车桥和车轮

第二十章车桥和车轮第一节车桥车桥（也称车轴）通过悬架和车架（或承载式车身）相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架（或承载式车身）与车轮之间各方向的作用力及其力矩。

根据悬架结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种。

当采用非独立悬架时，车桥中部是刚性的实心或空心梁，这种车桥即为整体式车桥；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。

根据车桥上车轮的作用，车桥又可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。

其中，转向桥和支持桥都属于从动桥。

一般汽车多以前桥为转向桥，而以后桥或中、后两桥6为驱动桥。

有些现代轿车和越野车的前桥则为转向驱动桥，还有单桥驱动的三轴汽车（2汽车）的中桥（或后桥）为驱动桥，则后桥（或中桥）为支持桥。

驱动桥已在第十八章中介绍过，支持桥除不能转向外，其它功能和结构与转向桥相同。

因此，本节主要叙述整体式和断开式的转向桥及转向驱动桥。

一、转向桥转向桥是利用车桥中的转向节使车轮可以偏转一定角度，以实现汽车的转向。

它除承受垂直载荷外，还承受纵向力和侧向力及这些力造成的力矩。

转向桥通常位于汽车前部，因此也常称为前桥。

各种车型的整体式转向桥结构基本相同，主要有前梁、转向节组成。

下面以东风EQ1090E型汽车（图20-1）前桥为例加以说明。

作为主体零件的前梁12是用钢材锻造的，其断面是工字型以提高抗弯强度。

为提高抗扭强度，接近两端略成方形。

中部加工出两处用以支承钢板弹簧的加宽面——弹簧座（图上未画出）。

中部向下弯曲，使发动机位置得以降低，从而降低汽车重心，扩展驾驶员视野，并减少传动轴与变速器输出轴之间的夹角。

前梁两端各有一个加粗部分，呈拳形，其中有通孔，主销10即插入此孔内。

用带有螺纹的锲形锁销将主销固定在拳部孔内，使之不能转动。

转向节5上有销孔的两耳通过主销与前梁的拳部相连，使前轮可以绕主销偏转一定角度而使汽车转向。

为了减小磨损，转向节销孔内压入青铜衬套7，衬套上的润滑油槽在上面端部是切通的，用装在转向节上的油嘴注入润滑脂润滑。

为使转向灵活轻便起见，在转向节下耳与前梁拳部之间装有推力滚子轴承11。

在转向节上耳与拳部之间装有调整垫片8，以调整其间的间隙。

在左转向节的上耳上装有与转向节臂9制成一体的凸缘，在下耳上则装着与转向梯形臂制成一体的凸缘，这两个凸缘上均制有一矩形键，因此在左转向节的上下耳上都有与之配合的键槽。

转向节通过矩形键及带有锥形套的双头螺栓与转向节臂及梯形臂相连。

在键槽端面间装有条形的橡胶密封垫。

车轮轮毂2通过两个圆锥滚子轴承3和4支承在转向节外端的轴颈上。

轴承的松紧度可用调整螺母（装于轴承外端）加以调整。

轮毂外端用冲压的金属罩盖住。

轮毂内侧装有油封6。

如果油封漏油，则外面的挡油盘仍足以防止润滑油进入制动器内，转向节上靠近主销孔的一端有方形的凸缘，以固定制动底版。

解放CA1091型汽车前桥与上述结构相似，其构造如图20-2所示。

图20-3所示为北京BJ1040型汽车转向桥。

前梁2由两端拳形部分7与一根无缝钢管焊接而成的，这种结构不需要大型锻造设备来模锻前梁。

主销推力轴承5采用球轴承，可使转向操纵轻便。

润滑脂可由转向节上耳油嘴注入，经主销8内的轴向和径向油孔进入主销与衬套之间的摩擦表面，使之得到润滑。

转向节臂3与梯形臂连在一起，固定在转向节下耳上，这样可使转向节结构简化。

车轮转角限位螺钉6用来限制车轮最大转角。

断开式转向桥在轿车和微型客车上得到广泛采用，它与独立悬架相配置，组成了性能优良的转向桥。

由于它有效地减少了非簧载质量，降低了发动机的质心高度，从而提高了汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。

图20-4所示为JL6360断开式转向桥的结构图。

该断开式转向桥（前桥）主要由车轮1、减振器2、上支点总成3、缓冲弹簧4、转向节5、大头球销总成6、横向稳定杆总成7、左右梯形臂8和13、主转向臂11、中臂15、左右横拉杆10和12、悬臂总成14等组成。

其中，有些零件也于转向和前悬架组成。

中臂、主转向臂、悬臂均为薄钢板焊接结构，主转向臂与中臂是通过螺栓与橡胶衬套联接的（参看图20-5），左右转向梯形臂用大头球销总成6与悬臂总成14连接。

该断开式转向桥和前述整体转向桥一样，在具有承载传力功用的同时，还应具有实现转向的功能，它与转向机配合，通过图20-4中的纵拉杆16、主转向臂11、中臂15、左右横拉杆以及左右梯形臂，使车轮偏转以实现汽车转向。

二、 转向轮定位参数转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮有自动回正作用，以保证汽车稳定直线行驶。

即当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应能立即自动回到原来直线行驶的位置。

这种自动回正作用是由转向轮的定位参数来保证的，也就是转向轮、主销和前轴之间的安装应具有一定的相对位置。

这些转向轮的定位参数有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。

1、 主销后倾角设计转向桥时，使主销在汽车的纵向平面内，其上部有向后的一个倾角γ，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角，如图20-6所示。

