第四節 車橋

一、車橋的功用和類型

車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連，兩端安裝車輪。它的功用是傳遞車架（或承載式車身）與車輪之間各方向的作用力及其產生的力矩。車架受到的垂直載荷通過懸架和車橋傳到車輪，車輪上的驅動力、滾動阻力、制動力和側向力及其產生的彎矩、扭矩通過車橋傳遞給懸架和車架。

根據車輛懸架類型以及傳動系統的不同，車橋的類型可分為以下幾種。

1）按懸架的結構不同，可將車橋分為整體式車橋和斷開式車橋，如圖1-10所示。整體式車橋的中部是剛性實心或空心梁，與非獨立懸架配合使用；斷開式車橋為活動關節式結構，與獨立懸架配合使用。

2）按車橋上車輪的作用不同，可將車橋分為轉向橋、驅動橋、轉向驅動橋、支持橋。其中，轉向橋和支持橋都屬于從動橋。一般汽車多以前橋為轉向橋，而以后橋或中、后兩橋為驅動橋。有些現代轎車和越野汽車的前橋則為轉向驅動橋；還有單橋驅動的二軸汽車（6×2汽車）的中橋（或后橋）為驅動橋，后橋（或中橋）為支持橋。只起支承作用的車橋稱為支持橋。掛車的車橋就是支持橋。支持橋除不能轉向外，其他功能和結構與轉向橋相同。

圖1-10 整體式和斷開式車橋

a）整體式車橋 b）斷開式車橋

二、轉向橋

轉向橋通常位于汽車前部，能使裝在其兩端的車輪偏轉一定的角度，以實現汽車轉向。同時還要承受車架與車輪之間的作用力及其產生的彎矩和轉矩。轉向橋通常位于汽車前部，因此也常稱為前橋。

汽車轉向橋的結構大致相同，主要由前軸、轉向節、主銷和輪轂組成。轉向橋既可以與獨立懸架匹配，又可以與非獨立懸架匹配。

1.與非獨立懸架匹配的轉向橋

圖1-11所示為東風EQ1090E型汽車轉向橋。

（1）前軸 前軸是轉向橋的主體，一般由中碳鋼經模鍛而成，如圖1-12所示。前橋采用工字形斷面，以提高抗彎強度；接近兩端逐漸過渡為方形，以提高抗扭剛度。中部加工出兩處用以支承鋼板彈簧的彈簧座（圖1-12上未畫出），其上鉆有4個安裝U形螺栓（俗稱騎馬螺栓）的通孔和1個位于中心的鋼板彈簧定位凹坑。中部向下彎曲，使發動機位置得以降低，從而降低汽車重心，擴展駕駛人視野，并減小傳動軸與變速器輸出軸之間的夾角。前軸兩端各有一個加粗部分，呈拳形，稱為拳部，其中有通孔，主銷即裝入此孔內。用帶有螺紋的楔形鎖銷將主銷固定在拳部孔內，使之不能轉動。

（2）轉向節 轉向節是一個叉形部件，如圖1-13所示。上下兩叉制有同軸銷孔，通過主銷與前軸的拳部相連，使前輪可以繞主銷偏轉一定的角度而使汽車轉向。為了減小磨損，轉向節銷孔內壓入青銅襯套，襯套上的潤滑油槽在上面端部是切通的，用裝在轉向節上的油嘴注入潤滑脂潤滑。為使轉向靈活、輕便，在轉向節下耳與前軸拳部之間裝有推力滾子軸承。在轉向節上耳與拳部之間裝有調整墊片，以調整其間的間隙。在左轉向節的上耳上裝有與轉向節臂制成一體的凸緣，在下耳上則裝有與轉向梯形臂制成一體的凸緣，此兩凸緣上均制有一矩形鍵，因此在左轉向節的上耳、下耳上都有與之配合的鍵槽。轉向節通過矩形鍵及帶有錐形套的雙頭螺栓與轉向節臂及梯形臂相連。

圖1-11 東風EQ1090E型汽車轉向橋

1—緊固螺母 2—錐套 3—轉向節臂 4—密封墊 5—主銷 6—左轉向節總成 7—襯套 8—左轉向節 9—左轉向梯形臂 10、13—雙頭螺柱 11—楔形鎖銷 12—調整墊片 14—前軸 15—油嘴 16—右轉向節上蓋 17—右轉向節 18—推力軸承 19—右轉向梯形臂 20—限位螺栓 21—輪轂蓋 22—襯墊 23—鎖緊螺母 24—止動墊圈 25—鎖緊墊圈 26—調整螺母 27—前輪轂外軸承 28—螺母 29—螺栓 30—車輪輪轂 31—檢查孔螺塞 32—制動鼓 33—前輪轂內軸承 34—輪轂油封外圈 35—輪轂油封總成 36—輪轂油封內圈 37—定位銷

