汽车行驶系统的结构与原理|汽车概论第2版

汽车行驶系统接受由传动系统传来的扭矩，并通过驱动轮与路面间附着作用，产生路面对汽车的牵引力；传递并承受路面作用于车轮上的各种反力及力矩；缓和行驶时由于路面不平对车身造成的冲击和振动，并且与转向系统很好地配合，实现汽车行驶方向的正确控制，从而保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性。如图4－44所示，汽车行驶系统主要由车架、车桥、车轮和悬架组成。

图4－44　汽车行驶系统的组成

1—车架；2—后悬架；3—驱动桥；4—后轮；5—前轮；6—从动桥；7—前悬架

（一）车架

1.车架的功用及要求

汽车车架形似桥梁的一种结构，是整个汽车的基础。其功用是支承和连接汽车的各零部件和总成，并使它们保持正确的相对位置，承受来自车上和地面上的各种静、动载荷。

对车架的要求如下：

①应满足汽车中布置的要求；

②车架应具有足够的强度与适当的刚度，保持其上各总成和部件之间的相对位置；因为汽车在各种路况行驶过程中车架在载荷作用下可能使车架发生变形，如扭曲变形、弯曲变形等；

③其质量尽可能小，车架结构简单；

④尽可能降低汽车重心位置和获得较大的转向角，提高汽车行驶的稳定性和机动性。这一点对轿车和客车更为重要。

2.车架的类型和构造

汽车的车架按结构形式可分为边梁式车架、中梁式车架和综合式车架几种类型。汽车绝大多数的车架为独立的，有些客车和轿车车身同时具有车架的作用即承载式车身（也称为无梁式车架）。

（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用铆接或焊接的方法将纵梁与横梁连接而成的坚固的刚性构架。纵梁通常用低合金钢钢板冲压而成，断面形状一般为槽形，也有的做成Z字形或箱形。根据汽车形式不同和结构布置的要求，纵梁可以在水平面内或纵向平面内做成弯曲的以及等断面或非等断面的。横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还用以支承汽车上的主要部件。图4－45为EQ1092型汽车车架，它由两根纵梁和8根横梁铆接而成。

图4－45　东风EQ1092型汽车车架

4－25 车架类型

某些越野汽车在车架纵梁前端两侧装有加长梁，以便在加长梁前端安装绞盘装置和专用的保险杠。在未装有加长梁的纵梁上，其前端两侧备有一组冲孔，以便需要加装绞盘等装置时，可以紧固左、右加长梁。

（2）中梁式车架

如图4－46所示，中梁式车架只有一根位于中央贯穿前后的纵梁，因此亦称为脊梁式车架。中梁的断面可做成管形或箱形。这种车架有较大的扭转刚度并使车轮有较大的运动空间，因此被采用在某些轿车和货车上。

图4－46　具有中梁式车架的汽车发动机及底盘示意图

中梁式车架的优点是：能使车轮有较大的运动空间，便于采用独立悬架，从而可提高汽车的越野性；与同吨位的货车相比，其车架较轻，减小了整车质量；同时重心也较低，因此行驶的稳定性好；车架的刚度和强度较大；中梁还有封闭传动轴防尘套的作用。但是这种车架的制造工艺复杂，精度要求高，给保养和修理造成诸多不便。

（3）综合式车架

综合式车架是中梁式车架的一种变形。纵梁前段是边梁式的，用以安装发动机；中后是中梁式的，悬伸出来的支架可以固定车身（图4－47）。

图4－47　综合式车架

近年来车架结构形式也变得多样化和复杂化。如立体结构式，该车架主要用于竞赛汽车及特种汽车。它由钢管组合焊接而成，这种车架兼有车架和车身的作用。

（4）无梁式车架

无梁式车架是用车身兼做车架，所有的零部件都安装在车身上，全部作用力由车身承受，故这种车身又称为承载式车身。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，但制造要求较高，目前多用于轿车和部分客车。有的高级轿车为了提高乘坐舒适性，减轻发动机的振动，缓和汽车行驶时从路面通过悬架系统传来的冲击，常常采用独立的车架和非承载式车身。

（二）车桥

根据悬架结构的不同，车桥可分为整体式车桥和断开式车桥两种。整体式车桥多与非独立悬架配用，车桥中部是一个整体的刚性实心或空心梁（轴），通过悬架与车架相连。在轿车和小型客车上，采用的是独立悬架，此时，每个车轮单独通过悬架与车架相连。习惯上称其为断开式车桥。根据车桥上车轮的作用，车桥可分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥4种。一般汽车多以前桥为转向桥，后桥为驱动桥。越野汽车通常都是4×4形式，前桥为转向驱动桥。支持桥和有些汽车的转向桥均属于从动桥。

