汽车结构认识与拆装-车轮与车桥

能力标准

学完本任务，你应获得以下能力：

①能正确识别车轮的型号及车桥的类型，并能依据具体型号、类型查阅相关技术资料，分析主要参数。

②能正确认识车桥及车轮总体结构。

③能对车桥及车轮实施拆装。

任务描述

请以下列任务为指导，完成相关知识的学习和实施练习：

①查找和记录车轮型号及车桥类型。

②对车桥及车轮进行总体认识。

③实施车桥及车轮拆装练习。

相关知识

车桥与车轮

（1）车桥

车桥（也称车轴）通过悬架与车架（或承载式车身）相连，两端安装汽车车轮。其功能是传递车架（或承载式车身）与车轮之间各方向作用力。

车桥可以是整体式的，两端通过悬架系统支承着车身，因此整体式车桥通常与非独立悬架配合；车桥也可以是断开式的，各自通过悬架系统支承车身，故断开式车桥与独立悬架配用。

根据驱动方式的不同，车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥4种。其中，转向桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车采用前置、后驱动（FR），因此前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置、前驱动（FF）汽车则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。本节主要叙述整体式转向桥及转向驱动桥。

1）转向桥

转向桥是指承担转向任务的车桥。一般汽车的前桥为转向桥，它利用车桥中的转向节使两端的车轮偏转一定的角度，以实现汽车的转向。转向桥除承担汽车的垂直载荷外，还承受纵向力和侧向力，以及这些力造成的力矩。

2）转向轮定位

为了保证汽车稳定的直线行驶，应使转向轮具有自动回正作用。就是当转向轮在偶遇外力（如碰到石块）作用发生偏转时，在外力消失后，应能立即自动回到直线行驶的位置。这种自动回正作用是由转向轮定位参数来保证实现的。这些定位参数有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角及前轮前束。

在纵向平面内，主销上部向后倾斜一个γ角（见图6.18），称为主销后倾角。在横向平面内，主销上部向内倾斜一个β角（见图6.19），称为主销内倾角。前轮中心平面也不垂直于地面，而是向外倾斜一个角度α角（见图6.19（a）），称为前轮外倾角。

图6.18　主销后倾角作用示意图

图6.19　主销内倾角作用示意图

①主销后倾角

由于主销后倾γ角（见图6.18）、主销（即转向轴线）与地面的交点A位于车轮接地点B的前面。这时，车轮因受到地面的阻力，总是被主销拖着前进。这样就能保持行驶方向的稳定。当汽车转弯时，由于离心力的作用，地面对车轮的侧向反力Y作用在主销的后面，反力Y对车轮形成绕主销轴线作用的力矩Y1，其方向正好与车轮偏转的方向相反，使车轮有自动回正的趋势。主销后倾角越大，如图6.18所示，力臂l越大，在Y力不变的情况下，自动回正力矩越大，方向稳定性越好，但转向越沉重。汽车主销后倾角一般不超过30°，由前悬架在车架上的安装位置来保证。

主销后倾角影响汽车直线行驶的稳定性和转向轮的回正功能。正后倾角比较大，则前轮有沿直线行驶的趋势。一方面，如果正后倾角大小适当，则可以确保汽车的行驶稳定性，而且使转向轮在转向后能够回正；另一方面，正后倾角增加了转向阻力。因此，如果汽车配置了动力转向系统，则所允许采用的正后倾角要比单纯的手动转向系统大许多。

图6.20　车轮前束（俯视图）

主销后倾角太小会使转向不稳定，并使车轮晃动。在极端的情况下，负后倾角与随之引起的车轮晃动会加剧前轮的杯状化磨损。如果主销后倾角左右不等，则汽车将会被拉向正后倾角较小（或更大的负后倾角）的一侧。在解决汽车跑偏方面的问题时，要特别注意这一点。

②主销内倾角

具体来说，从车前后方向看轮胎时，主销轴向车身内侧倾斜，该角度称为主销内倾角β。如图6.19所示，当车轮以主销为中心回转时，车轮的最低点将陷入路面以下h，但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下h，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向车轮回复到原来中间位置的效应，因而方向盘复位容易。

此外，主销内倾角β还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，从而减小转向时驾驶员加在方向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。但主销内倾角也不宜过大，否则会加速轮胎的磨损。故一般主销内倾角β不大于8°，距离c一般为40～60 mm。

③前轮外倾角

除上述主销后倾和内倾两个角度保证汽车稳定直线行使外，前轮外倾角也具有定位作用。一方面，如果空车时车轮安装正好垂直路面，则满载时，车桥将因承载变形，而可能出现车轮内倾，这样将加速车轮偏磨；另一方面，有前倾角α可以减少轮毂外轴承及其锁紧螺母的载荷，增加了使用寿命，提高了安全性。一般前轮外倾角为1°左右，但对于有高速、急转向要求的车辆，前轮外倾角可减小甚至为负值。

