（一）车桥的结构与原理

车桥（也称车轴）通过悬架和车架（或承载式车身）相连，两端安装行驶车轮。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。

1.车桥的功用

（1）支撑与连接

将车轮安装定位，并通过悬架与车架连接为一体，承受车架以上的重量。

（2）传力与受力

将车轮上的牵引力、制动力和侧向力传给车架。承受路面对车轮冲击力所形成的弯矩和转矩。

2.车桥的分类

根据驱动方式的不同，车桥分为驱动桥、转向驱动桥、转向从动桥和支持桥四种。转向从动桥有时又简称为转向桥。转向驱动桥和转向从动桥又可统称为转向桥。两者在结构上的区别主要是有无驱动机构，其中转向从动桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车前桥作为转向桥，后桥作为驱动桥；而前置前驱动的机械车辆则前桥成为转向驱动桥，后桥充当支持桥。驱动桥已在传动系介绍过，这里不再重述。支持桥常用在挂车上，有些6×2载重汽车的后桥（或中桥）也为支持桥，支持桥除不能转向外，其他功用和结构与转向从动桥基本相同，在此也不再述。因此本节主要介绍转向桥的结构。转向桥和转向驱动桥均用于非铰接（整体式）车架的工程机械或汽车上。

3.车桥的结构

（1）转向从动桥

1）转向从动桥的功用。转向桥可以利用转向节的摆转使车轮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。转向从动桥如图3-6所示，通常位于汽车前部，因此，也常被称为前桥。

图3-6 转向从动桥

2）转向从动桥的结构。工程机械和汽车转向从动桥结构基本相同，主要由前轴、转向节和轮毂三部分组成，三者的结构关系如图3-6和图3-7所示。为看清前轴、转向节之间的关系，在图3-7中去掉了轮毂。前轴又称工字梁，其断面做成工字形使其有足够的抗弯强度。为提高抗扭强度，接近两端略成方形。轴上有钢板座以便安装钢板弹簧，中部向下弯曲以使发动机重心位置降低，并减小传动轴夹角。轴两端各有一加粗的拳形部，其上有销孔（又称拳心孔），用以插入转向主销。

图3-7 前轴和转向节的关系

图3-8所示为常见前桥结构，其转向节通过主销与前轴连接，使前轮可以绕主销转动，主销用锥形螺栓固紧在前轴上。为减小磨损，转向节叉销孔内压有衬套，外边设有加油嘴，可加油润滑。销孔端部用盖封住，为使转向灵活轻便，在下销孔上端与前轴拳部之间装有锥形滚柱推力轴承。在上销孔下端与拳部之间装有调整垫片，用以调整转向节叉的轴向间隙。转向节叉下端耳环上有锥形孔，用以安装转向节臂，左转向节叉上端耳环上的锥形孔，用于安装直拉杆臂。转向节叉凸缘外侧固装着制动底板。

轮毂通过内、外两个锥形滚柱轴承支承在转向节轴上，在轴的外端装有调整螺母、垫圈、锁圈及固定螺母，用以调整轴承的紧度。在轮毂外圆的接盘上，用螺栓固装着车轮，内侧凸缘上固定着制动鼓，为防止润滑油流入制动鼓内，使制动性能变坏，在内轴承的内侧装有油封。

3）转向轮定位。为了使工程机械或汽车保持稳定的直线行驶和转向轻便，并减少行驶中轮胎和转向机件的磨损，转向车轮、转向节和前轴三者之间的安装，具有一定的相对位置。这种具有一定相对位置的安装，叫做转向轮定位。它包括转向轮外倾、前束、主销内倾和主销后倾。

