第二十一章 车桥和车轮.doc

第二十一章 车桥和车轮第一节 车桥车桥通过悬架与车架连接，支承着汽车大部份重量，并将车轮的牵引力或制动力，以及侧向力经悬架传给车架。为了便于与不同悬架相配合，汽车的车桥分为整体式和断开式两种。按使用功能划分，车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。转向驱动桥和驱动桥的内容已放在传动系中，这里主要介绍从动的转向桥和支持桥。 一、转 向 桥 一） 类型： 车桥可以分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥等类型。二） 作用：转向桥能使装在前端的左右车轮偏转一定的角度来实现转向，还应该能承受垂直载荷和由道路、制动等力产生的纵向力和侧向力以及这些力所形成的力矩。因此，转向桥必须有足够的强度和刚度；车轮转向过程中内 部部件之间摩擦力应该尽可能的小；并且保证汽车转向轻便和方向的稳定性。三） 组成：前轴、转向节和主销等部分组成。1与非独立悬架匹配的转向桥 汽车非独立悬架转向桥的结构大体相同，主要由前梁、转向节、转向主销等几部分组成。 如图所示为非独立悬架汽车转向桥(解放CAl091)。 1、制动鼓 2、轮毂 3、4、轮毂轴承 5、转向节 6、油封 7、衬套 8、主销 9、滚子止椎轴承 10、前轴 2与独立悬架匹配的转向桥 断开式转向桥的作用与非断开式转向桥一样，所不同的是断开式转向桥与独立悬架匹配。所示为红旗CA7560型轿车的转向桥与前悬架，其转向桥为活动关节式结构。 二、 转向轮定位参数 一般人认为汽车的四个车轮是垂直于地面的，实际上要想保证汽车在行驶中安全和舒适，必须需要考虑许多因素来确定车轮与地面的角度，也就是车轮定位。1. 定义： 所谓车轮定位，就是汽车的每个车轮、转向节和车桥与车架的安装应保持一定的相对位置。2. 内容：参数有：主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束四个参数。通常车轮定位主要是指前轮定位，现在也有许多车辆需要除前轮定位外的后轮定位即四轮定位。3. 作用：1）保持车辆直线行驶的稳定性2）转弯能自动回正3）转向轻便4）减少轮胎与机件的磨损。 汽车一般有四个车轮，这些车轮中，有起转向作用的转向轮(一般为前轮)，有起产生驱动作用的驱动轮(一般为后轮)，也有的前轮同时起转向和驱动作用。车轮在汽车行驶中虽然好像都是在直立地向前滚动，但仔细研究一下它们的工作状况，会发现它们各自的方位、方向和姿态是不相同的。另外，汽车在使用中由于车架和悬架的弹性变形，同一辆汽车上的各车轮之间的位置关系也在不断地发生变化。汽车在使用中，如果安装车轮的车架发生永久变形、车轮在车架上定位不准且紧固不良、汽车的左右侧车轮及前后车轮之间的距离及位置关系不正确，都会影响汽车稳定行驶，并会造成轮胎异常磨损。因此，汽车在使用中要注意经常检查并保持各车轮的正确位置和定位关系。由于前轮是转向轮，前轮的定位关系更复杂一些。前轮安装在转向节上，汽车行驶过程中，它除不断绕自己的轴线旋转外，还要以转向节主销为中心向左或向右偏转，这样才能不断改变行驶方向。前轮可以在方向盘的控制下改变行驶方向，也可能在受到地面侧向作用力(如石头碰撞)等外力作用时；偶然偏离预定的行驶方向。从提高汽车转向轻便性和行驶稳定性的要求出发，前轮在转向结束松开转向盘时或在迫使车轮发生偏转的外界干扰力一旦消失时，前轮应能很快自动回到相当于汽车直线行驶的方位。前轮的这种自动回正作用就是依靠前轮的正确定位关系来实现的。一、主销后倾ab1、定义：在汽车的纵向平面内(汽车的侧面)，主销上部向后倾一个角度，称为主销后倾角。2、功用：直线行驶稳定，自动回正3、作用原理：如图所示。自行车的前轮叉梁也是向后倾斜的。当主销具有后倾角时，主销轴线与路面交点a将位于车轮与路接触点b的前面。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，将使汽车行驶方向偏离。