④前轮前束

车轮有了外倾角后，在滚动时就类似于滚锥，从而导致两侧车轮向外滚开。由于转向横拉杆和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑的现象，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，如图6.20所示，在安装车轮时，使汽车两前轮的中心面不平行，两轮前边缘距离R小于后边缘距离A，两者的距离之差即为前轮前束。

3）转向驱动桥

一般轿车的前桥除作为转向桥外，还兼驱动桥的作用，称为转向驱动桥。转向驱动桥与转向桥的区别在于：增加了驱动部分，在结构上既要有一般驱动桥所具有的主减速器、差速器和半轴，也有转向桥所具有的转向节和主销等，图6.21为上海桑塔纳轿车转向驱动桥。

图6.21　上海桑塔纳轿车转向驱动桥

（2）车轮总成

车轮是汽车的行走部件，安装在车架上。其作用：可以绕车轴转动并沿地面滚动；支承整车；缓和由路面传来的冲击；通过轮胎与路面间存在的附着作用产生驱动力和制动力；使汽车保持直线行驶方向；承担越障并提高通过性。

车轮总成主要由车轮、轮辋、轮胎及气门嘴等零件构成。

1）车轮

汽车车轮主要有两种主要形式：辐板式和辐条式。目前，汽车上主要使用辐板式的车轮。

①辐板式车轮

目前，普通轿车和轻、中型货车普遍采用辐板式车轮，这种车轮如图6.22所示。它由辐板孔、轮辋、辐板及气门嘴伸出口组成。车轮中用以连接轮毂和轮辋的钢质圆盘称为辐板，大多是冲压制成的，少数是与轮毂铸成一体，后者主要用于重型汽车。

图6.22　辐板式车轮

1—辐板孔；2—轮辋；3—辐板；4—气门嘴伸出口

②辐条式车轮

按辐条结构的不同，辐条式车轮可分为钢丝辐条式车轮和铸造辐条式车轮。如图6.23（a）所示，钢丝辐条式车轮的结构与自行车车轮完全一样，由于其价格昂贵、维修安装不便，故仅用于赛车和某些高级轿车上；另外，辐条式车轮还不能与无内胎轮胎组合使用。铸造辐条式车轮常用于重型货车上，如图6.23（b）所示辐条与轮毂铸成一体，轮辋是用螺栓和特殊形状的衬块固定在辐条上，为了使轮辋和辐条很好地对中，在轮辋和辐条上都加工出配合锥面。

图6.23　辐条式车轮

1—轮辋；2—衬块；3—螺栓；4—辐条；5—配合锥面；6—轮毂

2）轮辋

汽车轮辋常见的形式主要有深槽轮辋（见图6.24（a））、平底轮辋（见图6.24（b））和对开式轮辋（见图6.24（c））等。

图6.24　轮辋断面

1、3—挡圈；2—锁圈

深槽轮辋结构简单、刚度大、质量较小，对于小尺寸弹性较大的轮胎最适宜。

平底轮辋是整体的，用开口弹性锁圈防止挡圈脱出。它用于尺寸较大、弹性较小的中型车辆。

如图6.24（c）所示的对开式轮辋由内外两部分组成，靠螺栓紧固在一起，内外两部分轮辋可以是等宽度，也可以是不等宽度，用于大中型车辆。

近年来，为了适应提高轮胎载荷能力的需要，开始采用宽轮辋，以提高轮胎的使用寿命，并改善汽车的通过性和行驶稳定性。

3）轮胎

轮胎在行驶时承受着各种变形、载荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。

①汽车轮胎按组成结构分类

汽车轮胎按组成结构不同，可分为有内胎和无内胎两种。有内胎轮胎通常由外胎、内胎和垫带3部分组成（见图6.25）；也有不需要内胎的（见图6.26）；其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮辋。

图6.25　有内胎轮胎

图6.26　无内胎轮胎

②按胎体中帘线排列的方向分类

按胎体中帘线排列的方向不同划分为斜交线轮胎、子午线轮胎（见图6.27）。子午线胎与斜交线胎的根本区别在于胎体。斜交线胎的胎体是斜线交叉的帘布层；而子午线胎的胎体是聚合物多层交叉材质，其顶层是数层由钢丝编成的钢带帘布，可减少轮胎被异物刺破的概率。

