第二章 载货车车架和挂车底盘单 位：机电工程学院主 讲：王孝鹏 1.载货汽车底盘载货汽车底盘2.挂车底盘挂车底盘3.轮胎与车轮轮胎与车轮4.制动器制动器5.牵引连接装置牵引连接装置6.主动与半主动安全主动与半主动安全 目目 录录2.1载货车底盘 接近80%的载货车是以底盘的形式出厂的底盘实际上是可行驶的汽车底盘主要根据总质量，发动机功率和由车身长度决定的轴距选择个性化的选择主要有驾驶室的装备，辅助驱动，轮胎和变速箱档位2.1载货车底盘2.1.1技术参数表和汽车底盘图汽车底盘出售时需要提供描述其性能的详细资料资料要汽车底盘出售时需要提供描述其性能的详细资料资料要详细给出技术装备和功能为了装配车身，车身制造企业详细给出技术装备和功能为了装配车身，车身制造企业需要标有车架和行走装置尺寸的图纸和轴距的分配需要标有车架和行走装置尺寸的图纸和轴距的分配2.1.1技术参数表和汽车底盘图汽车底盘出售时需要提供的主要文件是技术参数表技术参数表由含尺寸和质量参数表的两视或三视简化图及汽车描述组成汽车特性描述主要包括发动机（工作方式，汽缸数，缸径，活塞行程，汽缸工作容积，密封，最大功率，最大转矩，冷却），机械特性曲线（发动机功率（KW），转矩（Nm）和比油耗（g/kwh）随转速变化的规律曲线），离合器种类，变速器（传动比，爬坡性能，每档的最大速度），车架类型，驾驶室，前轴和转向装置，后桥及轴传动比，悬架，制动装置（正常制动，辅助制动，手工制动，持续制动和防抱死制动系统），车轮和轮胎，油箱容积，照明装置及蓄电池。
DIN ISO4130的路面车辆三维坐标系：OX平面通过前轴；OY平面通过汽车的纵轴面；OZ平面位于车轮支撑面或在车架上表面；2.1.1技术参数表和汽车底盘图2.1.2底盘构造根据功能货车底盘分为车架、驾驶室、行走装置和驱动系统四个部分车架功用： 车架是底盘的主要承载部件，不仅用于底盘中其它部件的安装，同时也是车身的支撑车架的空间位置严格划分，其上面与驾驶室后面之间的空间用作车身的支撑，下面用其上面与驾驶室后面之间的空间用作车身的支撑，下面用作驱动系统和行走装置的安装作驱动系统和行走装置的安装，主要部件在车架上的安装位置与汽车型号和载质量大小无关布置在车架下面的部件主要有油箱、蓄电池、高压空气瓶、工具箱、备用轮、排气管、底部行驶保护装置、牵引车挂接装置及换装车身式汽车的侧面保护装置2.1.2底盘构造行走装置由带支承轴承和制动器的车桥、转向装置、车轮、弹簧、减振器、导向机构和稳定器组成，其作用是确定汽车的行驶方向和轨迹，承受其作用是确定汽车的行驶方向和轨迹，承受重力、曲线行驶力、加速力和减速力，平衡行驶重力、曲线行驶力、加速力和减速力，平衡行驶过程中车架和路面间间距、力和运动的变化过程中车架和路面间间距、力和运动的变化。
驱动装置由发动机、离合器、变速箱、万向轴、分动箱（对四轮驱动）和差速器组成驱动装置的作用是将发动驱动装置的作用是将发动机的动力通过车轮传递到路面机的动力通过车轮传递到路面在发动机变速箱总成上还可布置所谓的辅助驱动装置，用于驱动一些附加的装置（液压泵、离心泵、汽车式混凝土搅拌机）在变速箱和差速器之间的万向轴传动中可选装液力或电动下坡制动器（下坡缓行器）图为驱动装置在车架上的布置为了保证发动机和后桥尽可能地直线连接，发动机向后倾斜2.1.2底盘构造2.1.3 车架根据车身是否承受载荷或者承受载荷的大小，可将汽车承载系统分为箱壳式结构（梯形车架载货车），半承载式结构（公共汽车上由纵梁和桁架杆件组成的混合骨架式车架）和承载式结构（公共汽车或房车的管状桁架结构，小汽车的壳式结构）货车通常采用带承载式车架的箱壳式结构，其特点是便于车身的布置和安装，减小行驶过程中的应力从结构来看，载货车的车架呈梯形，由两根纵梁和数根横梁组成梁的形状和截面形状则由载货车的用途决定对行驶于好路面上的货物配送和长途运输车来说，要求车架的抗扭刚度好，以提高行驶稳定性，对于越野车辆，则要求车架在扭转方向较软，弹性好，尽可能地提高行走装置的弹簧行程。
