产班第21章车桥和车轮

1、第第2121章章 车桥和车轮车桥和车轮同济大学汽车学院同济大学汽车学院朱西产朱西产 教授教授马志雄马志雄 讲师讲师转向桥利用车桥中的转向桥利用车桥中的使车轮偏使车轮偏转一定的角度，实现转向。转一定的角度，实现转向。一般汽车的转向桥就是汽车的一般汽车的转向桥就是汽车的。汽车转向桥的受力：垂直载荷，纵向汽车转向桥的受力：垂直载荷，纵向力及其力矩，侧向力及其力矩。力及其力矩，侧向力及其力矩。2.1 2.1 转向桥转向桥转向桥的结构转向桥的结构主要组成：前梁，转主要组成：前梁，转向节，轮毂，主销等。向节，轮毂，主销等。转向桥的支承转向桥的支承转向桥通过两侧车轮支转向桥通过两侧车轮支承承；通过悬架弹簧与

2、车架通过悬架弹簧与车架（或车身）连接。（或车身）连接。前梁前梁转向节转向节主销主销轮毂轮毂衬套衬套推力轴承推力轴承前梁：断面常采用工前梁：断面常采用工字梁或空心圆管梁，以字梁或空心圆管梁，以承受弯矩为主，（在制承受弯矩为主，（在制动时承受弯矩和扭矩）。动时承受弯矩和扭矩）。主销：为连接前轴和主销：为连接前轴和转向节的部件，主销固转向节的部件，主销固定在前轴的销孔内，为定在前轴的销孔内，为静配合，与转向节的销静配合，与转向节的销孔为动配合。孔为动配合。转向桥的结构转向桥的结构前梁前梁转向节转向节主销主销轮毂轮毂衬套衬套推力轴承推力轴承轮毂：为一个旋转件，轮毂：为一个旋转件，在轮毂上可安装车轮。在

3、轮毂上可安装车轮。通过两个轮毂轴承安装通过两个轮毂轴承安装在转向节轴颈上，内端在转向节轴颈上，内端为大轴承。为大轴承。转向节：为一叉形件，转向节：为一叉形件，在叉形件上有安装主销在叉形件上有安装主销的两个轴孔，的两个轴孔， 可安装可安装轴承的为转向节轴，在轴承的为转向节轴，在轴的根部安装有制动底轴的根部安装有制动底板。板。转向桥的结构转向桥的结构前梁前梁转向节转向节主销主销轮毂轮毂衬套衬套推力轴承推力轴承转向桥的结构转向桥的结构转向节臂与转向杆系转向节臂与转向杆系共同运动，实现汽车的共同运动，实现汽车的转向；转向；梯形臂和转向横拉杆梯形臂和转向横拉杆实现另一侧车轮转向。实现另一侧车轮转向。润滑

4、：转向桥的运动润滑：转向桥的运动部件之间的润滑，一般部件之间的润滑，一般采用润滑脂润滑。采用润滑脂润滑。转向节臂转向节臂梯形臂梯形臂转向横拉杆转向横拉杆转向桥的结构转向桥的结构特点：两端拳形部分通过焊接与特点：两端拳形部分通过焊接与前梁中部为无缝钢管，前梁中部为无缝钢管，转向节臂与梯转向节臂与梯形臂一起连在转向节下耳上。形臂一起连在转向节下耳上。转向桥的结构转向桥的结构转向轮定位参数转向轮定位参数转向轮在保证汽车转向功能的同转向轮在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮有自动回正作用。时，应使转向轮有自动回正作用。保证汽车的稳定直线行驶。保证汽车的稳定直线行驶。转向轮在偶遇外力消失后能转向轮在偶遇