图6.27　子午线轮胎结构图

③轮胎规格标记方法

充气轮胎尺寸代号如图6.28所示。其中，D为轮胎外径，d为轮胎内径，H为轮胎断面高度，B为轮胎断面宽度。目前，充气轮胎一般习惯用英制计量单位表示，但欧洲国家则常用米制表示法。个别国家也有用字母作代号来表示轮胎的规格尺寸。我国轮胎规格标记也采用英制计量单位。

汽车上常采用的是低压胎，其尺寸标记用B－d表示。其中，B为轮胎断面宽度；d为轮辋直径，单位均为in；“－”表示低压胎。例如，载货汽车轮胎标记为9.00－20，表示轮胎断面宽度9 in，轮辋直径20 in的低压胎。

如果是子午线轮胎，则用9.00R20标记，中间的字母“R”代表子午线胎。

例如，轿车轮胎规格标记为

183／60　R　13　80　H

183：轮胎名义断面宽度　60：轮胎名义高宽比　R：子午线胎

13：轮辋名义直径80：载荷指数H：速度级别

图6.28　轮胎尺寸的标记

D—轮胎外径；d—轮胎内径；H—轮胎断面高度；B—轮胎断面宽度

任务实施

实施要求

☞任务目标与要求

①小组成员分工协作，利用汽车维修手册及实训资料，依据任务工作单制订工作计划，并通过小组自评或互评检查工作计划。

②认识汽车行驶系统车轮的整体结构，了解汽车轮胎表面标示字母、数字的具体含义。

③完成汽车车轮的拆装过程，并能正确拆装轮胎。

☞注意事项

在任务实施过程中，严格遵守相关实验实训制度和规范的要求，注意职场健康与安全需求，做好废料的处理，并保持工作场所的整洁。

实施步骤

☞准备工作

①小组接受工作任务，准备实训车辆、拆装工具、扭力扳手、维修手册等配套器材，清理场地，做好实施准备工作。

②组长带领组内成员阅读任务工作单，查阅相关手册或指导书，合理分工，制订任务计划，并检查计划有效性。

☞实施步骤

①依照任务工作单的引导，观察认识所用汽车车轮的组成，查找各主要部件的安装位置，并填写任务工作单。

②合理选择工具，并正确使用各类工具完成汽车车轮（无内胎）的拆装过程。拆装过程中，请参考维修手册，严格按照相关技术标准和要求完成拆装任务。

拆装步骤如下：

①拆下车轮装饰外罩。

②在车轮着地时，旋下轮毂传动轴紧固螺母（松螺母应保证对角拆卸）。

③用千斤顶（或举升机）顶（或举）起汽车脱离地面。

④从轮毂上取下车轮总成。

⑤轮胎的拆卸：

a.用气门芯拆装工具将气门芯拆卸下来放气。

b.将轮胎放置在轮胎拆装机的旁侧手柄操纵处，轻踩爪盘操纵踏板（轮胎拆装机最右边一个），使手柄扒开外胎与轮辋分离，正背双面各两次。

c.然后将车轮总成放置在轮胎拆装机正上面并轻踩爪盘操纵踏板（轮胎拆装机中间）将车轮总成锁紧在拆装机上，撬杠通过摘装头将外胎正面翘起，踩旋转爪盘操纵踏板（轮胎拆装机左边）使其顺时针旋转，轻抬轮胎使外胎正面脱出轮辋，然后撬杠通过摘装头将外胎背面翘起，重复上面步骤使外胎彻底脱出轮辋，拆下气门嘴，松开操纵踏板，取下轮辋。

⑥轮胎的装配：

a.检查轮辋表面有无划伤等，保证轮胎拆装机运转灵活。

b.将轮辋放置在爪盘上，轻踩爪盘操纵踏板（轮胎拆装机中间）将轮辋锁紧在拆装机上，同时安装气门嘴，然后将外胎按正确的方向放置在固定好的轮辋上，调整好轮胎拆装机导引头位置，手抓好外胎，踩旋转爪盘操纵踏板（轮胎拆装机左边）使其顺时针旋转，先将外胎背面通过轮胎拆装机导引头压入轮辋，同时重复前面步骤将轮胎正面压入轮辋，松开操纵踏板，取下车轮总成。

⑦轮胎充气。旋开气门帽将充气管卡在气门嘴上，打开充气阀同时观察气压变化，充气到气压为225～250 kPa关闭充气阀，拔下充气管卡并安装好气门帽。

⑧气密试验。将外胎与轮辋连接处以及气门嘴上滴入水观察有无气泡。无气泡，则正常；有气泡，则漏气，需要查找原因。

⑨将好的车轮总成装配到汽车轮毂上，按对角顺序拧紧螺母并用扭力扳手打好扭力，汽车车轮总成拆装完成。

☞评估总结

①回答指导教师提问，并接受指导教师相关考核。

②对本次任务完成过程及效果进行自我评价和小组互评，填写任务工作单。

③清洁工作场所，清点归还相关工具设备，完成本次任务。

任务工作单

知识拓展电控悬架系统

（1）电子控制悬架系统的作用

如图6.29所示，电子控制悬架系统的基本目的是通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，突破传统被动悬架的局限性，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应，从而保证汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性要求都能得到满足。

车高调整：无论车辆的负载多少，都可以保持汽车高度一定，车身保持水平，从而使前大灯光束方向保持不变；当汽车在坏路面上行驶时，可以使车高升高，防止车桥与路面相碰；当汽车高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。

减振器阻尼力控制：通过对减振器阻尼系数的调整，防止汽车急速起步或急加速时车尾下蹲；防止紧急制动时的车头下沉；防止汽车急转弯时车身横向摇动；防止汽车换挡时车身纵向摇动等，提高行驶平顺性和操纵稳定性。

弹簧刚度控制：与减振器一样在各种工况下，通过对弹簧弹性系数的调整，来改善汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。

图6.29　电控悬架系统结构原理示意图

（2）电子控制悬架系统的形式

电子控制悬架系统主要形式有以下3种：

①被动式悬架。车轮和车身状态只能被动地取决于路面及行驶状况以及汽车的弹性支承元件、减振器和导向机构。

②主动悬架。是根据行驶条件，随时对悬架系统的刚度、减振器的阻尼力以及车身的高度和姿态进行调节，使汽车的有关性能始终处于最佳状态。

③半主动悬架。仅对减振器的阻尼力进行调节，有些还对横向稳定器的刚度进行调节。

目前电控悬架的控制形式主要有两种：液压控制的形式和气压控制的形式。电控悬架的液压控制形式是较先进的形式，主动悬架就属于这一类形式。它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。电控悬架的气压控制形式又称为自适应悬架，它通过在一定范围内的调整来应对路面的变化。不管是主动悬架还是自适应悬架，它们都有电子控制元件（ECU），有ECU就必然要有耳目做辅助，也就是要有传感器。传感器是电控悬架上重要的零部件，一旦失灵整个悬架系统工作就会不正常。

如图6.30所示ECU、压缩机5、阀门3和4、空气弹性元件1和2。电控悬架工作时，阀门的相互作用控制通向空气弹性元件的气流量。传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU，ECU综合这些反馈信息计算并输出指令控制空气弹性元件的电动机和阀门，从而使电控悬架随行驶及路面状态不同而变化。在一般行驶中，空气弹簧变软、阻尼变弱，获得舒适的乘坐感；在急转弯或者制动时，则迅速转换成硬的空气弹簧和较强的阻尼，以提高车身的稳定性。同时，该系统的电控减振器还能调整汽车高度，可以随车速的增加而降低车身高度（减小离地间隙），减少风阻以节省能源；在车速比较慢时车身高度又可恢复正常。

图6.30　轿车用的电控悬架结构示意图

一般电控悬架传感器监视的汽车重要参数有高度、速度、制动力、转向角、惯性力等，因此对应的电控悬架系统传感器就有高度传感器、速度传感器、转向角传感器、惯性力传感器和声呐传感器等。

高度传感器是电控悬架上最常见的传感器，负责监测车底高度的变化。它可以是霍尔效应传感器，一种以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使ECU能精确地测算出行驶高度，补偿道路的变化，防止车底刮到路面的凸出物。也可以采用光电二极管和光敏三极管，将车辆乘坐高度变化的信号传送至ECU。

速度传感器顾名思义是反映汽车行驶的速度，它多装配在变速器输出轴上，速度传感器有一齿轮与变速器输出轴啮合，传感器将齿轮转速变化信号传送至ECU，ECU据此作出调节悬架的信号。

转向角度传感器监测驾驶者转动方向盘的角度和速度，以便对急转弯进行调整。这种传感器一般装在转向柱上，利用光电二极管读取转向盘的角度和速度。

惯性力传感器用来监测某一确定方向的加速力，即监测垂直方向、侧面方向和前后方向的惯性力。它起到监测汽车运动的作用，如制动或加速。它将有关信号传递至ECU，当汽车制动或者突然加速时电控系统会调整整个悬架以增大缓冲程度，减少冲击力对车身的影响。

声呐传感器是一种比较新的技术，它通过发射与接收声波，监测路面的不平整程度，将信号传递至ECU，调节悬架以适应这些路面。声呐传感器装在汽车前下方，探测车前端路面，它能使ECU在汽车整体被冲击前已预知并作出调整，不是像一般悬架系统在冲击到来时才作出反应。

电控悬架的控制中心是ECU，而辅助ECU工作的是各种传感器，它们向ECU输入各种数据帮助计算机对悬架设置进行调整。