图3-8 常见前桥结构

图3-9 转向轮外倾角示意图

①转向轮外倾就是指车轮装于前桥后，其中心线不与地平面垂直，而是向外倾斜一个角度（图3-9）。这是在设计时，使转向节轴与主销不相垂直，而向下方倾斜的缘故，这样在安装车轮后，车轮中心线便与垂直线形成一个α角，即外倾角。设计外倾角的主要目的：使车辆的载重负荷和路面对车轮的冲击载荷主要集中在轴的根部大轴承上，以减轻轴端的负荷，从而使轴不易折断；防止车轮内倾，防止轴端螺母及小轴承损坏，同时也使轮胎避免过早磨损。工程机械及汽车在设计时虽然已考虑到了车桥的刚度和强度，但在满负荷作业时，其车桥仍有向水平下方进行的弹性变形，其结果便使其两端的转向节向上翘起。而转向节上的轮毂和转向主销，为了能使其灵活转动都留有一定间隙，如果在车辆无负荷的情况下把车轮安装成垂直于地平面状态，那么此时车轮就向内倾斜，而这种倾斜角，便随着轴承的磨损而增大。因车轮内倾，就会使轴的端部负荷量增加，其结果将造成因力臂伸长使转向节轴易从根部断裂。或者使轴端小轴承及固定螺母的负荷量增大，严重时可能使固定螺母损坏使其从轴上脱落将前轮抛出，造成事故。此外也因车轮内倾现象随着各部间隙的增大而增大，严重时就可能使车轮在车辆行驶时出现半滚半滑的现象，使轮胎内侧迅速磨损。为了克服上述缺陷，现代汽车和工程机械上，转向轮都设有外倾角α，以使工程机械及汽车在满载时，车轮能接近于垂直滚动。另一方面，车轮外倾还可使转向轻便。前轮外倾角的大小，根据各机械的用途和结构而定，一般为1°左右。

②转向轮前束。车轮外倾虽然解决了车轮能在垂直状态下滚动的矛盾，但却又出现了车轮在滚动时向外滚的趋势，结果又使轴端的小轴承载荷增大；又由于车桥的约束使转向轮不能向外滚开，此时车轮在地面上便出现半滚动半滑动，从而又增加了轮胎的磨损。为了解决这个矛盾，一般的汽车及工程机械上都设有前束。前束就是使两转向轮的中心线不平行，前端B小于后端A（图3-10）。前束值等于A-B。前束有使车轮沿中心线向内滚的趋势。这样可使车轮在每一瞬时滚动时，方向接近于向着正前方，从而在很大程度上减小或消除了由于转向轮外倾所产生的不良后果。为了保证车轮前束能经常处于所规定的数值，而把转向横拉杆长度设计成可调整的（见转向系）。

对于一些采用超宽基轮胎的工程机械，其前束值的影响有限，因此可以为零或忽略。

图3-10 转向轮前束

图3-11 主销内倾

③主销内倾。主销内倾，即主销在车辆横向平面内上端向内倾斜一个角度，其用途一是使车轮偏转时自动回正；二是使转向轮转向轻便。

方向自动回正如图3-11所示，当机械在直线行驶时，如果遇到路面某些阻力使转向轮偏离中间位置的话，就必须克服车辆的重力，一旦这种阻力消失，转向轮则在重力作用下自动回到中间位置。转向轮偏转的角度越大，前桥抬起的越高，那么车轮回正的能力也就越强。因此，在机械急转弯后，只要在转向盘上施加很小的力，车轮就能迅速恢复到中间位置。这样，主销内倾既能保证机械直线行驶的稳定性，又能保证转弯回正的迅速性，从而增大了行驶的安全性。

由于主销内倾和车轮外倾，使主销的延长线和车轮着地的距离缩短了，这样在车轮转向时，路面对车轮的阻力距离便减小，从而可使转向轻便。但主销内倾也有缺点。即主销内倾后导致转向时要抬高前桥，这会使转向操纵费力。这两方面对操纵力的影响是相互矛盾的，当内倾角在不同的数值时，这两方面的因素各自影响的程度也不同。这里主要的矛盾是解决前轮具有自动回正的能力，从而保证直线行驶的稳定性，所以一般都设有内倾角。但内倾角也不宜过大，一般内倾角不大于8°，主销的延长线和车轮着地的距离一般为40～60mm。对于采用了低压轮胎的一些工程机械，因其车速较低，加之采用了低压胎和液压助力转向，故有些汽车及工程机械上并没有主销内倾角。

④主销后倾。在汽车及工程机械纵向平面内，主销上端向后倾斜一个角度γ，称为主销后倾（图3-12）。其作用是增加机械直线行驶的稳定性，并使转向后的车轮能自动恢复到直线行驶状态。

当机械转弯时，如向右转弯时，车轮便向右偏转一个角度。此时由于机械本身离心力的作用，在车轮与路面的接触点b处，引起路面对车轮作用一个向心反作用力Y，反力Y形成了使车轮绕主销轴线旋转的力矩YL，其方向与车轮偏转的方向相反。当操作人员松开转向盘时，在此力矩作用下，将车轮自动恢复到中间位置。