5、外力消失后能立即立即回到直线行驶状态。回到直线行驶状态。转向轮的定位参数作用：使汽车转向轮具有转向轮的定位参数作用：使汽车转向轮具有自动回正作用，并避免或减少轮胎的磨损。自动回正作用，并避免或减少轮胎的磨损。转向轮定位参数的实现：通过车轮、主销和转向轮定位参数的实现：通过车轮、主销和前桥的安装或调整相对关系实现。前桥的安装或调整相对关系实现。转向轮定位参数转向轮定位参数转向轮定位参数：转向轮定位参数：主销后倾角主销后倾角主销后倾是指主销轴线在汽车的纵向平面内向后倾斜，不再和主销后倾是指主销轴线在汽车的纵向平面内向后倾斜，不再和地面垂直。地面垂直。主销后倾角：主销在汽车的纵向平面具有的向后的倾角

6、，即主主销后倾角：主销在汽车的纵向平面具有的向后的倾角，即主销轴线与地面垂线在汽车纵平面内的夹角。销轴线与地面垂线在汽车纵平面内的夹角。主销后倾角主销后倾角主销后倾角的作用：偏转时汽车离心力的地面反力产生回正的主销后倾角的作用：偏转时汽车离心力的地面反力产生回正的稳定力矩。稳定力矩。转向轮受到偶然外转向轮受到偶然外力稍有偏转时，在离力稍有偏转时，在离心力的作用下，地面心力的作用下，地面作用会对车轮作用一作用会对车轮作用一侧向力侧向力FY。 主销有一定的后倾角，使主销延长线与地面的交点主销有一定的后倾角，使主销延长线与地面的交点a向前偏移向前偏移了一段距离了一段距离l，即主销拖距。，即主销拖距。

7、 FY对主销形成一个对主销形成一个转矩（稳定力矩），转矩（稳定力矩），该转矩具有使前轮回该转矩具有使前轮回正的作用。正的作用。 主销后倾角主销后倾角主销后倾角主销后倾角对稳定力矩的要求：稳定力矩不能太大，否则将导致转向沉重。对稳定力矩的要求：稳定力矩不能太大，否则将导致转向沉重。现代汽车轮胎气现代汽车轮胎气压低弹性大，强力压低弹性大，强力弹性会自身形成拖弹性会自身形成拖距（轮胎拖距），距（轮胎拖距），使稳定力矩增加，使稳定力矩增加，因此后倾角设计得因此后倾角设计得较小甚至为负。较小甚至为负。主销后倾角的范主销后倾角的范围：围：23主销内倾角主销内倾角主销内倾角：主销在汽车横向平面的倾角，即主销

8、轴线与主销内倾角：主销在汽车横向平面的倾角，即主销轴线与地面垂线在汽车横向断面内的夹角。地面垂线在汽车横向断面内的夹角。主销若在车辆的横向平面内向里倾斜，称作主销内倾。主销若在车辆的横向平面内向里倾斜，称作主销内倾。主销内倾角主销内倾角主销内倾的目的是为了减小接地距。主销内倾的目的是为了减小接地距。所谓接地距是指主销轴线在车辆横向平面内，主销所谓接地距是指主销轴线在车辆横向平面内，主销轴线和地面的交点到车轮中心平面接地点的距离。轴线和地面的交点到车轮中心平面接地点的距离。主销内倾角主销内倾角主销内倾角的作用主销内倾角的作用车重作用下产生自动回正力矩；车重作用下产生自动回正力矩；通过主销偏置减小

9、转向力矩，使通过主销偏置减小转向力矩，使传向操纵轻便；传向操纵轻便；减小车轮对传向盘的冲击。减小车轮对传向盘的冲击。主销内倾角主销内倾角若接地距偏大若接地距偏大, ,则阻力矩变大，转向沉重。则阻力矩变大，转向沉重。若接地距偏小若接地距偏小, ,转向时轮胎的滚动受到阻碍，与路转向时轮胎的滚动受到阻碍，与路面产生较大滑动面产生较大滑动, ,反而转向沉重反而转向沉重, ,增加轮胎磨损。增加轮胎磨损。主销内倾角主销内倾角主销内倾角的范围：小于主销内倾角的范围：小于8 8，主销接地距：主销接地距：4060mm。主销内倾角靠机加工时前梁两端的主销孔倾斜来保证的。主销内倾角靠机加工时前梁两端的主销孔倾斜来保

