及用于固定定位塊的四個(gè)擋塊，定位塊和模擬車輪中間有孔并分別裝在平行四邊形桿架的前輪軸和后輪軸上，模擬車輪能夠繞著后輪軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在后輪軸的模擬車輪兩側(cè)各裝有一個(gè)擋圈，用來(lái)限制模擬車輪相對(duì)于后輪軸的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0004]所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，平行四邊形桿架由前輪軸、后輪軸和兩個(gè)連桿通過(guò)四個(gè)銷鉸接，連桿與前輪軸之間的夾角能夠自由變化。
[0005]所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，平臺(tái)最少有一條直邊，平臺(tái)上畫有與直邊平行的豎線。
[0006]所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，丁字尺的豎板的板內(nèi)邊是直的，丁字尺的橫板上畫有與板內(nèi)邊垂直的橫線。
[0007]所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，模擬車輪采用鋼鐵材料制成。
[0008]所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，模擬車輪的形狀是圓錐臺(tái)；定位塊的形狀是在模擬車輪形狀的基礎(chǔ)上，在圓錐面上削去厚度A，形成平面，厚度A =橫板的厚度。
[0009]一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置的使用方法，其步驟為:
1)平臺(tái)水平放置，把丁字尺的板內(nèi)邊靠著平臺(tái)的直邊放置在平臺(tái)上；
2)把定位塊放置在橫板上，平面與橫板接觸，把模擬車輪放置在平臺(tái)上，前輪軸的軸線與橫線在同一平面內(nèi)，連桿的軸線與豎線在同一平面內(nèi)，使得平行四邊形桿架成為矩形桿架；然后用四個(gè)擋塊擋在定位塊與橫板接觸的前、后、左、右四個(gè)位置，使定位塊在丁字尺上位置固定；
3)保持平臺(tái)的直邊和丁字尺的板內(nèi)邊靠在一起，用手推動(dòng)丁字尺在平臺(tái)上移動(dòng)，丁字尺通過(guò)擋塊、定位塊、平行四邊形桿架帶動(dòng)平臺(tái)上的模擬車輪往前運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)上的模擬車輪受到連桿的作用力是沿連桿的軸線方向，如果還受到外傾側(cè)向力的作用，在前進(jìn)時(shí)會(huì)使平行四邊形桿架發(fā)生變形，該變形通過(guò)連桿和豎線的對(duì)比就能夠表現(xiàn)出。
[0010]其工作原理為:如果認(rèn)為車輪外傾是產(chǎn)生外傾側(cè)向力的充分條件，則剛性車輪外傾時(shí)也會(huì)產(chǎn)生外傾側(cè)向力，剛性車輪的外傾效果和圓錐臺(tái)的運(yùn)動(dòng)原理是一樣的，采用鋼鐵制成的模擬車輪，受載荷很小，相對(duì)于具有彈性輪胎的汽車車輪來(lái)講，變形可以忽略不計(jì)，可以近似認(rèn)為是剛體，其前進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)該也產(chǎn)生外傾側(cè)向力，因此應(yīng)該有側(cè)向運(yùn)動(dòng)或者側(cè)向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；模擬車輪受到的外傾側(cè)向力通過(guò)擋圈傳遞到后輪軸，鉸接的平行四邊形桿架在外傾側(cè)向力的作用下就發(fā)生側(cè)向變形，該變形通過(guò)和前后方向的豎線進(jìn)行對(duì)比，就能夠直觀的顯示出來(lái)。采用丁字尺和平行四邊形桿架作為驅(qū)動(dòng)模擬車輪的裝置，主要就是實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目的:一是提供模擬車輪前進(jìn)的動(dòng)力，二是不約束模擬車輪的側(cè)向(左右方向)移動(dòng)。