当机械直线行驶时，若转向车轮偶然受到外力作用而偏转时，机械会立刻偏离直线行驶方向，与此同时即产生一个相应的力矩YL，使转向车轮自动回正，从而保证了机械直线行驶的稳定性。因此，上述力矩又称为稳定力矩。稳定力矩也不能过大，否则转向时驾驶人就要在转向盘上施加较大的力（即转向盘沉）。而稳定力矩的大小取决于力臂L的数值，故主销后倾角不宜过大，一般后倾角γ不超过2°～3°。在有些工程机械上，由于采用了弹性好的低压或超低压轮胎，从而使稳定力矩增大。再加上一些工程机械倒向行驶频繁，因此，这些机械的主销后倾角可以减小到零，甚至为负值。

图3-12 主销后倾

（2）转向驱动桥

转向驱动桥广泛用于既需要实现转向功能又需要同时实现驱动功能的车桥，其结构参见前述内容。

（二）车轮的结构与原理

1.车轮的功用

（1）支撑与驱动

1）支撑整个机械的重量并实现转向；

2）驱动机械行驶保证车轮和路面间有可靠的附着力而不致打滑。

（2）缓冲与吸振

缓和机械在不平路面行驶时所受到的冲击，并衰减由此而产生的振动。

2.车轮对整机性能的影响

工程机械或汽车通过车轮与路面接触，道路与车辆两者之间的各种力的相互作用都是通过车轮传递的。故车轮对整机的经济性能、行驶性能、操纵性能等多方面有着重要影响：①对于作为行驶和支撑元件的车轮的基本要求之一，就是其滚动阻力尽量小。减小滚动阻力，也就是减小滚动能量的消耗，这不仅改善了工程机械的动力性和燃料经济性，而且又延长了轮胎本身的寿命。除了有较小的阻力以外，作为支承元件的车轮还必须保证有尽可能大的附着性能。②作为导向元件的车轮，它的结构对机械车辆的操纵性有很大影响。③作为悬架的弹性元件之一的车轮，它的轮胎的刚度及轮胎的质量（属于非悬架质量）对机械的行驶平顺性有影响。同时，轮胎的弹性直接影响悬架弹性元件（往往是易损件）的寿命。

上述影响是与工程机械或汽车的各种使用性能密切相关的。对于重型载货汽车（特别是矿山用的自卸汽车），为了提高平均车速、改善驾驶人的劳动条件、适应矿山的恶劣道路条件和装载条件，除了选用良好的悬架装置之外，对车轮的要求，就是要更好地起上述作用，使重型载货汽车的各种性能得以充分的发挥。

3.车轮的构造

车轮主要由轮盘、轮辋、轮胎等组成。

（1）轮盘

通常分为盘式和辐式两种。

图3-13 盘式轮盘的结构

1）盘式轮盘，这是一钢质的圆盘，如图3-13，大多是冲压制成，尔后和轮辋焊接或铆接成一体，也有少数是和轮辋直接铸成一体。轮盘与轮毂采用螺栓联接。轮盘制成深凹形，这样可以和轮毂轴承的位置相适应，从而保证车轮平面的适当位置，并且在有安装双轮的必要时，可以把两个相同的轮盘并排安装在一个轮毂上。有些轮盘还对称开有较大的孔，其作用是为了减轻重量并利于制动鼓的散热，在对轮胎充气时也便于接近气门嘴。轮盘上的6个螺栓孔加工成锥形，以便于用螺栓把轮盘固定在轮毂上时对正中心。有些工程机械，由于后轮负荷比前轮负荷大，为使后轮轮胎不致过载，后桥采用了双式车轮，即在同一轮毂上安装了两套轮盘和轮辋。在工程机械及汽车使用中，为使各轮轮胎磨损接近相等，应定期进行轮胎换位。为使双式车轮换位方便，轮盘的螺栓孔两面都制成锥形。螺栓内端固装着制动鼓，外端用特制螺母将内轮盘紧固在轮毂上。特制螺母还具有外螺纹，用螺母使外轮盘与内轮盘靠紧。在一般的工程机械及汽车上，左边的车轮固定螺母用左螺纹，右边的用右螺纹，以防机械在行驶过程中螺母自动松脱。

图3-14 辐式轮盘的结构

2）辐式轮盘，它主要由几根可锻铸铁空心辐条组成，因此也叫轮辐，如图3-14所示。轮辐与轮毂可铸在一起或用螺栓联接。轮辋则通过螺栓及衬块固定在轮辐上。为了使轮辋与轮辐很好地对中，并在两者之上都有配合锥面。在装载质量较大的载货汽车上广泛采用辐式车轮。

（2）轮辋 轮辋用以安装轮胎。按其断面形状可分为深式轮辋和平式轮辋两种形式（图3-15）。

1）深式轮辋。图3-15a为深式轮辋，它是做成整体的，其上带有凸肩，用以安放外胎的胎圈，凸肩部通常略有倾斜，中部的凹槽是为了便于轮胎的拆装。深式轮辋结构简单、刚度大、重量轻，特别适用于尺寸小、弹性较大的轮胎，但对尺寸较大、较硬的轮胎拆装时则比较困难。

2）平式轮辋。它有多种结构型式，通常可分为整体式和可拆两种。图3-15b为整体平式轮辋，它是应用较多的一种形式。挡圈是整体的，用一个开口锁圈来限制挡圈脱出。在安装轮胎时，先将轮胎套在轮辋上，然后套上挡圈，并将它向内推，直至越过轮辋上的环形槽，再将开口的弹性锁圈嵌入环形槽中。可拆平式轮辋做成可分开的两部分（其中一部分与轮盘做成一体），而用螺栓联接为一个整体（图3-15c）。

图3-15 轮辋断面结构型式示意图

a）深式轮辋 b）平式轮辋 c）可拆平式轮辋

轮辋型号的表示方法为：最前面的数字表示轮辋断面宽度（时），中间拉丁字母“S、T、V、R”等表示边缘高度（S=35.5、T=38、V=44.50、R=28.58，单位为mm），最后的数字表示轮辋直径（时），直径前面的符号，平式轮辋用“-”，深式轮辋用“×”表示，如6.00T-20、8.00V-24等。由于轮辋是轮胎的安装基础，同一轮胎装到不同的轮辋上时，其位置与形变将不同。因此，每种规格的轮胎，只适用于一定的标准轮辋，必要时也可配用规格与标准轮辋相近的轮辋。否则，会造成轮胎早期损坏。

（3）轮胎(www.daowen.com)

轮胎安装在轮辋上，直接与地面接触。现在轮式工程机械或汽车几乎都采用充气轮胎。充气轮胎富有弹性，能与地面很好附着，并能有效缓和行驶中的冲击和振动。

1）轮胎的分类。

①根据轮胎工作气压的不同可分为高压胎、低压胎和超低压胎三种。高压胎吸收振动和冲击的能力较差，在工程机械上已经被逐步淘汰。低压胎弹性好，具有较好的缓冲吸振能力；胎面较宽，具有较好的附着力；胎壁薄而散热良好。目前工程机械几乎全部采用低压胎，而超低压胎适用于作业和行驶道路比较复杂的工程机械上。

②根据轮胎胎面花纹的不同可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎和混合花纹轮胎。普通花纹轮胎通常在较好的路面上使用，其花纹的特点是细而浅，花纹块接地面积大，因此耐磨性较好；但越野性能和自行除泥能力较差。越野花纹轮胎适合于在较差的路面（如雪泥、松软路面）和无路条件下使用，其特点是花纹沟槽宽而且深，花纹块面积较小，防滑性能好，越野能力强；但在较好的路面上行驶振动大，并且会造成花纹早期磨损；目前，越野花纹一般多采用“八”字形和“人”字形（图3-16）。也有的采用图3-17所示的“～”花纹。混合花纹轮胎兼有普通花纹轮胎和越野花纹轮胎的特点，这种轮胎通常在胎冠的中部为菱形或纵向锯齿形花纹，两边为横向的越野花纹。

③根据轮胎断面宽度可分为标准轮胎、宽基和超宽基轮胎（图3-17）。标准轮胎（普通轮胎）断面形状近似圆形，断面高度与宽度比值为0.95～1.15。宽基及超宽基轮胎断面开头近似椭圆形，断面高度与宽度比值为0.5～0.75。由于宽基及超宽基轮胎比标准轮胎宽度大，因而接地面积大，接地比压小，所以在松软路面上行驶，通过性能好，牵引力大。另外，它还具有在同样负载条件下比标准轮胎使用气压较低的优点，同时又能改善行驶的稳定性，故目前工程机械上广泛采用宽基及超宽基轮胎。宽基轮胎的缺点是增加了行驶和转向时的阻力。

④根据轮胎的结构不同可分为普通轮胎、子午线轮胎、无内胎轮胎等。

2）轮胎的结构

图3-16 工程机械及其八字形花纹轮胎

图3-17 “～”形花纹超宽基轮胎

①普通充气轮胎由外胎、内胎、衬带等组成（图3-18）。外胎由帘布层、缓冲层、胎面及胎圈等组成。帘布层为外胎的基础，其主要作用是承受负荷，并保持外胎的形状和尺寸。它由数层涂胶的帘布用橡胶贴合而成，帘布的帘线与轮胎横断面成50°～52°的夹角，相邻层相交排列，帘布层数愈多，强度愈大，但弹性降低。在外胎上注有它的层数。帘布由纵向的经线和放在各经线之间的少数纬线织成。帘线有棉线、人造丝线、尼龙线和钢丝帘线。缓冲层介于胎面和帘布层之间，用橡胶和数层挂胶稀帘布制成，故弹性较大，能吸收冲击，能吸收冲击并防止紧急制动时胎面与帘布层脱离。胎面是外胎最外的一层，可分为胎冠、胎侧和胎肩三部分。胎冠用耐磨的橡胶制成，它直接承受摩擦，能减轻帘布层所受的冲击，并能防止帘布层和内胎受机械损伤。为使轮胎得到良好的附着性能和防止车轮横向滑动，在胎面上制有各种花纹。胎肩是胎冠与胎壁的过渡部分，胎侧的作用是保护帘布层侧壁免受潮湿和机械损坏。胎圈的基本部分是垫跟，它使胎圈具有很大的刚度和强度，以使外胎能牢固地装在轮辋上。垫跟由金属丝编织成形后，涂上橡胶组合而成。内胎上装有气门嘴以便充入或放出空气。气门嘴主要由座筒、气门芯、气门芯盖等组成。座筒底部的凸缘通过内胎上的小孔插入内胎中，并用螺母将内胎夹紧在两个垫圈之间，气门芯装在座筒内。它由锁紧螺母、衬套、气门杆、弹簧等组成。衬带是一条环形橡胶垫，它装在内胎与轮辋之间，用以防止轮辋、胎圈直接与内胎接触而磨损内胎。衬带上还制有一个让气门嘴穿过的圆孔。

图3-18 充气轮胎的组成

②子午线轮胎的结构与普通轮胎相比有两个主要特点：子午线轮胎的帘布层帘线与胎面中心线成90°角。帘线这种布置情况很像地球上的子午线，所以称为子午线轮胎。子午线轮胎的特殊构造，使其在使用方面具备较多优越性：一是使用寿命长。据国内调查，行驶里程较普通斜线胎延长20%～30%。这是由于胎体帘线和缓冲层线形成了许多密实的三角形网状结构，从而减少了胎面与路面间的滑移现象，故胎面磨损小，耐磨性强。二是滚动阻力小，节约燃料。由于胎冠具有较厚而坚硬的缓冲层，轮胎滚动时胎冠变形小，消耗能量少，行驶温度低，散热快；不仅可以提高汽车的行驶速度，而且还可以提高汽车的燃料经济性，子午线轮胎一般可以节油4%～8%。三是附着性能好，越野性能高。斜线胎附着系数为0.75，子午线胎为0.9。因胎体弹性好，接地面积大，使胎面与路面滑移少。四是缓冲性能好。因胎体的径向弹性大，富有良好的缓冲性能，可以缓和不平路面的冲击并吸收大部分冲击能量，使汽车行驶平顺性得到改善。因而可延长汽车的使用寿命，并使所运货物不易损坏。五是承载能力大。由于子午线胎的帘线排列与轮胎主要的变形方向一致，因而使其帘线强得到充分有效的利用；故这种轮胎一般比普通棉帘线胎的承载能力大，比普通轮胎承载能力约高14%，如具有一层丝帘布的国产9.00-20型子午线轮胎的负荷能力（承载能力）为18t，具有10层棉帘布的同类型普通斜线胎的负荷能力仅为15t。