2.1.3 车架纵梁由精细结构钢冷冲压而成采用U型截面保证了车架的抗弯刚度大，同时，扭转方向软纵梁纵梁的腹板垂直放置，可以保证行走的腹板垂直放置，可以保证行走装置、车身和其它部件安装方便，装置、车身和其它部件安装方便，同时，绕横轴的抗弯刚度也最大同时，绕横轴的抗弯刚度也最大为了保证行走装置的作用力作用在剪切中心附近，U型梁的开口向内目前普遍采用“鱼肚形”结构，即针对不同载荷纵梁的截面高度不同为了便于驾驶室、发动机和变速为了便于驾驶室、发动机和变速箱的安装，车架水平面内相应区箱的安装，车架水平面内相应区域的宽度变大域的宽度变大为了适应行驶过程中的不同载荷状况，在保持主要尺寸不变的情况下，车架材料的厚度有所不同，自卸车车架上经常将U型钢套在一起以加大材料的局部厚度2.1.3 车架2.1.3 车架多横梁车架中纵梁和横梁的扭转变形相互耦合，横梁的布置方式对车架的整体扭转变形有决定性的影响根据抗扭刚度的不同，横梁可以是开式（环型或U型），也可以是闭式（空心圆柱形）横梁和纵梁之间通过铆钉或螺栓联接也可以用闭锁环销联接，它兼有铆接不易脱落，HV螺栓联接预紧力大的优点一般不用焊接来联接横梁和纵梁上世纪上世纪50年代初几起车架断裂事件证明，在动年代初几起车架断裂事件证明，在动载荷作用下焊接的强度不能满足要求。
载荷作用下焊接的强度不能满足要求除了垂直载荷外，车架还可能受到侧向载荷的作用，引起纵梁的横向弯曲和整体结构平行四边形形状的变形尤其是轴距特别大的汽车和带双轴总成的汽车在硬路面或损坏的路面上曲线行驶，以及后悬长的汽车牵引挂车行驶时，这种情况容易发生为了消除汽车行驶时的左右摇晃，对带双轴总成的汽车其横梁联接处的垂直方向需要加强，对带挂车行驶的汽车其牵引横梁需要加固2.1.3 车架2.1.4行走装置2.1.4.1 车桥车桥是行走装置的核心承载部件，其与车桥导向元件一起构成车轮与车架之间的连接，操纵汽车按所需要的方向行驶除了承受垂直方向的静载荷和动载荷以外，车桥还承受水平面内的驱动力，制动力和转向力，其与弹性元件，减振器及稳定杆一起决定汽车的行驶性能轿车和公共汽车通常采用独立悬架，但载货车几乎无一例外地使用实体轴导向，其显著的特点是左右车轮之间用实体轴连接轴体用优质刚模锻而成，与独立悬架相比，轴体，尤其是驱动桥的轴体连同弹性元件一起构成的簧下质量明显地大，对垂直振动和对垂直振动和前后桥摆振产生负面影响，影响汽车前后桥摆振产生负面影响，影响汽车的平顺性的平顺性载货汽车采用刚性转向前桥，既可以作为驱动轴，也可以是非驱动轴。
非驱动前桥的轴身模锻而成，通常为四边形和型断面目前占支配地位的拳式前桥中，叉形转向节与前梁的拳形加粗端相连，转向节主销位于前梁端部叉开附近，与垂直线成一定的角度这种叉形桥的两端为叉形，优点是转向轮转向角大，转向半径小实体前轴的中间段向后下方弯曲，以便有足够大的空间安装发动机或使得车架更低带有车轮支承轴承，轮毂和制动器的转向节与梁一起构成结构上和功能上的整体2.1.4.1 车桥在所有现代双轮辙汽车中普遍采用转向节转向，转向时车轮和转向节一起绕主销转动由于曲线行驶时，汽车内侧车轮的转向圆较外侧小，为了保证曲线行驶时的纯滚动，内侧车轮的转向角必须较外侧车轮大，为此，前梁，两个转向臂和转向横拉杆直线行驶时呈梯形，曲线行驶就能实现不同的转向角2.1.4.1 车桥载货汽车的后桥大多为带差速器的驱动桥图所示为常见的斑卓琴式后桥和喇叭筒式后桥斑卓琴式后桥的优点是，包括差速器在内的整个轴头可以作为一个部件在轴壳外装配和调整喇叭筒式后桥的轴头在差速器范围内分为两半，每半都不可分解因为这种后桥的装配和调整十分费时，所以只有轻型载货车上采用，其优点是制造成本低2.1.4.1 车桥直接下置式后桥的减速通过一对锥形和盘形齿轮实现。