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。反力对车轮形成绕主销轴线作用的力矩，其方向正好与车轮偏转方向相反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原来中间的位置，从而保证汽车能稳定地直线行驶，故此力矩称为回正的稳定力矩。但此力矩也不宜过大，否则在转向时为了克服此稳定力矩，驾驶员须在转向盘上施加较大的力(即转向沉重)。因稳定力矩的大小取决于力臂的数值，而力臂又取决于后倾角的大小。4、参数值：为了不使转向沉重，主销后倾角不宜过大。一般不超过2-30。现代汽车由于为了提高行驶速度，普遍采用扁平低压胎，轮胎变形增加，引起稳定力矩增加，因此可以减小甚至接近于零，有的为负值。5、获得：设计时保证二、主销内倾1、定义：在汽车的横向平面内(汽车的前后方向)，主销上部向内倾斜一个角度，这个主销轴线与垂线之间的夹角称为主销内倾角，如图所示。2、功用：自动回正，转向轻便。3、作用原理：当转向车轮在外力作用下由中间位置偏一个角度时，车轮的最低点将陷入路面以下A处，但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向轮连同整个汽车前部向上抬起个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向轮回复到原来中间位置的效应；即能自动回正。主销内倾角愈大或转向轮偏转角愈大，汽车前部就被抬起得愈高，转向轮自动回正的作用就愈大。由于主销的内倾使得主销轴线与路面的交点到车轮中心平面与地面交线的距离C减小，转向时路面作用在转向轮上的阻力矩减小(因力臂C减小)，从而可降低转向时驾驶员加在转向盘上的力使转向操作轻便，同时也可以减小因路面不平而从转向轮传到方向盘上的冲击力。但C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的摩擦阻力，这不仅使转向变得很沉重，而且加速了轮胎的磨损。4、参数值：一般内倾角不大于80，距离C一般为4060mm。但在一些发动机前置、前轮驱动的轿车上，为了使汽车具有良好的行驶稳定性，特别是制动稳定性，其主销内倾角均较大，如奥迪100型轿车为14.20；天津夏利TJ7100型轿车为120土30。5、获得：主销内倾角通过前梁的设计来保证，由机械加工来实现（不可调）。加工时将前梁两端的主销孔轴线上端向内倾斜就形成了内倾角。三、前轮外倾1、定义： 向前后方向看车轮，轮胎并非垂直安装，而是稍微倾斜。在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外倾斜一个角度，如图所示，称为前轮外倾角。轮胎呈现“八”字形张开时称负外倾，而呈现“V”字形张开时称正外倾。2、功用：提高转向操纵的轻便性和车轮工作安全性。3、作用原理：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，这样将加速汽车轮胎的偏磨损。另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂轴向分力将使轮毂压向轮毂外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷，降低它们的使用寿命，严重时会损坏外端的锁紧螺母而使车轮松脱，造成交通事故。因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时预先使其有一定的外倾角，以防止车轮内倾。4、参数值：一般为1度。外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。5、获得：前轮的外倾角是在转向节的设计中确定的。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。