（3）主銷 主銷的作用是鉸接前軸與轉向節，使轉向節能繞著主銷擺動，使車輪偏轉實現轉向。主銷有實心圓柱形、空心圓柱形、圓錐形和階梯形，如圖1-14所示。

圖1-12 前軸

圖1-13 轉向節

圖1-14 主銷的形式

a）實心圓柱形 b）空心圓柱形 c）圓錐形 d）階梯形

圖1-15 輪轂

（4）輪轂 車輪輪轂通過兩個圓錐滾子軸承支承在轉向節軸頸上，如圖1-15所示。軸承的松緊度可用調整螺母加以調整。輪轂外端用沖壓的金屬罩蓋住。轉向節上還裝有限位螺栓，與前軸上的限位凸臺相配合，可以限制并調整轉向輪的最大偏轉角。

2.與獨立懸架匹配的轉向橋

圖1-16所示為JL6360型微型客車斷開式轉向橋。斷開式轉向橋在轎車和微型客車上得到了廣泛采用，與獨立懸架相配置，組成了性能優良的轉向橋。由于它有效地減少了非簧載質量，降低了發動機的重心高度，從而提高了汽車的行駛平順性和操縱穩定性。

斷開式轉向橋與非斷開式轉向橋一樣，在具有承載傳力功用的同時，還具有轉向的功能，所不同的是斷開式轉向橋與獨立懸架相匹配。這種組成與非斷開式相比有較大的不同，主要是斷開式車橋與轉向節連接為活動關節式結構，非斷開式車橋則通過主銷與轉向節連接。

圖1-16 JL6360型微型客車斷開式轉向橋

1、5—前輪 2—上支點 3—緩沖彈簧 4—減振器 6—縱拉桿 7—橫向穩定桿 8—左梯形臂 9—橫拉桿 10—懸臂總成 11—右梯形臂 12—中臂 13—主轉向臂

三、轉向輪定位

轉向橋在保證汽車轉向功能的同時，應使轉向輪有自動回正作用，以保證汽車穩定直線行駛。為了保持汽車直線行駛的穩定性、轉向的輕便性，減小輪胎與機件間的磨損，轉向輪、轉向節和前軸三者之間與車架必須保持一定的相對位置，這種具有一定相對位置的安裝稱為轉向輪定位。即當轉向輪在偶遇外力作用發生偏轉時，一旦作用的外力消失，轉向輪能立即自動回到原來直線行駛的位置。

轉向輪的定位參數有主銷后傾角、主銷內傾角、前輪外傾角和前輪前束。

1.主銷后傾角

主銷裝在前軸上，當汽車水平停放時，在汽車的縱向垂面內，其上端略向后傾斜，這種現象稱為主銷后傾。主銷軸線和地面垂直線在汽車縱向平面內的夾角（γ）叫主銷后傾角，如圖1-17所示。主銷后傾的作用是形成回正力矩，保證汽車直線行駛的穩定性，并使汽車轉向后回正操縱輕便，即在動態下車輪有自動回正作用，并且車速越高，回正作用越大。

圖1-17 主銷后傾角示意圖

主銷傾斜后，主銷軸線的延長線與地面的交點a位于車輪與路面的接觸點b前面，汽車直線行駛時，若轉向輪偶然受到外力作用而偏轉（圖1-17中所示為向右偏轉），汽車行駛方向將向右偏離。由于汽車本身離心力的作用，轉向后地面作用在車輪上的側向力F_Y對主銷形成一個轉矩M_FY，其方向正好與車輪偏轉方向相反。在此力矩作用下，使車輪回復到原來的中間位置，從而保證汽車直線行駛的穩定性。但此力矩不能過大，否則在轉向時為了克服此力矩，駕駛人需在轉向盤上施加較大的力，使轉向沉重。

主銷后傾角越大、車速越高，回正力矩越大，轉向輪偏轉后自動回正的能力愈強。主銷后傾角一般不超過2°～3°，主銷后傾角一般是將前軸連同懸架安裝在車架上，使前軸向后傾斜而形成。此外，有些汽車由于采用超低壓輪胎，彈性增加，轉向時因輪胎彈性變形而使輪胎與路面的接觸點后移，使回正力矩增加，故主銷后傾角可以減小，甚至為負值（即主銷前傾）。

2.主銷內傾角

主銷內傾角指主銷在汽車的橫向平面內，其上部向內傾斜一個角β，即主銷軸線與地面垂直線在汽車橫向平面內的夾角，如圖1-18所示。主銷內傾的作用是使前輪自動回正，轉向輪轉向操縱輕便并能減小轉向盤上的沖擊力。

