车架与车桥故障检修任务

情境描述

某汽车维修站接收一辆北京现代悦动轿车，根据车主反映，该车车身下沉，严重影响行车速度，乘坐也不舒服，且转向不如以前轻便。我们作为维修技工，需要根据维修手册，使用诊断检测仪器，参考相关资料排除故障，并在最终检验合格后交付前台。

相关知识

一、车架

1.车架的作用

就像人的身体由骨架来支撑一样，汽车也必须有一副骨架，这就是车架。除了普通轿车和部分大客车外，大多数汽车都有车架，它承担着两个重要的任务：一是作为支承连接汽车各总成零件的安装基体，承受车内外的各种静载荷，主要是汽车自身零部件的重量；二是在汽车极为复杂的行驶工况中，承受动载荷作用，包括行驶时所受的冲击、扭曲和惯性力等。

2.车架的类型

现有的车架种类有边梁式、中梁式、综合式及承载式等。

1）边梁式车架

边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。边梁式车架根据汽车总体结构布置的需要，可制成前宽后窄、前窄后宽、前后等宽等形式，如图2-1所示。载重汽车大多采用前后等宽式，这是为了简化制造工艺，避免纵梁宽度转折处应力集中，提高车架的使用寿命。

图2-1　边梁式车架的结构形式

1—保险杠；2—挂钩；3—前横梁；4—发动机前悬横梁；5—发动机后悬置右（左）支架和横梁；6—纵梁；7—驾驶室后悬置横梁；8—第四横梁；9—后钢板弹簧前支架横梁；10—后钢板弹簧后支架横梁；11—角撑横梁组件；12—后横梁；13—拖曳部件；14—蓄电池托架

特别提示

边梁式车架的结构特点是便于安装车身（包括驾驶室、车厢及一些特种装备等）和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。因此在货车和大多数的特种汽车上广泛采用。

2）中梁式车架

中梁式车架由一根位于中央贯穿前后的纵梁和若干根横向悬伸托架组成，也称脊骨式车架。如图2-2所示，中梁的断面可做成管形或箱形，传动轴由中梁内孔通过。纵梁的前端做成叉形支架，用来安装发动机。主减速器壳固定在中梁的尾端。

图2-2　中梁式车架的结构形式

中梁式车架质量轻、重心低、刚度和强度较大、行驶稳定性好，并且车轮运动空间足够大，前轮转向角大，便于采用独立悬架系统，适用于闭式传动轴。但这种车架制造工艺复杂，精度要求高，维护不便。

3）综合式车架

综合式车架（图2-3）是综合边梁式车架和中梁式车架的结构特点形成的。纵梁前后段类似边梁式结构，用以安装发动机；中部采用中梁式结构，传动轴从中梁管内通过。由于安装门车门槛的位置附近没有边梁的影响，所以可使底板的外侧高度有所降低。其缺点是中间梁的断面尺寸大，易造成底板中部的凸起。另外，不规则的结构也增加了车架的制造难度。

图2-3　综合式车架的结构形式

4）承载式车架

许多轿车和公共汽车没有单独的车架，而以车身代替车架，主要部件安装在车身上，称为承载式车身，如图2-4所示。这种结构的车身底板用纵梁和横梁进行加固，车身刚度较好，质量较轻，但制造要求高。

图2-4　承载式车身的结构形式

二、车桥

1.车桥的作用

汽车车桥又称车轴，通过悬架与车架或承载式车身相连接，两端与左、右车轮连接。它的基本作用是安装车轮和悬架及传递车架与车轮之间的各种作用力。为实现上述功用，车桥必须满足：有足够的强度和刚度、传力可靠、保证悬架和车轮安装定位等。

2.车桥的分类

根据悬架结构形式，车桥可分为非断开式车桥和断开式车桥两种，如图2-5所示。

视频2-1　识别驱动桥

视频2-2　识别支持桥

图2-5　车桥的分类

根据作用，车桥可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种类型。非断开式与非独立悬架配合使用，断开式与独立悬架配合使用。转向桥和支持桥都属于从动桥，一般货车前桥多为转向桥，后桥或中、后两桥为驱动桥，越野汽车的前桥为转向驱动桥，挂车的车桥为支持桥。

1）转向桥

转向桥利用其轴端起铰链作用的转向节，使车轮在一定的偏转角度范围内实现汽车的转向。它除了承受汽车上下颠簸产生的垂直载荷外，还承受驱动、制动和转弯行驶时产生的纵向力和横向力，以及由这些力引起的力矩。由于转向桥大多位于汽车的前部，所以也常称作前桥。