主销后倾角γ能形成回正的稳定力矩。

当主销具有后倾角γ时，主销轴线与路面交点a 将位于车轮与路面接触点b 的前面，如图20-6a 所示。

当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍有偏转（例如向右偏转如图中箭头所示），将使汽车行驶方向向右偏离。

这时，由于汽车本身离心力的作用，在车轮与路面接触点b 处，路面对车轮作用着一个侧向反作用力y F 。

反力y F 对车轮形成饶主销轴线作用的力矩L F y ，其方向正好与车轮偏转方向相反。

在此力矩作用下，将使车轮回到原来中间的位置，从而保证汽车稳定直线行驶，故此力矩称为稳定力矩。

但此力矩也不宜过大，否则在转向时为了克服该稳定力矩，驾驶员要在转向盘上施加较大的力（即所谓转向沉重）。

因稳定力矩的大小取决于力臂L 的数值，而力臂L 又取决于后倾角γ的大小，。

现在一般采用的γ角不超过︒︒3~2。

现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加，而引起稳定力矩增大。

因此，γ角可以减小到接近于零，甚至为负值。

图20-6b 为解放CA1091型汽车的主销后倾角示意图。

2、 主销内倾角在设计转向桥时，主销在汽车的横向平面内，其上部向内倾斜一个β角（即主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角）称为主销内倾角，如图20-7a 所示。

主销内倾角β也有使车轮自动回正的作用，如图20-7b 所示。

当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度（为了解释方便，图中画成︒180即转到如双点划线所示位置）时，车轮的最低点将陷入路面以下。

但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度。

这样，汽车本身的重力有使转向轮回到原来中间位置的效应。

此外，主销的内倾还使主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小（图20-7a ），从而可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。

但值也不宜过小，即内倾角不宜过大，否则在转向时车轮绕主销偏转的过程中，轮胎与路面间将产生较大的滑动，因而增加了轮胎与路面间的摩擦阻力。

这不仅使转向变得沉重，而且加速了轮胎的磨损。

因此，一般内倾角β不大于︒8，距离一般为40~60mm 。

图20-7c 所示为解放CA1091型汽车的主销内倾角和前轮外倾角。

主销内倾角是在前梁设计中保证的，由机械加工来实现。

加工时，将前梁两端主销孔轴线上端向内倾斜就形成内倾角。

3、 车轮外倾角除上述主销后倾角和内倾角两个角度保证汽车稳定直线行驶外，前轮外倾角α也具有定位作用。

α是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂直线之间的夹角，如图20-7c 所示。

如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时，车桥将因承载变形而可能出现车轮内倾，这将加速汽车轮胎的偏磨损。

另外，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低了它们的使用寿命。

因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时应预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。

同时，车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。

但是，外倾角也不宜过大，否则会使车轮产生偏磨损。

前轮的外倾角是在转向节设计中确定的。

设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度，该角度即为前轮外倾角α(一般α为︒1左右)。

4、 车轮前束杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑的现象，从而增加了轮胎的磨损。

为了消除车轮外倾带来的这种不良后果，在安装车轮时，使汽车两前轮的中心面不平行，两轮前边缘距离B 小于后边缘距离A ，A-B 之差称为前轮前束，如图20-8所示。

这样可使车轮在每一瞬时滚动方向接近于向着正前方，从而在很程度上减轻和消除了由于车轮外倾而产生的不良后果。

前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。

调整时，可根据各厂家规定的测量位置，使两轮前后距离差A-B 符合规定的前束值。

一般前束值为0~12mm 。

测量位置除图示位置外，还通过取两轮胎中心面处的前后差值，也可以选取两车轮钢圈内侧面处前后差值。

此外，前束也可用角度——前束角表示，如图20-8中的ϕ角。

5、 后轮的外倾角和前束车轮定位参数通常都指汽车的前轮的前转向轮而言。

但是，现代汽车不仅前转向轮有外倾角和前束，有些汽车的后轮也有外倾角和前束。

如红旗CA7220型轿车，后轮设置有前束角508'+'和外倾角0185'±'-。

该车为发动机前置 和前驱动形式，后轮则是从动轮。

汽车的驱动力通过纵臂作用于后轴上（图20-9），如果车轮没有前束角，当汽车行驶时，在驱动力作用下，后轴将产生一定弯曲，使车轮出现前张现象，而预先设置的前束角就是用来抵消这种前张的。

后轮外倾角有两个作用：①由于外倾角是负值，可增加车轮接地点的跨度，增加汽车的横向稳定性；②负外倾角是用来抵消当汽车高速行驶且驱动力较大时，车轮出现的负前束（前张），以减少轮胎的磨损。

该车轮前束角和外倾角均不可调整。

某些后轮驱动的重型汽车上，由于采用独立悬架和脊骨式车架，为了保持加载后汽车行驶时轮胎处于正确的接地位置，减少磨损，后轮也设计成有一定的正外倾角，如太脱拉138型汽车。

三、转向驱动桥在许多轿车和全轮驱动的越野汽车上，前桥除作为转向桥外，还兼起驱动桥的作用，故称为转向驱动桥，如图20-10所示。

它同一般驱动桥一样，有主减速器1和差速器3。

但由于转向时转向车轮需要绕主销偏转一个角度，故与转向轮相连的半轴必须分成内外两段（内半轴4和外半轴8），其间用万向节6（一般多用等角速万向节）连接，同时主销12也因而分制成上下两段。

转向节轴颈部分作成中空的，以便外半轴穿过其中。

目前，许多现代轿车采用了发动机前置前驱动的布置形式，其前桥既是转向桥又是驱动桥。