為了使得模擬車輪運(yùn)動(dòng)方向不受重力的影響，平臺(tái)要水平放置。由于定位塊放在丁字尺上，所以定位塊和丁字尺接觸的部分要削去字尺板厚度的材料，這樣能夠保證平行四邊形桿架的兩個(gè)輪軸互相平行。推動(dòng)丁字尺前進(jìn)時(shí)，丁字尺是通過(guò)和定位塊接觸的靜摩擦力來(lái)傳遞力，采用四個(gè)擋塊對(duì)定位塊進(jìn)行進(jìn)一步的限位，保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中定位塊相對(duì)于丁字尺位置不變。橫板的橫線主要是輔助定位塊初始位置定位。
[0011]本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，效果明顯的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是引文I中關(guān)于車輪外傾角和外傾側(cè)向力的關(guān)系圖；
圖2是模擬裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是定位塊的軸向視圖；
圖4是對(duì)應(yīng)圖3的左側(cè)視圖。
[0013]圖中:1、車輪2、旋轉(zhuǎn)軸線 3、地面 4、擋塊5、定位塊6、前輪軸7、銷8、橫線9、連桿10、模擬車輪11、直邊12、板內(nèi)邊13、橫板14、豎板15、丁字尺16、豎線17、平臺(tái)18、圓錐面19、平面 20、后輪軸21、擋圈。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在圖2所示的實(shí)施例中:包括平臺(tái)17，丁字尺15，平臺(tái)17和丁字尺15可以采用手工機(jī)械制圖時(shí)的圖板和丁字尺，定位塊5和模擬車輪10，連接定位塊5和模擬車輪10的平行四邊形桿架以及用于固定定位塊5的四個(gè)擋塊4，定位塊5和模擬車輪10中間有孔并分別裝在平行四邊形桿架的前輪軸6和后輪軸20上，模擬車輪10能夠繞著后輪軸20自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在后輪軸20的模擬車輪10兩側(cè)各裝有一個(gè)擋圈21，用來(lái)限制模擬車輪10相對(duì)于后輪軸20的軸向運(yùn)動(dòng)。平行四邊形桿架由前輪軸6、后輪軸20和兩個(gè)連桿9通過(guò)四個(gè)銷7鉸接，連桿9與前輪軸6之間的夾角能夠自由變化。平臺(tái)17最少有一條直邊11，平臺(tái)17上畫有與直邊11平行的豎線16。丁字尺15的豎板14的板內(nèi)邊12是直的，丁字尺15的橫板13上畫有與板內(nèi)邊12垂直的橫線8。模擬車輪10采用鋼鐵材料制成。模擬車輪10的形狀是圓錐臺(tái)；定位塊5的形狀是在模擬車輪10形狀的基礎(chǔ)上，在圓錐面18上削去厚度A，形成平面19，厚度A =橫板13的厚度。
[0015]使用方法步驟為:
1)平臺(tái)17水平放置，把丁字尺15的板內(nèi)邊12靠著平臺(tái)17的直邊11放置在平臺(tái)17
上；
2)把定位塊5放置在橫板13上，平面19與橫板13接觸，把模擬車輪10放置在平臺(tái)17上，前輪軸6的軸線與橫線8在同一平面內(nèi)，連桿9的軸線與豎線16在同一平面內(nèi)，使得平行四邊形桿架成為矩形桿架；然后用四個(gè)擋塊4擋在定位塊5與橫板13接觸的前、后、左、右四個(gè)位置，使定位塊5在丁字尺15上位置固定；
3)保持平臺(tái)17的直邊11和丁字尺15的板內(nèi)邊12靠在一起，用手推動(dòng)丁字尺15在平臺(tái)17上移動(dòng)，丁字尺15通過(guò)擋塊4、定位塊5、平行四邊形桿架帶動(dòng)平臺(tái)17上的模擬車輪10往前運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)上的模擬車輪10受到連桿9的作用力是沿連桿9的軸線方向，如果還受到外傾側(cè)向力的作用，在前進(jìn)時(shí)會(huì)使平行四邊形桿架發(fā)生變形，該變形通過(guò)連桿9和豎線16的對(duì)比就能夠表現(xiàn)出。