转向桥主要由转向节、前轴、主销和轮毂等部分组成，如图2-6所示。

图2-6　转向桥的构成

1—制动鼓；2—轮毂；3、4—轮毂轴承；5—转向节；6—油封；7—衬套；8—调整垫片；9—转向节臂；10—主销；11—推力轴承；12—前轴

（1）转向节。转向节由上、下两叉和支承轮载的轴构成，两叉制有安装主销的同轴孔，孔内压入青铜套或尼龙衬套，在衬套上开有润滑油槽。转向节轴上有两道轴颈，内大外小，用来安装内外轮毂轴承。靠近两叉根部有呈方形的凸缘，其上的通孔用来固定制动底板。一般在左、右转向节的下叉上各有一个带键槽的锥孔，分别安装左、右梯形臂，在左转向节的上叉上也有一个带键槽的锥孔，用以安装转向节臂。转向节的周边结构如图2-7所示。

（2）前轴。前轴是由钢材锻造而成，一般采用工字形断面，两端略成方形，前轴中部向下凹，两端向上翘起呈拳形，其中有通孔，主销插入孔内可将前轴与转向节铰接，如图2-8所示。前轴上平面有两处用以支承钢板弹簧的加宽面，其上钻有安装U 形螺栓的通孔和钢板弹簧定位坑。

视频2-3　识别转向桥

图2-7　转向节周边结构

1—主销；2—转向节臂；3—前桥；4—转向节

（3）主销。主销的作用是铰接前轴与转向节，使转向节绕着主销摆动以实现车轮转向。常见的主销形式有实心圆柱形、空心圆柱形、圆锥形和阶梯形四种，主销中部一般都切有四槽，如图2-9所示，通过带螺纹的楔形销将主销固定在前轴拳部孔内，使之不能转动。

图2-8　前轴

图2-9　主销

（4）轮毂。轮毂用于连接制动鼓、轮盘和半轴凸缘，它通过内外两个圆锥滚柱轴承装在转向节轴颈上。轴承的松紧度可通过调整螺母加以调整，调整后用锁紧垫圈锁紧。在轮毂外端装有端盖，以防止泥水和尘土浸入，内侧装有油封、挡油盘，以防止润滑油进入制动器。

2）转向驱动桥

转向驱动桥既有一般驱动桥具有的主减速器、差速器和半轴等，也有一般转向桥具有的转向节和主销等。为了满足既能转向又能驱动的需要，与车轮相连的半轴必须分成两段，即与差速器相连的内半轴和与轮毂相连的外半轴，两者之间用等速万向节连接，转向驱动桥的结构如图2-10所示。

图2-10　转向驱动桥结构示意图

1—转向节轴；2—外半轴；3—轮毂；4—轮毂轴承；5—转向节壳体；6—主销；7—主销轴承；8—球形支座；9—万向节；10—半轴套管；11—内半轴；12—差速器；13—主减速器壳；14—主减速器

另外，主销也同样分制成上、下两段，固定在万向节的球形支座上，转向节轴制成中空，以便外半轴从中穿过。该结构广泛应用于全轴驱动的越野汽车和部分轿车上，既满足了转向的需要，又实现了转向节传递转矩的功能。

视频2-4　识别转向驱动桥

3.四轮定位

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，转向车轮、转向节、前轴三者与车架的安装应保持一定的相对位置关系，这种安装位置称为转向轮定位，也称前轮定位。

简单来说，转向轮定位的作用就是保证转向后，转向轮可以自动回正。转向轮定位包括主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束四个参数。

（1）主销后倾角γ。如图2-11所示，主销有一定的后倾角，使主销延长线与地面的交点a 向前偏移了一段距离l，转向后地面作用在车轮上的侧向力对主销形成一个转矩，该转矩具有使前轮回正的作用。

图2-11　主销后倾角

（2）主销内倾角β。在汽车的横向平面内，在设计转向桥时，主销在汽车的横向平面内，其上部向内倾斜一个β角（即主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角），该角称为主销内倾角，如图2-12所示。

图2-12　主销内倾角β

主销内倾角β也有使车轮自动回正的作用。主销的内倾角使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离C 减小，从而可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。

（3）前轮外倾角α。从车前后方向看车轮，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α称为前轮外倾角，如图2-13所示。

图2-13　前轮外倾角α

前轮外倾的作用是使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷，安装车轮时预定一定的外倾角，以防止车轮内倾。外倾角也不宜过大，否则会使轮胎产生偏磨损。(www.xing528.com)

动画2-1　车轮外倾角

（4）车轮前束。有了外倾角α后，在滚动时就类似于滚锥，导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束，车轮不致向外滚开，而是出现边滚边向内滑的现象，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，汽车两前轮的中心面不要平行，两轮前边缘距离B 小于后边缘距离A，A 与B 之差称为前轮前束，如图2-14所示。

