汽车构造-学习单元十四

１４.１车桥车桥位于悬架与车轮之间，其两端安装车轮，通过悬架与车架（或车身）相连，其功用是传递车架（或车身）与车轮之间各种载荷的作用。按悬架结构不同，车桥分为整体式和断开式两种，如图１４-１所示。整体式车桥的中部是刚性实心或空心梁，与非独立悬架配用；断开式车桥为活动关节式结构，与独立悬架配用。按车桥上车轮的作用不同，车桥分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥４种类型。其中转向桥和支持桥都属于从动桥。在后轮驱动的汽车中，前桥不仅用于承载，而且兼起转向作用，称为转向桥；后桥不仅用于承载，而且兼起驱动的作用，称为驱动桥。下一页返回１４.１车桥越野汽车和前轮驱动汽车的前桥，除了承载和转向的作用外，还兼起驱动作用，所以称为转向驱动桥。只起支撑作用的车桥称为支持桥。挂车的车桥就是支持桥。支持桥除没有转向作用外，其他功能和结构与转向桥相同。１４.１.１转向桥转向桥通常位于汽车前部，故也称为前桥。转向桥的作用是支撑部分质量，安装前轮及制动器（前），连接车架，承受车架与车轮之间的作用力及其产生的弯矩和转矩，同时还要使前轮偏转以实现转向。转向桥由前轴、转向节、主销和轮毂４部分组成，东风ＥＱ１０９２型汽车转向桥的结构如图１４-２所示。上一页下一页返回１４.１车桥１）前轴前轴是转向桥的主体，根据断面形状分为“工”字梁式和管式两种，一般由中碳钢经模锻而成。前轴为“工”字形断面，提高了抗弯强度，故又称为“工”字梁，其两端向上翘起呈拳形，以提高抗扭刚度，并有上下相通的圆孔，主销插入孔内，将前轴与转向节连接起来。在前轴凹形平面的两端各有一块安装钢板弹簧用的底座，其上钻有安装Ｕ形螺栓用的４个通孔和１个位于中心的钢板弹簧定位孔。中部向下弯曲，使发动机位置得以降低，从而降低汽车质心，扩展驾驶员视野，并减小传动轴与变速器输出轴之间的夹角。在前轴两端还制有转向轮最大转向角限位凸块。上一页下一页返回１４.１车桥在主销孔内侧纵向有锥形孔，以安装锥形锁销，防止主销转动。２）转向节转向节与前轴通过主销采用铰接连接方式，形似羊角，故又称为羊角。它是一个叉形件，由上下两耳和支承轮毂轴承的轴颈构成。上下两耳各制有安装主销的同轴孔，通过主销与前轴相连。为减少磨损，在销孔内压入衬套，并在衬套上开有润滑油槽。转向节上的两主销孔要求有较高的同轴度，以保证主销的安装精度。转向节轴上有两道轴颈，内大外小，用来安装内外轮毂轴承。靠近两耳根部有呈方形的凸缘，凸缘四周有螺栓孔，用来固定制动底板。为使转向灵活、轻便，在转向节下耳轴孔的上平面装有滚子推力轴承。上一页下一页返回１４.１车桥安装推力轴承时，应使轴承开口的一面向下，以防污泥侵入。在转向节上耳与前轴拳部之间装有调整垫片，用以调整二者之间的轴向间隙。在左、右转向节下耳的下端各装有与左、右梯形臂制成一体的端盖，两梯形臂与横拉杆左右两端相连。在左转向节上耳的上端装有与转向节臂制成一体的端盖，这样就可以通过转向直拉杆前后推拉转向节臂，使左、右转向节同时绕主销摆动，实现转向。为了防止转向时轮胎与转向直拉杆或翼子板相碰擦，转向轮的最大转角不能超过规定值，为此在转向节上装有限位螺栓。它与前轴两端的限位凸块相配合，可以调整转向轮的最大转角。３）主销上一页下一页返回１４.１车桥主销的作用是铰接前轴与转向节，使转向节能绕着主销摆动，以使车轮偏转实现转向。主销的中部切有凹槽，安装时用锥形锁销与它配合，使其固定在前轴的销孔中，防止其相对前轴转动。４）轮毂轮毂的作用是将车身或半轴传来的各种作用力或转矩传递到整个车轮以及在车辆行驶过程中随车轮一起旋转的旋转件（如制动鼓或制动盘、轮速传感器的齿圈等）。前轮轮毂通过内外两轮毂轴承装在转向节轴颈上，轴承的预紧度可以用调整螺母调整，调好后，套上锁环和锁紧垫圈，再拧紧锁紧螺母，并用锁紧垫圈弯曲片包住锁紧螺母，以防松动。上一页下一页返回１４.１车桥在轮毂外端装有端盖，以防泥水和尘土侵入。轮毂内侧装有油封和挡油盘，以防润滑脂进入车轮制动器内。图１４-３所示为转向桥的分解图。１４.１.２转向驱动桥转向驱动桥的示意图如图１４-４所示，它同一般驱动桥一样，由主减速器、差速器、半轴和桥壳组成。