（1）转向桥

转向桥是利用车桥中的转向节使车轮可以偏转一定角度，以实现汽车的转向。它除承受垂直载荷外，还承受纵向力和侧向力及这些力造成的力矩。转向桥通常位于汽车前部，因此也常称为前桥。各种车型的整体式转向桥结构基本相同。如图4－48所示，该转向桥采用的悬架为麦弗逊式，它由装于转向节上的减震器2和套于减震器上的螺旋弹簧4组成。导向机构由下悬臂5和纵向推力杆1组成。纵向与横向推力杆外端与转向节铰接，内端与车架铰接，承担来自车轮的力并传给车架。

图4－48　客车前转向桥和悬架

1—纵向推力杆：2—减震器：3—横向推力杆；4—螺旋弹簧；5—下悬臂(www.xing528.com)

（2）转向驱动桥

有些汽车的前桥既作为转向桥，又兼有驱动桥的作用，故称为转向驱动桥，一般用于全轮驱动和一些轿车上。转向驱动桥通常有主减速器和差速器。图4－49所示为桑塔纳2000轿车的前桥总成，采用的是断开式、独立悬架转向驱动桥。

图4－49　桑塔纳2000轿车的转向驱动桥（主减速器和差速器未画出）

1、11—悬架；2—前轮制动器总成；3—制动盘；4、8—下摆臂；5—副车架；6—横向稳定器；7—传动半轴总成；9—球形接头；10—车轮轴承壳；12—转向横拉杆；13—转向装置总成

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，并通过下摆臂上的长孔可调整车轮外倾角，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。

（三）车轮

汽车车轮总成如图4－50所示，是由车轮和轮胎两大部分组成，是汽车行驶系统的重要部件。其主要功用是：

图4－50　车轮总成

1—轮胎；2—平衡块；3—车轮；4—装饰罩；5—螺栓；6—气门嘴

①必须安全稳定地支撑车辆的质量。

②必须提供舒适的行驶质量。

③对于在不同路面上的行驶和转向，轮胎必须提供合适的摩擦力。

④在拐弯、加速和刹车时，轮胎必须承受高的应力。

当在高速公路上行驶时，轮胎的胎面必须设计成使水不附着在轮胎胎面，并且离开轮胎。这能够防止水把轮胎从路面上浮起，从而减少轮胎的摩擦力。此外，车轮和轮胎（特别是轿车轮胎）还是汽车重要的安全件。几乎所有的汽车行驶性能都与轮胎有关。

4－26 认识轮胎

汽车普遍采用充气轮胎。轮胎质量的好坏直接影响汽车的各种使用性能，轮胎是汽车上最重要的机件之一。汽车轮胎应有足够的承载能力，并且汽车轮胎直接与地面接触，轮胎承受并传递与地面各方向的力，因此，轮胎必须有适宜的弹性和承受载荷的能力。同时，在其与路面直接接触的胎面部分，应具有用以增强附着作用的花纹。此外，车轮滚动时，轮胎在所承受的重力和由于道路不平而产生的冲击载荷作用下受到压缩。压缩消耗的功，在载荷去除后并不能完全回收，有一部分消耗于橡胶的内摩擦，结果使得轮胎发热。温度过高将严重地影响橡胶的性能和轮胎的组织，从而大大增加轮胎的磨损而缩短轮胎的使用寿命。近来，汽车越来越多地采用子午线轮胎，这种轮胎的帘布层帘线是径向排列的，如图4－51所示。这样排列的帘线，工作时直接受拉力，因此在承受同样的载荷时，子午线轮胎胎帘布层数可减少许多，子午线不用缓冲层，而用高强度的带束层代替。

图4－51　子午线轮胎

1—胎圈；2—帘布层；3—带速层；4—胎冠；5—胎肩

4－27 子午线轮胎结构

与普通胎相比，子午线胎具有寿命长、在路面滚动时周向变形小、滑移小、更耐磨、滚动阻力小、附着性能好、胎体弹性好、接地面积大等优点。

（四）悬架

悬架是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。其主要功用如下：

①连接车架（或车身）和车轮，把路面作用到车轮的各种力传给车架（或车身）。

②缓和冲击、衰减振动，使乘坐舒适，具有良好的平顺性。

③保证汽车具有良好的操纵稳定性。

只有悬架系统的软、硬合适才能使车辆乘坐舒适、操纵稳定。

现代汽车的悬架虽有不同的结构形式，但一般都由弹性元件、减震器、导向机构等组成，轿车一般还有横向稳定器。悬架的组成如图4－52所示。

图4－52　悬架的组成

1—弹性元件（螺旋弹簧）；2—纵向推力杆；3—减震器；4—横向稳定器；5—横向推力杆

4－28 悬架结构

弹性元件使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接，可以缓和由于不平路面带来的冲击，并承受和传递垂直载荷。减震器可以衰减由于路面冲击产生的振动，使振动的振幅迅速减小。

导向机构包括纵向推力杆和横向推力杆，用于传递纵向载荷和横向载荷，并保证车轮相对于车架（或车身）的运动关系。

横向稳定器可以防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜。