第7章 车桥与悬架
车桥与悬架的功能完全不一样，但关系十分密切。因悬架结构类型的不同，传统上将车桥分为整体式（非断开式）和断开式两类，见图7.1。实际上汽车的悬架采用独立悬架的结构型式后，汽车左右轮之间已不存在车桥，它已和独立悬架的结构融合在一起。我国一般教科书上仍称之为断开式车桥，这是受旧苏联教材的影响。本章下面将要叙述的车桥，只是指整体式桥。至于所为的断开式车桥，本书下面不再专门提及。
图7.1
7.1 车桥（轴）
车桥又称车轴，它最基本的功能是承受汽车的负荷，维持汽车在道路上正常行驶。因此，车桥最简单的结构形式就是能装车轮的‘梁’。但按照结构要求，有时车桥还要具备一些附加的功能，如驱动、转向等。因此，车桥按附加功能不一，可有下列三种基本类型：驱动桥、转向桥和支持桥。将驱动桥变型加转向的功能，就成为转向驱动桥。转向桥和支持桥的车轮都不是驱动轮，这两者又称为从动桥。
本节重点介绍载重汽车上用得较普遍的驱动桥和转向桥结构，以作为熟悉车桥结构构思的基础。至于支持桥，主要为前置前驱动汽车的后桥所采用。传统的结构十分简单，而一些先进、新颖的支持桥又和悬架联系在一起难于分割（如纵臂扭转梁式复合悬架），本节也就不再涉及，请注意有关悬架的结构。
7.1.1驱动桥（壳）
驱动桥的结构外形，主要受主减速器及其传动布置和悬架结构类型的影响。图7.2是典型的后驱动桥壳结构。它的中部有大圆孔，用于安装主减速器，两旁为轴管让半轴通过。轴管的端部为安装车轮轮毂所用。桥壳的结构是服从于汽车总体结构布置要求，精心构思而成。结构上除了考虑到功能性的要求外，还注意到要使桥壳的弯曲变形要小、强度可靠、重量小且制造安装部件方便。由于桥壳结构形状复杂，旧时主要靠铸造成型法以获得理想的形状。它的缺点是，笨重、加工面多，需要相当规模的铸造设备。从现在看，它只适宜用于批量小的重型载重汽车。
对于轻型、中型载重汽车，现多用钢板冲压焊接整体式桥壳，如图7.3所示。图中的桥壳的主件上下两半是相同的冲压件，两件焊接时需用4块三角镶块补缺焊到桥壳中部前后两
侧处。焊接好的桥壳，再在其两端焊上半轴套管。
图7.3
对于批量大的轿车和轻、中型载重汽车，可用钢管扩成形法，如图7.4所示。从图中可
以看到，将钢管中间先行扩孔，再两端滚压变细，然后加焊凸缘及钢板弹簧座等而成。这种
制造工艺生产效率高、加工量小、材料利用率最高、桥壳质量小但桥壳的强度和刚度都很好。
驱动桥壳的更详细内容更参考文献［］。
图7.4
7.1.2转向桥
一般汽车的前轮都要转向，当汽车前部采用整体式从动车桥时，其前桥必为转向桥。图7.5，示出了前转向桥的结构组成和其特点。转向桥主要由前轴、转向节和主销等零件组成。图中前轴14承受荷重，为一工字梁。为了使前轴14和发动机间有足够大的空间，前轴14的中部向下凹，到接近轴的两端逐步往上升，断面形状也由工字形逐渐变成椭圆形再成拳头形。两拳形处钻有主销孔，孔内装有主销5，转向节8、17，通过主销5和前轴14相铰接。转向节上经一对轴承支承着车轮轮毂。为了转向，在左转向节处的上凸耳处，安装着转向节臂，通过转向拉杆可使左转向节绕主销转动。左右转向节的下凸耳处，通过横拉杆连系在一起，使右转向节和左转向节联动。转向节的销孔内压入青铜衬套，作为减少摩擦之用。为了转向轻便，在转向节的下凸耳与前轴拳形处之间装有推力轴承，在转向节上凸耳与前轴拳形处之间有调整垫片以调整间隙。带有螺纹的楔形锁销，将主销固定在前轴拳形处的孔内，使主销不能在前轴主销孔内转动。
图7.5
7.1.3车轮定位
车轮定位（尤其是汽车前轮）对汽车的操纵、行驶的稳定乃至汽车行驶的平顺都有影响，实际上它影响
着行驶的安全，不正确的车轮定位还会严重影响轮胎的磨损。上述方面对车轮定位要求，往往是矛盾的。因此，合理确定车轮定位参数是各种因素之间折衷、妥协的结果。这些方面详细论述，将由‘汽车理论’和‘汽车设计’来完成。本书仅作初步的、一般性的叙述。
车轮定位参数共有4个：车轮外倾、车轮前束、主销内倾及主销后倾。下面分别叙述。 车轮外倾
车轮外倾如图7.6所示。此时车轮已不再在垂直平面，而是车轮向外倾斜。若车轮向内倾斜，则叫作负外倾。
图7.6
车轮的外倾源自于路面的拱形（为了排水的需要），为了使车轮能垂直路面，车轮必须外倾。现代道路排水设施完善，路面相当平坦，传统意义上的车轮外倾已无必要，但是业内普遍认为车轮适量外倾（一般为0.5～1.50）是有益的，前轮的正外倾，会给汽车提供小量的不足转向特性。汽车不足转向有利于汽车行驶的稳定。
外倾的车轮滚动时要产生外倾推力，汽车正常行驶时左右车轮的外倾推力相互平衡。汽车转向时，内轮与地面有更多的接触，外轮则相反，减小了接触，再加上负荷的转移，外轮的外倾推力大于内轮。综合起来，其结果相当于增加了前轴的侧偏角，如果后轮无外倾，相当于无侧偏角，这就造成了汽车的不足
转向。在独立悬架的后轮中，为了提高车轮的侧偏性能，车轮的外倾角常为负值。促成车轮侧偏，造成不足转向的因素很多，不仅仅限于车轮外倾。此外，车轮的外倾也有助于减小主销的接地距，有利于转向操纵力的减轻。
总的说来，  一辆汽车车轮外倾的决定，综合了许多因素。尤其是独立悬架，还要考虑到车轮跳动过程中外倾角的变化规律。多数认为，车轮往上跳时外倾应变成负，回弹时应为正，这可克服车身侧倾时外轮（它相对于车身往上移）外倾角过分增大的不利影响。这样，当顾及车身及车轮的动态过程和悬架等结构因素，有的汽车车轮其静态的外倾角甚至采用负值也就不足为奇了。
车轮前束
车轮前束是指静止的汽车，汽车车轮前部向内缩拢，左右车轮的中心平面不再平行，如图7.7所示。对于前束的度量有两种方法：左右两车轮前后轮缘的差值V（V＝B－A），或前束角δ（车轮中心平面和汽车纵向平面在地面上夹线的夹角）。前束有正负之分，规定车轮前方缩拢为正，如车轮向后方缩拢为负。汽车前轮前束的形成靠调整转向横拉杆长度获得。
汽车前桥
图7.7
对于车轮的前束，一般认为，在一定程度上由它来抵消因车轮外倾在滚动时造成的不利影响（轮胎磨损加剧）。因此，前束大小和车轮外倾有较大的相关性，显然过大的前束也不好。这里要指出的是，对于前轮驱动的汽车，由于车轮上受到的驱动力指向前方（与从动轮相反），它有使车轮绕主销转动增加前束的趋势，有些前轮驱动的汽车采用了负前束。
主销后倾
主销后倾是指，主销轴线在汽车纵向平面内向后倾斜，不再和地面垂直。主销后倾角是指主销轴线与地面垂线之间的夹角，如图7.8所示。主销后倾的结果，使得主销轴线在地面上的交点（在纵力平面内看）移向前方，造成了它和轮胎的接地中心产生了一段距离，它的名称叫做主销拖距。拖距也可在后方，此时主销为负后倾。有了这一拖距，车轮容易维持直线方向。当车轮受外界干扰发生偏转而引起车辆转向时，由于拖距的存在，在地面侧向力、纵向力作用下，形成回正力矩，使车轮重新回到直行位置。图7.8中仅示出了从动轮和驱动轮在纵向力作用采用不同拖距的办法，获得相同的回正效果。侧向力造成的回正效果，读者自己去证明。
图7.8
有时，轮胎的强力弹性自身会形成正的拖距，技术上称作为轮胎拖距。这样，从动轮上就会造成过大的回正力矩，这也不利于操纵。此时，结构上可减小主销后倾，甚至采用负后倾的做法。
主销内倾