10、证的。主销后倾和主销内倾的异同点主销后倾和主销内倾的异同点: :主销后倾的自主销后倾的自动回正作用和车速有关，主销内倾的自动回正动回正作用和车速有关，主销内倾的自动回正作用和车速无关。作用和车速无关。主销内倾角主销内倾角前轮外倾角前轮外倾角前轮外倾角：车轮中心平面与地前轮外倾角：车轮中心平面与地面垂直平面在汽车横向断面内的面垂直平面在汽车横向断面内的夹角。夹角。前轮外倾角的作用前轮外倾角的作用避免汽车满载时车轮内倾而引避免汽车满载时车轮内倾而引起车轮的偏摩；起车轮的偏摩；防止轮毂外端的小轴承和紧固防止轮毂外端的小轴承和紧固螺母承受过大的载荷；螺母承受过大的载荷；和拱形路面配合，提高车辆的和拱形

11、路面配合，提高车辆的安全性；安全性；能够提供小量的不足转向。能够提供小量的不足转向。车轮外倾指的是车轮在横向平面内向外倾斜，若车轮向内倾斜则叫车轮外倾指的是车轮在横向平面内向外倾斜，若车轮向内倾斜则叫作负外倾。作负外倾。前轮外倾角前轮外倾角前轮外倾角的范围：前轮外倾角的范围：1 1。；过大，会产生轮胎偏磨。；过大，会产生轮胎偏磨。车轮外倾角靠机加工时转向节的轴颈与水平面成一定的角度实现。车轮外倾角靠机加工时转向节的轴颈与水平面成一定的角度实现。前轮前束前轮前束前轮前束值：前轮后端边缘前轮前束值：前轮后端边缘距离与前端边缘距离的差值。距离与前端边缘距离的差值。前轮前束的作用：消除因前前轮前束的作

12、用：消除因前轮外倾引起的前轮边滚边滑的轮外倾引起的前轮边滚边滑的现象。现象。前轮前束指车轮平面前部向前轮前束指车轮平面前部向内缩笼，左右车轮的中心平面内缩笼，左右车轮的中心平面不再平行。不再平行。前轮前束大小与车轮外倾角前轮前束大小与车轮外倾角有关。有关。前轮前束前轮前束前轮前束的范围：前轮前束的范围：(A-B)=012mm前轮前束通过调整转向横拉杆来实现。前轮前束通过调整转向横拉杆来实现。前轮前束也可通过角度即前束角表示。前轮前束也可通过角度即前束角表示。具有驱动和转向功能的前桥称为转向驱动桥，多用于轿车和具有驱动和转向功能的前桥称为转向驱动桥，多用于轿车和全轮驱动越野车。全轮驱动越野车。主

13、要由主减速器、差速器、万向节、转向节、主销等组成。主要由主减速器、差速器、万向节、转向节、主销等组成。 2.2 2.2 转向驱动桥转向驱动桥转向驱动桥转向驱动桥转向驱动桥为了将动力传给前轮，又能使前轮偏转，必须在转向节转向驱动桥为了将动力传给前轮，又能使前轮偏转，必须在转向节内加装万向节，且内加装万向节，且。 转向节由转向节轴颈转向节由转向节轴颈和转向节壳体组成。和转向节壳体组成。外半轴穿过中空的转外半轴穿过中空的转向节轴颈。向节轴颈。半轴分为内半轴和外半轴分为内半轴和外半轴，通过万向节连接。半轴，通过万向节连接。转向驱动桥转向驱动桥前轮轮毂通过轮毂轴承支承在转向节轴颈上，汽车转向时转向节前轮