[0016]在圖3和圖4所示的實(shí)施例中:兩個(gè)視圖表示了定位塊5的形狀，雙點(diǎn)劃線表示圓錐面18切削之前的輪廓，相當(dāng)于模擬車輪10的輪廓，同時(shí)也表示模擬車輪10的錐頂角為10° ;厚度A表示切削的位置和方向。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，其特征在于:包括平臺(tái)(17)，丁字尺(15)，定位塊(5)和模擬車輪(10)，連接定位塊(5)和模擬車輪(10)的平行四邊形桿架以及用于固定定位塊(5)的四個(gè)擋塊(4)，定位塊(5)和模擬車輪(10)中間有孔并分別裝在平行四邊形桿架的前輪軸(6)和后輪軸(20)上，模擬車輪(10)能夠繞著后輪軸(20)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在后輪軸(20)的模擬車輪(10)兩側(cè)各裝有一個(gè)擋圈(21)，用來(lái)限制模擬車輪(10)相對(duì)于后輪軸(20)的軸向運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，平行四邊形桿架由前輪軸(6)、后輪軸(20 )和兩個(gè)連桿(9 )通過(guò)四個(gè)銷(7 )鉸接，連桿(9 )與前輪軸(6 )之間的夾角能夠自由變化。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，平臺(tái)(17)最少有一條直邊(11)，平臺(tái)(17)上畫有與直邊(11)平行的豎線(16)。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，丁字尺(15)的豎板(14)的板內(nèi)邊(12)是直的，丁字尺(15)的橫板(13)上畫有與板內(nèi)邊(12)垂直的橫線(8)。
5.如權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，模擬車輪(10)采用鋼鐵材料制成。
6.如權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置，模擬車輪(10)的形狀是圓錐臺(tái)；定位塊(5)的形狀是在模擬車輪(10)形狀的基礎(chǔ)上，在圓錐面(18)上削去厚度A，形成平面(19)，厚度A =橫板(13)的厚度。
7.—種權(quán)利要求1所述的汽車車輪外傾側(cè)向力模擬裝置的使用方法，其步驟為: 1)平臺(tái)(17)水平放置，把丁字尺(15)的板內(nèi)邊(12)靠著平臺(tái)(17)的直邊(11)放置在平臺(tái)(17)上； 2)把定位塊(5)放置在橫板(13)上，平面(19)與橫板(13)接觸，把模擬車輪(10)放置在平臺(tái)(17)上，前輪軸(6)的軸線與橫線(8)在同一平面內(nèi)，連桿(9)的軸線與豎線(16)在同一平面內(nèi)，使得平行四邊形桿架成為矩形桿架；然后用四個(gè)擋塊(4)擋在定位塊(5)與橫板(13)接觸的前、后、左、右四個(gè)位置，使定位塊(5)在丁字尺(15)上位置固定； 3)保持平臺(tái)(17)的直邊(11)和丁字尺(15)的板內(nèi)邊(12)靠在一起，用手推動(dòng)丁字尺(15)在平臺(tái)(17)上移動(dòng)，丁字尺(15)通過(guò)擋塊(4)、定位塊(5)、平行四邊形桿架帶動(dòng)平臺(tái)(17)上的模擬車輪(10)往前運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)上的模擬車輪(10)受到連桿(9)的作用力是沿連桿(9)的軸線方向，如果還受到外傾側(cè)向力的作用，，在前進(jìn)時(shí)會(huì)使平行四邊形桿架發(fā)生變形，該變形通過(guò)連桿(9)和豎線(16)的對(duì)比就能夠表現(xiàn)出。
【文檔編號(hào)】G01M17/013GK103471858SQ201310402776
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月8日
【發(fā)明者】苗立東, 石沛林, 鄒廣德, 李旭, 石章彬, 高保恒 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)