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（内半轴和外半轴），其间用万向节（一般多用等角速万向节）连接，同时主销也因此而分制成两段（或用球头销代替）。转向节轴颈部分做成中空的，以便外半轴穿过其中。上一页下一页返回１４.１车桥图１４-５所示为桑塔纳２０００型轿车的转向驱动桥，采用的是断开式、独立悬架转向驱动桥。车桥上端通过左、右悬架与承载式车身相连接，下端通过左、右下摆臂与固定在车身上的副车架相连接。悬架车轮轴承壳与下摆臂之间通过可移动球形接头连接，从而使前轮固定，并可通过下摆臂上的长孔调整车轮外倾角。为了减小车辆转向时的车身倾斜，在副车架与下摆臂之间还装有横向稳定器。１４.１.３支持桥桑塔纳２０００ＧＳｉ型轿车后桥是纵向摆臂式非驱动桥，后悬架为非独立悬架，其结构如图１４-６所示。上一页下一页返回１４.１车桥后桥桥架由１根６ｍｍ厚的Ｖ形冲压横梁和２根圆柱管状的悬架臂以及内加强筋和外加强覆板焊接而成，并通过安装在悬架臂前金属橡胶支承的支承座和后减振器支承杆座与车身相连接。后桥轮毂（制动鼓）内侧轴承压在轮毂短轴上，其上带有密封圈，防止润滑脂泄漏；外侧轴承靠自锁螺母锁紧，轮毂短轴凸缘用４个螺栓固定在悬架臂总成上的轴端支承面上。轮毂和车轮由轮胎螺栓紧固在一起。该车桥轮毂、制动鼓以及车轮与车桥的连接方式与转向桥一样，通过轴承支承及轴向定位。车桥只向其传递横、纵向推力或拉力，不传递转矩，这一点是驱动桥和非驱动桥上车轮与车桥连接方式不同的地方。上一页返回１４.２车轮定位１４.２.１转向轮定位为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少轮胎和其他机件的磨损，转向轮、转向节和前轴三者与车架的安装应保持一定的相对位置关系，这种安装位置关系称为转向车轮定位，也称前轮定位。对于两端装有主销的转向桥，汽车转向时，转向车轮会围绕主销轴线偏转，如图１４-７（ａ）所示。但在大多数断开式转向桥中没有主销，采用上、下球头销代替主销，上、下球头销球头中心的连心线相当于主销轴线，如图１４-７（ｂ）所示。转向轮定位包括主销后倾、主销内倾、车轮外倾及前轮前束４个参数。现以有主销的转向桥为例说明转向车轮定位。下一页返回１４.２车轮定位１）主销后倾主销安装在前轴上，其上端略向后倾斜，这种现象称为主销后倾。在垂直于汽车支撑平面的纵向平面内，主销轴线与汽车支撑平面垂线之间的夹角γ称为主销后倾角，如图１４-８所示。主销后倾的功用是形成回正力矩，保证汽车直线行驶的稳定性，并使汽车转向后回正操纵轻便。主销后倾使主销轴线的延长线与地面的交点ａ位于车轮与路面的接触点ｂ之前，ａ、ｂ两点之间的距离称为主销后倾移距。设ｂ点到主销轴线延长线之间的距离为ｌ，汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而偏转（图１４-８中所示为向右偏转），汽车将偏离行驶方向而右转弯。上一页下一页返回１４.２车轮定位由于汽车本身离心力的作用，在轮胎与路面接触点ｂ处将产生一个路面对车轮的侧向反作用力Ｆ，由于反作用力Ｆ没有通过主销轴线，因而形成了一个使车轮绕主销轴线旋转的力矩Ｆｌ，其方向正好与车轮偏转方向相反。在此力矩作用下，车轮具有回复到原来中间位置的趋势，从而保证了汽车直线行驶的稳定性。同理，在汽车转向后的回正过程中，此力矩具有帮助驾驶员使转向车轮回正的作用，以使汽车转向后回正操纵轻便。主销后倾角越大、车速越高，回正力矩越大，转向轮偏转后自动回正能力也越强。上一页下一页返回１４.２车轮定位但主销后倾角不宜过大，一般不超过２°～３°，否则在转向时为了克服此力矩，驾驶员需在转向盘上施加较大的力，使转向沉重。２）主销内倾主销安装在前轴上，其上端略向内侧倾斜，这种现象称为主销内倾。在垂直于汽车支撑平面的横向平面内，主销轴线与汽车支撑平面垂线之间的夹角β称为主销内倾角，如图１４-９所示。主销内倾的功用是使转向轮自动回正，并使转向操纵轻便。主销内倾原理如下：（１）主销内倾具有使转向轮转向操纵轻便的作用，如图１４-９（ａ）所示。