14、轮毂通过轮毂轴承支承在转向节轴颈上，汽车转向时转向节绕主销旋转，带动前轮绕主销旋转。绕主销旋转，带动前轮绕主销旋转。 主销分为上、下两段，分别固定在与半轴套管连接在一起的球形主销分为上、下两段，分别固定在与半轴套管连接在一起的球形支座上。支座上。断开式车桥动力传递断开式车桥动力传递路线：动力经主减速器路线：动力经主减速器和差速器传至左右内半和差速器传至左右内半轴和左右内等角速万向轴和左右内等角速万向节及左右半轴，并经左节及左右半轴，并经左右外等角速万向节及左右外等角速万向节及左右外半轴凸缘传到左右右外半轴凸缘传到左右轮毂。轮毂。转向驱动桥转向驱动桥非断开式车桥动力传递路线：动力经主减速器和差速

15、器传至左右内半轴非断开式车桥动力传递路线：动力经主减速器和差速器传至左右内半轴和左右等角速万向节及左右外半轴凸缘传到左右轮毂。和左右等角速万向节及左右外半轴凸缘传到左右轮毂。固定型球笼式万向节用于靠近车轮处，伸缩型球固定型球笼式万向节用于靠近车轮处，伸缩型球笼式万向节用于靠近驱动桥处笼式万向节用于靠近驱动桥处。为什么？为什么？思考思考转向驱动桥转向驱动桥2.3 2.3 车轮与轮胎车轮与轮胎辐板式车轮辐板式车轮定义：用以连接轮辋和轮毂的圆盘。定义：用以连接轮辋和轮毂的圆盘。辐板式车轮结构辐板式车轮结构：挡圈、辐板、轮辋以及气门嘴伸出孔。挡圈、辐板、轮辋以及气门嘴伸出孔。辐板主要有冲压和铸造两种制

16、造方式，冲压多用于轿车和辐板主要有冲压和铸造两种制造方式，冲压多用于轿车和轻型货车，而铸造辐板多用于重型汽车。轻型货车，而铸造辐板多用于重型汽车。为了保证高速行驶的平为了保证高速行驶的平衡性能，还装有衡性能，还装有。辐板式车轮辐板式车轮为使轮胎不致过载，货车后轮一般采用双式车轮为使轮胎不致过载，货车后轮一般采用双式车轮。轮辐是钢丝辐条或是和轮毂铸成一体的铸造辐条。轮辐是钢丝辐条或是和轮毂铸成一体的铸造辐条。辐条式车轮辐条式车轮前者仅用于赛车和高级轿车，后者应用于轿车和重型汽车。前者仅用于赛车和高级轿车，后者应用于轿车和重型汽车。轮辋断面轮廓的类型轮辋断面轮廓的类型汽车轮辋有深槽轮辋、平底轮辋、

17、对开式轮辋、半深槽轮汽车轮辋有深槽轮辋、平底轮辋、对开式轮辋、半深槽轮辋、深槽宽轮辋、平底宽轮辋、全斜底轮辋等类型。辋、深槽宽轮辋、平底宽轮辋、全斜底轮辋等类型。常见的轮辋形式是：常见的轮辋形式是：。深槽轮辋深槽轮辋用于轿车及越用于轿车及越野汽车，结构简单、刚度野汽车，结构简单、刚度大、质量小、适于安装小大、质量小、适于安装小尺寸、弹性较大的轮胎。尺寸、弹性较大的轮胎。平底轮辋平底轮辋用于货车，适合用于货车，适合安装较硬的轮胎。安装较硬的轮胎。轮辋断面轮廓的类型轮辋断面轮廓的类型车轮轮辋的规格代号车轮轮辋的规格代号轮辋规格代号（轮辋规格代号（GB/T 2933-1995GB/T 2933-19

18、95）名义宽度名义宽度 轮缘高度代号轮缘高度代号 轮辋结构形式轮辋结构形式 轮辋名义直径轮辋名义直径 轮辋轮廓类型轮辋轮廓类型轮辋名义宽度和名义直径代号的数值是英寸（轮辋名义宽度和名义直径代号的数值是英寸（inin），当新设计轮胎以），当新设计轮胎以mmmm表示直径时，轮辋直径用表示直径时，轮辋直径用mmmm表示。表示。符号符号“”表示该轮辋为一件式轮辋，表示该轮辋为一件式轮辋，“- -”表示该轮辋为两件或两表示该轮辋为两件或两件以上的多件式轮辋。件以上的多件式轮辋。轮胎轮胎轮胎的类型及其特点轮胎的类型及其特点按用途按用途载货汽车轮胎（重型、中型、载货汽车轮胎（重型、中型、轻型）轻型）轿车轮胎

19、轿车轮胎按轮胎胎体结构按轮胎胎体结构充气轮胎（汽车上使用的主充气轮胎（汽车上使用的主要轮胎形式）要轮胎形式）实心轮胎实心轮胎充气轮胎按组成结构充气轮胎按组成结构 有内胎轮胎有内胎轮胎 无内胎轮胎无内胎轮胎 按充气大小按充气大小高压高压（0.50.7Mpa）：刚度大，较硬，承载容量大，摩擦系数小。：刚度大，较硬，承载容量大，摩擦系数小。低压低压（0.150.45Mpa）弹性好、断面宽、接触面积大、薄壁。弹性好、断面宽、接触面积大、薄壁。超低压（超低压（0.15Mpa以下）。以下）。按帘线排列方向按帘线排列方向轮胎的类型及其特点轮胎的类型及其特点有内胎充气轮胎的组成有内胎充气轮胎的组成由外胎、内胎

20、、垫带三部分组成。由外胎、内胎、垫带三部分组成。外胎由胎面（胎冠、胎肩、胎侧）、缓外胎由胎面（胎冠、胎肩、胎侧）、缓冲层、帘布层、胎圈等组成。冲层、帘布层、胎圈等组成。帘布层：是外胎的骨架，由成双数的帘布层：是外胎的骨架，由成双数的挂胶布组成，保持轮胎的形状和尺寸，挂胶布组成，保持轮胎的形状和尺寸，层数越多，轮胎强度越大。层数越多，轮胎强度越大。外胎各组成部分的作用外胎各组成部分的作用胎面：由胎冠、胎肩、胎侧三部分组胎面：由胎冠、胎肩、胎侧三部分组成。胎冠由耐磨橡胶构成，直接承受摩成。胎冠由耐磨橡胶构成，直接承受摩擦和全部载荷，为提高附着，性胎冠上擦和全部载荷，为提高附着，性胎冠上各种形状的花

21、纹；胎肩是胎冠与胎侧之各种形状的花纹；胎肩是胎冠与胎侧之间的过渡部分，也有横纹利于散热；胎间的过渡部分，也有横纹利于散热；胎侧薄且软的橡胶层，用来保护帘布层。侧薄且软的橡胶层，用来保护帘布层。外胎各组成部分的作用外胎各组成部分的作用缓冲层：位于胎面与帘布层之间的缓冲层：位于胎面与帘布层之间的胶片，弹性较大，缓和路面的冲击。胶片，弹性较大，缓和路面的冲击。胎圈：由钢丝圈、帘布层包边、胎胎圈：由钢丝圈、帘布层包边、胎圈包布组成起到安装轮胎的作用，刚圈包布组成起到安装轮胎的作用，刚度和强度较大。度和强度较大。普通斜交轮胎普通斜交轮胎普通斜交轮胎：帘布层和缓冲层的各相邻层帘线交叉，且与普通斜交轮胎：帘

22、布层和缓冲层的各相邻层帘线交叉，且与胎面中心线呈小于胎面中心线呈小于9090（）排列的充气轮胎。）排列的充气轮胎。胎冠角一般为胎冠角一般为2040普通斜交轮胎的优点普通斜交轮胎的优点轮胎的噪音小；轮胎的噪音小；外胎面柔软，制造容易；外胎面柔软，制造容易；价格低。价格低。普通斜交轮胎普通斜交轮胎普通斜交轮胎的缺点普通斜交轮胎的缺点受侧向力时接地面积变小，胎受侧向力时接地面积变小，胎冠滑移大，抗侧向力能力差；冠滑移大，抗侧向力能力差；高速行驶的稳定性差，阻力大，高速行驶的稳定性差，阻力大，油耗高；油耗高；轮胎易磨损；轮胎易磨损；承载能力较子午线轮胎小。承载能力较子午线轮胎小。子午线轮胎子午线轮胎子

23、午线轮胎：帘布层线与胎面中心线呈子午线轮胎：帘布层线与胎面中心线呈9090角或约角或约9090角排列的充角排列的充气轮胎，也就是气轮胎，也就是帘布层帘线排列的方向与轮胎的子午断面一致帘布层帘线排列的方向与轮胎的子午断面一致。帘线的这种排列方式使帘线的强度能得到充分利用，因此子午线帘线的这种排列方式使帘线的强度能得到充分利用，因此子午线轮胎的帘布层数一般比普通斜交胎可减少约轮胎的帘布层数一般比普通斜交胎可减少约40405050，胎体较柔，胎体较柔软，弹性好。软，弹性好。 子午线轮胎的优点子午线轮胎的优点接地面积大，附着性能好，对地面接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿命长；的单

24、位压力小，磨损少，寿命长；胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低油耗；穿，行驶时变形小，可降低油耗；帘布层少，胎侧薄，散热性好；帘布层少，胎侧薄，散热性好；径向弹性大，缓冲性好、负荷能力径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大；大；承受侧向力时，接地面积基本不变，承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。行驶稳定性好。子午线轮胎的缺点子午线轮胎的缺点胎侧薄且软，胎冠厚，在二胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹；者的过渡区容易产生裂纹；吸振能力差，胎面噪音大；吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。制造技术要求高，成本高。子午线轮胎的特

25、点子午线轮胎的特点子午线胎与普通斜交胎受侧向力比较的特点子午线胎与普通斜交胎受侧向力比较的特点子午胎由于外胎面子午胎由于外胎面（胎冠）刚性大，胎（胎冠）刚性大，胎侧柔和，在侧向力作侧柔和，在侧向力作用下胎侧变形较大，用下胎侧变形较大，但胎冠的接地面积基但胎冠的接地面积基本不变。本不变。普通斜交轮胎在侧普通斜交轮胎在侧向力作用下胎侧变形向力作用下胎侧变形不大，但整个轮胎发不大，但整个轮胎发生倾斜，胎冠接地面生倾斜，胎冠接地面积减小。积减小。轮胎花纹轮胎花纹：花纹细而浅，：花纹细而浅，花纹块接地面积大，耐磨花纹块接地面积大，耐磨性和附着性好。性和附着性好。：凹部深而宽，：凹部深而宽，在软路面上与地

26、面的附着在软路面上与地面的附着性好，越野能力强。性好，越野能力强。：其特点介于：其特点介于普通花纹和越野花纹之间，普通花纹和越野花纹之间，兼顾了两者的使用要求，兼顾了两者的使用要求，适用于城乡之间行驶的汽适用于城乡之间行驶的汽车轮胎。车轮胎。轮胎花纹轮胎花纹和和有更宽的断面、更低的接地比压，有更宽的断面、更低的接地比压，附着性能好，主要为软路面行驶的特种车辆采用。附着性能好，主要为软路面行驶的特种车辆采用。无内胎的充气轮胎无内胎的充气轮胎无内胎的充气轮胎的优点无内胎的充气轮胎的优点没有内胎，空气直接压入外胎，具有轮胎穿孔时压力不会急没有内胎，空气直接压入外胎，具有轮胎穿孔时压力不会急剧下降，仍可以安全行驶；剧下降，仍可以安全行驶；不存在内外胎卡住而损坏的现象；不存在内外胎卡住而损坏的现象；气密好性、可以直接靠轮辋散热，使用寿命