图2-14　车轮前束

2）后轮定位

（1）后轮外倾角。像前轮外倾角一样，后轮外倾角也对轮胎磨损和操纵性有影响。理想状态是四个车轮的运动外倾角均为零，这样轮胎和路面接触良好，从而得到最佳的牵引性能和操纵性能。采用独立后悬架的大多数车辆常有一个较小的后轮外倾角。

（2）后轮前束。如同前轮前束一样，后轮前束也是后轮定位的一个重要项目。如果前束不当，后轮轮胎也会被擦伤，并且会引起转向不稳定及降低制动效能。独立悬架的后驱动轮应尽可能为前束。

任务实施

1.主要内容及目的

前轮前束的检调。

2.技术标准及要求

（1）按正确的操作步骤进行拆装与检查。

（2）有关技术参数必须符合维修技术标准要求。

（3）操作规范，安全文明作业。

（4）能正确检调前轮前束。

3.实训设备与器材

汽车1 台，卷尺1 把，管钳1 把，维修工具1 套，粉笔适量，千斤顶1 个，车轮挡块4 块。

4.操作步骤及工作要点

1）调整前初检项目

（1）左、右两前轮轮胎花纹磨损应一致，气压符合规定要求。

（2）两前轮的轮毂轴承预紧度应符合技术要求且不得松旷。

（3）两前轮的转向节主销不得松旷。

（4）转向传动机构（横拉杆）各部件不得松旷。

2）检测

（1）将汽车停放在水平路面上并处于直线行驶位置。

（2）用千斤顶将汽车前桥牢靠支起，且使两个前轮离地登高。

（3）在左、右前轮胎的正前方胎冠中心处，相对于转向节轴颈中心高度的同一位置分别做一记号，并用卷尺测出B 值；

（4）转动车轮180°，将记号转于正后方同一高度再用卷尺测出A 值，其差值（A-B）即为前束值，前束值应符合表2-1所示的规定值，若不符合则应调整。

表2-1　各种车型的前束值

3）调整

前束的调整可通过改变横拉杆的长度来进行，如图2-15所示。

图2-15　前轮前束的调整

1—转向横拉杆；2—转向桥；3—管钳；4—卡箍；5—转向球节；6—转向梯形臂

（1）首先拧松横拉杆两端插头的锁紧螺栓。

（2）因横拉杆两端插头的左端为左旋螺纹，右端为右旋螺纹，故调整时应注意横拉杆的转动方向。

（3）若前束值过大，则用管钳卡住横拉杆中心部位，向下扳动扳手；若前束值过小，则用管钳卡住横拉杆中心部位向上扳动扳手，直至前束值合适为止。

（4）调好后再拧紧锁紧螺栓，其锁紧螺栓扭矩为44～59 N·m，最后检查调整结果。

知识拓展

汽车车身焊接的新技术

1.激光拼焊板技术

拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，再经过冲压设备落料、拉延、冲孔、整形而形成冲压件，从而达到承载不同板厚的设计要求。拼焊板工艺主要是为汽车行业进行配套服务，尤其在车身零部件生产、制造和设计方面，采用激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益。例如，车身装配中的大量点焊，焊钳在工件边缘上进行焊接，搭接宽度需要16mm，而激光拼焊板无须搭接，将点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材。

2.激光-MIG 复合焊技术

激光焊与电弧焊是两种不同的焊接工艺，激光焊是通过光纤将能量传输到工件上，而电弧焊则是通过弧柱传输能量。激光焊的热影响区非常窄，焊缝的深宽比较高，具有较高的焊接速度。但由于焦点直径很小，所以焊缝“搭桥”能力很差。激光-MIG 复合焊技术是将这两种焊接技术有机结合起来，激光束和电弧同时作用于焊接区，互相影响和支持，从而获得优良的综合性能，在改善焊接质量和生产工艺性的同时，也提高了效率成本比，为铝车身的焊接提供一种全新的焊接工艺。激光热丝钎焊可以减少车身焊点数目、优化材料用量、降低零件重量、提高尺寸精度，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，同时降低车身重量，符合汽车轻量化的发展趋势，但是激光焊接系统的高昂价格制约了它的应用。

3.机器人应用技术

按照在焊装车间的用途机器人可以分为点焊机器人、弧焊机器人、涂胶机器人、螺柱焊机器人、装配及持件机器人和激光焊接机器人。点焊机器人是由机器人操纵各种点焊焊钳，实施点焊焊接。机器人可以操纵大型焊钳，对地板等零件进行点焊，焊点质量高，焊接速度快，而且质量稳定。弧焊机器人是由机器人操纵弧焊焊炬，可以很方便地进行仰焊、立焊等各种位置的焊接。但是机器人弧焊对零件匹配要求较高，当零件间隙不均匀或者不平整时，就会产生焊接缺陷。涂胶机器人是由机器人操纵涂胶枪，在车顶天窗、地板、侧围、四门两盖和总拼调整工位涂敷点焊胶、折边胶、密封胶及减振胶，可以精确地控制胶的流量，进行各种复杂的形状和空间位置的涂敷，涂敷速度快且质量好。

4.中频点焊技术

中频点焊技术是近两年发展起来的最新的焊接技术。它是利用逆变技术将工频电转化为1000Hz 的频电，焊钳采用一体化焊钳，变压器为中频变压器。它具有以下特点：能够满足焊接铝、不锈钢和带镀层的钢板，在降低生产成本的同时对加工设备和焊接质量及其稳定性都提出了更高要求；中频技术的经济性体现在提供对称的电网负载，因而降低了电网成本；优化功率系统，节省能源消耗；缩短了焊接时间，降低了电流负荷，因此提高了电极使用寿命。

5.脉冲GMAW（P-GMAW）焊技术

脉冲GMAW（P-GMAW）焊是国外近几年发展起来的一种新型的高效、高速的焊接工艺，容易与机器人配合，能充分体现高效化焊接的特点，实现机器人系统在空间可达性和焊接速度之间的协同和完美组合。P-GMAW 电弧过程具有很好的稳定性，能有效保证焊缝质量的一致性，改善了由于短路过渡焊接过程较低的热输入而造成的熔深不足。PGMAW 的射流过渡方式适用于薄板材料的高速焊接、钢或铝合金的车身框架的全位置焊接。

6.TOX 板件冲压连接技术

TOX 板件冲压连接技术是基于表面镀层材料的广泛应用及异种材料的连接而研制开发的一种新的连接技术。它利用一个简单的原型凸模，在TOX 气液增压器式冲压设备上，通过一个冲压过程，即可将被连接的板件挤压进相应的凹模，在进一步的挤压作用下，凸模侧的板件材料挤压凹模侧的板件材料，使其在凹模内“流动”变形，如此即可产生一个既无棱边，又无飞边的铆接点，可实现多层板的连接。原有漆层或镀层也随之“流动”变形，不会损坏，不影响板件的抗腐蚀性。

7.焊装线的虚拟设计技术

汽车焊装线是将各车身冲压零件装配焊接成白车身的焊接生产线，后围、地板和顶盖等焊接分总成及白车身总成线。为了减少实际制造过程中的失误率及劳动强度，降低制造成本，虚拟设计技术孕育而生。虚拟设计的内容包括工艺整体规划（土建、公用、机械化、工艺分析）、工厂整体及局部的物流分析、运动轨迹分析、生产单元布局设计仿真、焊接过程仿真、装配工艺过程仿真、机器人生产线仿真、干涉模拟和人机工程分析等。工厂整体及局部的物流分析能够促使车间物流更加趋于合理，节约资源。

故障案例

1.前桥疲劳损伤、裂纹或断裂故障

（1）现象：发现前桥疲劳损伤、有裂纹或断裂。

（2）原因：金属疲劳。

（3）维修：应及时更换新件。

2.前桥在垂直方向产生弯曲变形故障

（1）现象：发现前桥在垂直方向弯曲变形。

（2）原因：前桥在垂直方向承受来自地面的反力很大，易产生弯曲变形，会改变主销内倾角、车轮外倾角，会使柴油车转向沉重，轮毂轴承负荷增大，降低使用寿命。

（3）维修：应及时校正前横梁。

3.前桥在水平方向产生弯曲变形故障

（1）现象：发现前桥在水平方向弯曲变形。

（2）原因：前桥在水平方向承受来自地面的制动力时易产生弯曲变形，会改变前轮前束，会增大轮胎磨损。

（3）维修：应及时校正前横梁。

4.前桥产生扭转变形故障

（1）现象：发现前桥产生扭转变形。

（2）原因：前桥产生扭转变形会改变主销后倾角，影响前轮行驶稳定性。

（3）维修：适情更换前横梁或进行校正修理。

5.前桥轴头发热故障

（1）现象：行驶中发现前桥轴头发热。

（2）原因：轴头发热一般发生在修理保养之后，往往是在装配轮毂时，轴承预压过紧使轴承配合过紧所致。轮毂轴承损坏或点蚀不仅会发热而且会有噪声。轮毂轴承缺油也会造成轴头发热的故障。

（3）维修：检查轴承配合松紧和轮毂轴承是否缺油。

6.主销衬套、主销、止推轴承磨损故障

（1）现象：方向沉重，操纵不稳。

（2）原因：主销衬套、主销、止推轴承磨损、松旷，会影响前轮定位，降低操纵稳定性。

（3）维修：应更换磨损件并重新进行前轮定位。