上一页下一页返回１４.２车轮定位由于主销内倾，使主销轴线的延长线与地面的交点至车轮中心平面与地面交点之间的距离ｃ缩短（在有些维修资料中将距离ｃ称为偏置或磨胎半径），转向时，路面作用在转向轮上的阻力对主销轴线产生的力矩减小，从而可减小转向时驾驶员施加在转向盘上的力，使转向操纵轻便。同时，还可以减小因路面不平而从转向轮传到转向盘上的冲击力。（２）主销内倾具有使转向轮自动回正的作用，如图１４-９（ｂ）所示。上一页下一页返回１４.２车轮定位当转向轮在外力作用下绕主销旋转（为了解释方便，假设旋转１８０°，即由图１４-９（ｂ）中左边位置转到右边位置）而偏离中间位置时，由于主销内倾，车轮的最低点将陷入路面以下ｈ处，即车轮必须将路面压低距离ｈ后才能旋转过来，但实际上路面不可能被压低，车轮下边缘不可能陷入路面之下，而是车轮连同整个汽车前部被向上抬起相应的高度ｈ。一旦外力消失，转向轮就会在汽车前部重力作用下力图自动回正到旋转前的中间位置。主销内倾角越大、转向轮偏转角越大，汽车前部就抬起得越高，转向轮自动回正的作用就越大。主销后倾和主销内倾都具有使车轮自动回正及保证汽车直线行驶稳定性的作用，但其区别在于：主销后倾角的回正作用随着车速的提高而增大，而主销内倾的回正作用几乎与车速无关。上一页下一页返回１４.２车轮定位３）车轮外倾转向轮安装在转向节上时，其旋转平面上端向外倾斜，这种现象称为转向车轮外倾。车轮旋转平面与垂直于车辆支撑面的纵向平面之间的夹角α称为车轮外倾角，如图１４-１０所示。车轮外倾角的功用是提高车轮工作的安全性和转向操纵的轻便性。由于主销与衬套之间、轮毂与轴承等处都存在着装配间隙，若空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时上述间隙将发生变化，车桥也会因承载而变形，从而引起车轮向内倾斜。上一页下一页返回１４.２车轮定位车轮内倾将使路面对车轮的垂直反作用力的轴向分力压向轮毂外端的小轴承，使该轴承及其锁紧螺母等零件承受的载荷增大，降低了它们的使用寿命，严重时会损坏锁紧螺母而使车轮脱落。为此，安装车轮时会预先留有一定的外倾角，以防止上述不良影响。车轮外倾与主销内倾相配合可进一步缩短距离ｃ（见图１４-９（ａ）），使汽车转向轻便。此外，车轮有一定的外倾角也可以与拱形路面相适应。但车轮外倾角不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。一般前轮外倾角为１°左右。４）前轮前束车轮安装在车桥上，两前车轮的中心平面不平行，其前端略向内收，这种现象称为前轮前束。上一页下一页返回１４.２车轮定位两前轮后端距离Ａ大于前端距离Ｂ，其差值Ａ－Ｂ称为前轮前束值。如图１４-１１所示。前轮前束的功用是消除因车轮外倾所造成的不良后果，保证车轮不向外滚动，防止车轮侧滑和减轻轮胎的磨损。由于车轮外倾，汽车行驶时，两个车轮的滚动类似于两个锥体的滚动，其轨迹不再是直线而是逐渐向两车轮的外侧滚开，如图１４-１２所示。但因受车桥和转向横拉杆的约束，两侧车轮不可能向外滚开，这样，车轮在路面上滚动行驶的同时又被强制地拉向内侧，产生向内的侧滑，从而加剧轮胎的磨损。上一页下一页返回１４.２车轮定位有了前束，车轮滚动的轨迹是向内侧偏斜，只要前束值与车轮外倾角配合适当，车轮向内、外侧滚动的偏斜量就会相互抵消，使车轮每一瞬间的滚动方向都朝着正前方，从而消除了侧滑，减轻了轮胎的磨损。前轮前束值可以通过改变转向横拉杆的长度来调整，一般前束值为０～１２ｍｍ。１４.２.２非转向轮定位后轮与后轴之间的相对安装位置关系称为后轮定位。随着车速的不断提高，为了提高汽车高速行驶的稳定性，在结构设计上应确保汽车具有不足转向特性。为此，转向轮定位的内容已扩展到非转向轮（后轮）。后轮定位内容主要包括后轮外倾角和后轮前束。上一页下一页返回１４.２车轮定位１）后轮外倾角为了对载荷进行补偿，采用独立后悬架的大多数车辆常带有一个较小的正后轮外倾角。２）后轮前束后轮前束的作用与前轮前束基本相同。一般前驱汽车，前驱动轮宜采用正前束，后从动轮宜采用负前束；对于后驱汽车，前从动轮宜采用负前束，后驱动轮宜采