如圖1-18a）所示，主銷內傾后，主銷軸線的延長線與地面的交點至車輪中心平面與地面交點之間的距離c縮短，轉向時，路面作用在轉向輪上的阻力對主銷軸線產生的力矩減小，從而可減少轉向時駕駛人施加在轉向盤上的力，使轉向操縱輕便。

圖1-18 主銷內傾角

如圖1-18b）所示。當轉向輪在外力作用下繞主銷旋轉、偏離中間位置時，假設旋轉180°，車輪的最低點將陷入路面以下h處，即車輪有向下陷入地平面的傾向，但實際上車輪下邊緣不可能陷入路面之下，而是車輪連同整個汽車前部被向上抬起相應高度。一旦外力消失，轉向輪就會在汽車重力的作用下力圖自動回正到旋轉前的中間位置。主銷內傾角越大或前輪轉角越大，則汽車前部抬起越高，前輪的自動回正作用越明顯，但轉向時，車輪在滾動的同時將與路面產生較大的滑動，增加輪胎與路面的摩擦阻力，使轉向輪的輪胎磨損增加且轉向沉重，一般主銷內傾角控制在5°～8°為宜。

主銷后傾和主銷內傾都有使汽車轉向自動回正、保持直線行駛位置的作用。但主銷后傾的回正作用與車速有關，而主銷內傾的回正作用幾乎與車速無關。因此，高速時主銷后傾的回正作用起主導地位，而低速時則主要靠主銷內傾起回正作用。此外，直行時前輪偶爾遇到沖擊而偏轉時，也主要依靠主銷內傾起回正作用。

3.車輪外傾角

轉向輪安裝在轉向節上時，其旋轉平面上端向外傾斜，這種現象稱為轉向車輪外傾。前輪旋轉平面與縱向垂直平面之間的夾角α稱為車輪外傾角，如圖1-19所示。前輪外傾的作用是提高前輪工作的安全性和操縱輕便性。

由于主銷與襯套之間，輪轂與軸承之間等都存在間隙，若空車時車輪的安裝垂直于地面，則滿載時，車橋將因承載變形而可能出現車輪內傾，使汽車輪胎的磨損加速。另外，路面對車輪的垂直反作用力沿輪轂的軸向分力將使輪轂壓向輪轂外端的小軸承，加重了外端小軸承及輪轂緊固螺母的負荷，降低了使用壽命，嚴重時使車輪脫出。因此，為了使輪胎磨損均勻和減輕輪轂外軸承的負荷，安裝車輪時預先使車輪有一定的外傾角，以防止車輪出現內傾。前輪外傾角大雖然對安全和操縱有利，但是過大的外傾角將使輪胎橫向偏磨增加，油耗增多，一般前輪外傾角在1°左右。

前輪外傾角是由轉向節的結構確定的。當轉向節安裝到前軸上后，轉向節軸頸相對水平面向下傾斜，從而使前輪安裝后出現前輪外傾。

圖1-19 車輪外傾角

4.前輪前束

安裝車輪時，兩前輪的中心平面不平行，其前端略向內側收束，這種現象稱為前輪前束。兩前輪前端距離B小于后端距離A，A-B的差值稱為前輪前束值，如圖1-20所示。前輪前束的作用是使車輪在每一瞬間的滾動方向接近于正前方，消除汽車行駛過程中因前輪外傾而產生的不良后果，保證車輪不向外滾動，防止車輪側滑和減輕輪胎的磨損。

圖1-20 前輪前束

由于前輪外傾，汽車行駛時，兩個車輪的滾動類似于兩個錐體的滾動，其軌跡不再是直線而是逐漸向各自的外側滾開，如圖1-21所示。但因受車橋和轉向橫拉桿的約束，兩側車輪不可能向外滾開，這樣，車輪在路面上滾動行駛的同時又被強制地拉向內側，產生向內的側滑，從而加劇輪胎的磨損。有了前束，車輪滾動的軌跡是向內側偏斜，只要前束值與車輪外傾角配合適當，車輪向內、外側滾動的偏斜量就會相互抵消，使車輪每一瞬間的滾動方向都朝著正前方，從而消除了側滑，減輕了輪胎的磨損。

圖1-21 前輪外傾產生的車輪運動示意圖

前輪前束可通過改變橫拉桿的長度來調整。調整時，根據各廠家規定的測量位置，使兩輪前后距離差（A-B）符合規定的前束值。測量位置除圖1-20所示的位置外，還可取兩車輪輪轂內側面處的前后差值，也可以取兩輪胎中心平面處的前后差值。一般前束值為0～12mm。

四、四輪定位

隨著道路條件的改善，現代轎車的行駛速度愈來愈高，現在有許多高檔轎車設置四輪定位，不僅要求前輪定位，還需要有后輪定位。其原因是對前輪驅動汽車和獨立后懸架汽車，如果后輪定位不當，即使前輪定位良好，也會有不良的操縱性和輪胎早期磨損。

為了防止高速行駛時汽車出現“激轉”及自動轉向現象，在結構設計上應確保汽車具有不足轉向特性。汽車后輪具有一定程度的外傾角和前束可使后輪獲得合適的側偏角，提高高速行駛的操縱穩定性。四輪定位的優點包括以下幾點：增強駕駛舒適感，減少燃油消耗，延長輪胎使用壽命，保證車輛直線行駛的穩定性，降低底盤懸掛配件的磨損，提高汽車行駛的安全性。

1.后輪外傾角

像前輪外傾角一樣，后輪外傾角也對輪胎的磨損和操縱性有影響。理想狀態是4個車輪的外傾角均為零，這樣輪胎和路面接觸良好，從而得到最佳的牽引性能和操縱性能。為了對車輛加載后懸架下沉產生的載荷進行補償，采用獨立后懸架的大多數車輛常有一個較小的正后輪外傾角。

2.后輪前束

如同前輪前束一樣，后輪前束也是后輪定位的一個重要項目。如果前束不當，后輪輪胎也會被擦傷，另外會引起轉向不穩定及制動效能降低等不良后果。

對于前輪驅動的車輛，前輪宜正前束，后從動輪宜負前束；后輪驅動的車輛則相反，前輪宜負前束。獨立懸架的后驅動輪應盡可能為負前束。如果后輪前束不符合技術要求，就會被增加輪胎的磨損并影響轉向穩定性，其影響程度與前輪前束的影響程度相同。

3.驅動力作用線

如果兩后輪相互平行與整車平行，那么驅動力的作用線將垂直于后軸并與車輛縱軸線重合。但如果一個或兩個后輪前段偏里或偏外，或者一個車輪相對于另一個略微后縮，驅動力的作用線就要偏離中心線，從而產生一個驅動力偏離角并使車輛朝與偏離角相反的方向偏行。

例如驅動力的作用線偏右時，汽車向左跑偏。驅動力偏離角的出現使得車輛在冰、雪或濕滑路面上的方向穩定性變差。在車輛制動或急劇加速時，它有時會使車輛跑偏。用于轉向控制的前輪要克服后輪的這種作用，從而使磨損加劇。

五、轉向驅動橋

前輪驅動和全輪驅動的汽車的前橋既是轉向橋又是驅動橋，稱為轉向驅動橋。轉向驅動橋的作用是既可使車輪偏轉，起轉向橋的作用，與轉向系統配合實現汽車轉向，又可使車輪被驅動，起驅動橋的作用，增大汽車的驅動力，提高汽車的通過性。

結構特點如下：

1）具有與驅動橋相同的主減速器和差速器。

2）與轉向輪相連的半軸分成內外兩段（內半軸和外半軸），其間用萬向節（一般多用等角速萬向節）連接。

3）主銷分制成兩段（或用球頭銷代替），轉向節軸頸部分做成中空的，以便外半軸穿過其中。

轉向驅動橋如圖1-22所示，由主減速器、差速器、半軸和橋殼組成。

圖1-22 轉向驅動橋

1—主減速器 2—主減速器殼 3—差速器 4—內半軸 5—半軸套管 6—萬向節 7—轉向節軸頸 8—外半軸 9—輪轂 10—輪轂軸承 11—轉向節殼體 12—車輪13—主銷 14—主銷軸承 15—球形支座

目前，許多現代轎車采用了發動機前置前驅動的形式，其前橋既是轉向橋又是驅動橋，如圖1-23所示。車橋上端通過左、右懸架與承載式車身相連接，下端通過左、右下擺臂與固定在車身上的副車架相連接。車輪軸承殼與下擺臂之間通過可移動球形接頭連接，從而使前輪固定。可通過下擺臂上的長孔調整車輪外傾角。為了減小車輛轉向時的車身傾斜，在副車架與下擺臂之間裝有橫向穩定器。此種類型的轉向驅動橋多采用麥弗遜式獨立懸架，其特點是結構簡單，布置緊湊，具有良好的接近性，便于維修，而且轉彎直徑小，機動性好。

圖1-23 桑塔納2000轎車的轉向驅動橋（主減速器和差速器未畫出）

1、11—懸架 2—前輪制動器總成 3—制動盤 4、8—下擺臂 5—副車架 6—橫向穩定器 7—傳動半軸總成 9—球形接頭 10—車輪軸承殼 12—轉向橫拉桿 13—轉向裝置總成

六、支持橋

圖1-24 支持橋

轉向橋和支持橋（圖1-24）都屬于從動橋。有些單橋驅動的三軸汽車，往往將后橋設計成支持橋。掛車上的車橋也是支持橋。發動機前置前驅動轎車的后橋也屬于支持橋。