在使用普通斜交轮胎的鼎盛时期，由于使轮胎倾斜触地便于方向盘的操作，所以外倾角设定得比较大。随着汽车装用扁平子午线轮胎不断普及，并由于子午线轮胎的特性(轮胎花纹刚性大，胎体比较软，外胎面宽)，若设定较大外倾角，会使轮胎偏磨，缩短轮胎的使用寿命。现在的汽车一般都将外倾角设定为左右，有的接近垂直，有的为负。BA四、前轮前束1、定义：俯视车轮，汽车的两个前轮的旋转平面并不完全平行，而是稍微带一些角度，这种现象称为前轮前束。在通过两前轮中心的水平面内，两前轮的前边缘距离B小于两前轮后边缘距离A，AB之差称为前轮前束，如图所示。像内八字样称为前束，而外八字样称为后束或负前束。2、作用原理：前轮前束的作用是为了消除由车轮外倾而引起的前轮“滚锥效应”。即车轮有了外倾角后，在滚动时，就类似于圆锥滚动，从而导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉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向内滑移的现象，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平面不平行，两轮前边缘距离B小于后边缘距离A。这样可使车轮在每一瞬时滚动方向接近于向着正前方，从而在很大程度上减轻和消除了由于车轮外倾而产生的不良后果。3、参数值：0-12mm。有的汽车为与负前轮外倾角相配合，其前束也取负值即负前束（如，上海桑塔纳轿车前束为-1-3mm）。4、检测：GB7258_1997车辆安全检测时需要检查侧滑（侧滑：5m/km），这是察看直线行驶时轮胎的横向侧滑率，也就是车轮外倾角与前轮前束的配合情况。检查标准规定，采用前束或后束发生的侧滑率，在汽车直线行驶lkm时，应为5m以内(实际用仪器测量，行驶lm，应为5mm以内)。这样，汽车的直线行驶状态下，轮胎稍微发生横向侧滑是属于正常的。5、调整: 前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整。五、后轮定位随着道路条件的改善，现代轿车的行驶速度愈来愈高，现在有许多高档轿车都需要设置四轮定位即不仅要求前轮定位，还需要有后轮定位。其原因是对前轮驱动汽车和独立后悬挂汽车，如果后轮定位不当，既使前轮定位良好，仍然会有不良的操纵性和轮胎早期磨损。汽车后轮具有一定程度的外倾角和前束可使后轮获得合适的侧偏角，提高高速行驶的操纵稳定性。第二节 车轮与轮胎车轮与轮胎是汽车行驶系中最直观的重要部件，位于汽车车身与路面之间。l 起支承汽车和装载的质量；l 传递汽车与路面之间的各种力和力矩；l 缓冲车轮受路面颠簸时所引起的振动；l 保持汽车的行驶方向（产生侧抗力、回正力矩）等作用。一、车轮车轮是外装轮胎中心装车轴承受负荷的旋转部件，它是由轮毂、轮辋和轮辐组成。按照轮辐的构造，车轮可分为辐板式和辐条式两种主要形式。（一）、辐板式轮目前汽车上普遍采用辐板式车轮，车轮中的轮辋和辐板根据其连接型式，可以分为组成式结构和整体式结构。（有图）轿车车轮（有图）货车双式车轮（有图）（二）、辐条式车轮由价格昂贵钢丝辐条编制成，维修安装不便，一般用在赛车和高级轿车上，另一种是和轮毂铸成一体的铸造辐条，一般装在重型汽车上。（有图）3、轮辋在车轮中轮辋的外部须安装上轮胎，当轮胎装入不同轮辋时，就会使轮胎变形，影响轮胎的性能。因此，不同规格的轮胎，应该配用相应规格的标准轮辋。、常用轮辋的形式轮辋的类型有7种，最常见是深槽轮辋和平底轮辋（有图）。断面较宽的深槽轮辋，主要用于轿车和轻型汽车。代号为（WDC）平式轮辋，主要用于货车上。代号（WFB）对开式轮辋，多用于越野车。代号（DT）汽车车轮是高速旋转的部件，为了保证汽车稳定和安全地行驶，目前许多车轮在轮辋边缘夹装平衡块。车轮在维护、拆装作业时，原有的平衡被破坏，必须在轮胎平衡机上重新确定平衡块的质量和夹装位置。（有图）、国产轮辋规格国产轮辋规格按国家标准（GB2933-82）用轮辋名义宽度、轮缘高度代号、轮辋结构形式代号、轮辋名义直径和轮辋轮廓类型代号来表示。