准双曲面齿轮的齿面为球形，重合度高，即使在受到冲击载荷或者后桥颠簸的情况下噪声也很小由于后桥的传动比通常在i=3.55之间，导致盘式齿轮（从动轮）直径大，后桥外壳体积大因此，这种后桥仅限于离地间隙小的汽车为了减小从动轮的直径，从而减小后桥外壳的尺寸，在越野车上采用外行星齿轮传动，即在轮毂处附加一对行星齿轮传动这样，不仅车轮的驱动轴，而且差速器的外形尺寸变小，后桥的离地间隙增大2.1.4.1 车桥有多个驱动桥时，必须采用贯通式驱动桥车轮轴承分为“半浮式”、“3/4浮式”和“全浮式”因为车轮负荷大，载货汽车绝大多数采用“全浮式”支承其中，轮毂通过一对相靠的圆锥滚子轴承支承，并通过端盖上的花键与驱动轴相联驱动轴可以在桥壳外面，也可以在桥壳里面，不必支承车轮此时，驱动轴只承受驱动转矩2.1.4.1 车桥为了提高载货汽车的装载量，有时增加一个非驱动桥如果该非驱动桥布置在驱动桥前方，则称为前从动桥，在驱动桥后方则称为后从动桥前、后从动桥可以转向，或者可以提升只要负载状态允许，而轴荷没有超过许用值，在行驶过程中提升桥可以一直提起当路面状况不好时，也允许在满载的情况下短暂地将提升桥提起，以增加驱动桥载荷，改善牵引性能2.1.4.1 车桥2.1.4.2 弹性元件和导向机构为了保证行驶的安全性（在曲线行驶、牵引和制动工况下），载货车的所有车轮在每种工况下都要与路面保持均匀接触，轴的动载荷波动要小。
因为路面的高低不平，弹性元件不仅要将汽车的总质量传递到车桥和车轮，弹性元件不仅要将汽车的总质量传递到车桥和车轮，同时还要保证车轮能够在不平的路面上仿形行驶，尽可能地不将来自路面同时还要保证车轮能够在不平的路面上仿形行驶，尽可能地不将来自路面的冲击和振动传递到车身要不断地抑制意外的振动，限制侧向摆动和俯的冲击和振动传递到车身要不断地抑制意外的振动，限制侧向摆动和俯仰振动工程实践中，以上要求可以通过下列途径实现：弹簧的行程足够地长，减小非簧载质量，安装减振器侧向摆动通过与弹簧非耦合的稳定器实现弹簧刚度c： 车身固有频率fA和车桥固有频率fAC：2.1.4.2 弹性元件和导向机构载货汽车上主要用钢板弹簧: 梯形弹簧由多层弹簧片叠加而成，呈半椭圆形各个弹簧片截面尺寸相同，长度不一这种结构形式的轴向阻力矩与弯矩的变化相对应，因此弹簧片在整个长度方向的应力分布几乎是均匀的正是由于弹簧片的长度不一致使得这种钢板弹簧从侧面看起来为梯形弹簧片在压缩和伸长过程中相对运动产生阻尼，可以减轻阻尼器负担，但导致弹簧片表面的磨损少片厚钢板弹簧与传统叠形弹簧少片厚钢板弹簧与传统叠形弹簧相比，可减轻质量相比，可减轻质量50%。
2.1.4.2 弹性元件和导向机构工程实践中常常使用3轴或4轴载货汽车，其后桥为双桥为了平衡越野行驶时两个车桥的负荷，双后桥总成通过可回转的中间轴承将重力支撑到起等臂式平衡杆作用的钢板弹簧上钢板弹簧的两端支承在两个车桥上对重型载货汽车，叠形弹簧既是缓冲元件，又是侧向导向装置，而纵向导向功能由四根布置在下部和两根布置在上部的纵向连杆承担舒适型双后桥总成的弹性支承和导向功能是完全分开的，抛物线弹簧的两端通过橡胶垫分别支承在两个车桥上，2.1.4.2 弹性元件和导向机构2.1.4.2 弹性元件和导向机构任何机械弹簧系统只能是一个妥协：一方面，为了满足舒适性要求弹簧的行程要长，弹簧要软，以平衡路面不平引起的车轮载荷变化另一方面，如果弹簧太软，则加速和制动时车身产生俯仰振动，曲线行驶时产生侧向扭转，最主要的是，当载荷很大时，弹簧的设计行程显著地缩短因此，对于载荷大范围变化的载货汽车，人们希望能对弹簧进行和调节和控制由于具有压缩性，空气可以作为弹性介质封闭容器里的空气体积减小，则压力增大这个过程为绝热过程，压力随着弹簧行程呈幂函数增加随着压力增加，压缩空气变硬，弹簧特性曲线变陡其其优点是弹簧特性不随装载状态变化，固有频率低。
而线性机械弹簧优点是弹簧特性不随装载状态变。