具体例子参见P183。二、轮胎功用：l 内部充有气体支承汽车及货物的总质量；并具有适宜的弹性l 复杂的花纹保证车轮和路面的附着性，保证足够的牵引性、制动性和通过性；l 与汽车悬架一同减少冲击，衰减由此而产生的振动，保证乘坐舒适性和平顺性。类型：目前汽车上采用的轮胎可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎。按胎面花纹不同又可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎和混合花纹轮胎；按胎体帘布层的结构不同，还可分为斜交轮胎和子午线轮胎。轮胎内部的充气压力按大小可分为高压胎（0.5-0.7 MPa）、低压胎（0.15-0.45MPa）和超低压胎(0.15 MPa以下)。低压胎弹性好、断面宽、接地面积大、壁薄散热好，从而提高了汽车行驶的平顺性、稳定性；同时提高了轮胎的使用寿命，所以汽车上几乎全部都使用低压胎。1、有内胎充气轮胎组成：普通轮胎由外胎，内胎与垫带组成。如图所示l 外胎是轮胎的主体。胎肩：是较厚的胎冠与较薄的胎侧间的过渡部分胎侧：保护胎体侧部帘布层免受损伤。1-橡胶密封层 2-自粘层 3-槽纹 4-轮辋 5-气门嘴胎体（包括缓冲层1和帘布层2）：是外胎的骨架，承受负荷。l 内胎：环形橡胶管，表面光滑，装有气门嘴。l 垫带：是一个环形橡胶带，保护内胎。2、无内胎充气轮胎没有内胎和垫带，充入轮胎的气体直接压入无内胎轮胎中，要求轮胎与轮辋之间有很好的密封性。与普通轮胎相比，其外胎内壁上附加了一层厚约23mm的硫化橡胶密封层1，密封层正对着的胎面下面，贴着一层未硫化橡胶的特殊混合物制成的自粘层2。当轮胎穿孔时，自粘层能自行将刺穿的孔粘合，因此又有叫有自粘层的无内胎轮胎。气门嘴5直接固定轮辋4上。优点：在穿孔时，压力不会急剧下降，有利于安全行驶。不存在内外胎之间的摩损和卡住，它的气密性好，可直接通过轮辋散热。使用寿命长，结构简单，重量轻。缺点：是途中坏了修理困难。自粘层只有在穿孔小时才可粘合。天气炎热自粘层易软化而向下流动，从而破坏车轮平衡。一般多采用无自粘层无内胎轮胎。它的外胎内壁只有一层密封层，当轮胎穿孔时，由于其本身处于压缩状态而紧裹着穿刺物，能长期不漏气。即使穿刺物拨出，亦能暂时保持气压。3、斜交轮胎斜交轮胎是一种较老式的结构，广泛的用于国产的载货汽车。由于帘线与胎面中心线的呈小于90角排列，并由一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边、层层相叠，成为胎体的基础，所以称为斜交轮胎。l 帘布层是外胎的骨架，帘布层数越多强度就越大，但弹性会下降。棉线：价格低，但强度差，需要多层帘布，在受热后强度下降，不能很好承受轮胎工作时产生的交变载荷；人造丝：可以减少层数，耐久性比棉布层轮胎高6070%，但它不足处是吸湿性较大，此时强度会下降，残余伸长变形而使其不能与橡胶更好结合。尼龙线或钢丝：在轮胎承载能力一样时，层数可减小，减轻轮胎重量。l 缓冲层：位于胎面与帘布层之间，用胶片和数层挂上胶的稀帘布做成，它具有较大的弹性，可缓和汽车行驶的冲击载荷，并防止汽车在紧急制动时胎面与帘布层脱离。l 优点：噪声小，外胎面柔软，价格便宜。l 缺点：刚性大，接地面积小，抗侧向能力差，滚动阻力大。4、子午线轮胎目前轿车上几乎都装用子午线轮胎。用钢丝或纤维植物制作的帘布层，其帘线与胎面中心的夹角接受90角，并从一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边，帘线在轮胎上的分布好像地球的子午线，所以称为子午轮胎，如图。特点：它的帘布层数小于普通斜交轮胎（少4050%），使轮胎重量可以减轻，胎体较柔软。帘线在圆周方向只靠橡胶来联系。15、外胎面 246、胎体 3、束带层子午线及斜线轮胎的结构比较采用了与胎面中心线夹角较小（10o20o）的多层束带层作为缓冲层，用高强力、小伸张力的帘布或钢丝制造，可承担较大的切向力。带束层象钢带