图3-19 无内胎轮胎的结构

③无内胎轮胎与普通轮胎的不同之处在于其没有内胎，压缩空气直接充入外胎中，其密封性由外胎和轮辋来保证。无内胎轮胎（图3-19）的内表面有一层专门用来密封气的橡胶密封层。在胎圈外则有一层密封橡胶（有的为环形槽纹），用以增加胎圈和轮辋结合的严密性。气门嘴固定在轮辋上，以橡胶垫圈密封，并用螺母将其压在气门嘴底座和金属垫圈之间。无内胎轮胎和有内胎轮胎相比，其优点是提高了机械行驶的安全性，因为轮胎被刺穿时漏气缓慢；由于不存在内外胎之间的摩擦，并可通过轮辋直接散热，故工作温度低、使用寿命长。此外，其结构简单、重量轻，如WD140推土机和部分CR-8推土机采用的即为无内胎轮胎。目前，载重汽车使用这种轮胎也逐渐增多。无内胎轮胎的缺点是途中修理比较困难。

3）轮胎规格的标记方法。

①按胎压不同的标记，有公制和英制两种方法，目前，我国采用的是英制。a.高压胎用“D×B”来表示，其中D为轮胎的外径，B为轮胎的断面宽度，单位均为“in”，“×”表示高压胎。例如“34×7”，即表示外径为34in，断面宽度为7in的高压胎。b.普通轮胎，由于断面宽度B约等于断面高度H，因此安装外胎的轮辋直径d=D-2B计算。c.低压胎用“B-b”来表示。B为轮胎断面宽度，d为轮胎内径，“-”表示低压胎。例如“9.00-20”，即表示断面宽度为9in，轮胎内径为20in的低压胎。d.超低压胎的表示方法与低压胎相同。

②按胎基不同的标记，即宽基或超宽基轮胎与普通轮胎虽然外径相同，但轮胎断面尺寸较大，在尺寸的标法上两者也不相同。普通轮胎的断面宽度是小数点后两位，以“00”表示（如16.00-24），宽基轮是小数点后一位，以5表示（如12.5-20）。

③按胎体帘线不同的标记，一般用汉语拼音字母表示，如M（或无字）棉帘线轮胎；Z：子午线轮胎；R：人造丝帘线轮胎；G：钢丝帘线轮胎；N：尼龙帘线轮胎；ZG：钢丝子午线轮胎。

根据国家相关标准规定，在外胎的两侧还是有规格、制造厂、商标、层级、最大负荷和相应气压，生产编号等标记。

4）影响轮胎使用寿命的因素。

①轮胎负荷的影响。随着汽车装载质量的增加轮胎的静负荷也增加。汽车的动负荷随着路面不平程度的增大而增加。轮胎所受的静负荷对轮胎寿命的影响。轮胎超负荷时，它的寿命缩短是由于轮胎法向变形和横向变形增大及因此而产生的材料应力增加和胎面接触面积增加，使胎面磨损增加的结果。另外，动负荷也能显著地缩短轮胎寿命，因为轮胎在动负荷下使用时，帘面层受力与变形较大，引起帘布层的松散、折断和脱层，以致爆破。因此，可以认为轮胎在动负荷下使用时，其寿命基本上就是以帘布层强度来决定的。为此，必须使动负荷降到最小，即在不平的路面上行驶时，应降低车速。

②轮胎气压的影响。载货汽车的轮胎气压对轮胎寿命的影响很大。气压高于标准值时，由于帘线中的应力增加和帘线间橡胶剪切应力增加，就会缩短轮胎的寿命；气压低于标准值时，轮胎寿命降低是由于轮胎变形增加，加大胎体的应力（可使材料很快的疲劳）和接触地面面积，并使轮胎温度迅速提高；气压过低时，轮胎的变形如图3-20所示。胎面磨损的特点是胎肩部分磨损增加。

③道路条件对轮胎寿命的影响。影响轮胎寿命的道路因素主要是路面类型及形状，因它影响轮胎与路面的摩擦力的大小及车轮所受力的动载荷，而影响轮胎的使用寿命。轮胎在良好平整的路面上行驶时，动载荷较小，轮胎损坏主要是由于磨损。轮胎在卵石路面和坏路面上行驶时，由于车轮受动负荷，轮胎寿命比在平路面上行驶时要短。此时轮胎寿命取决于帘布层强度和胎面耐磨性。

④行驶速度与外界气温的影响。轮胎寿命受车辆行驶速度的影响也很大，它是随着车辆行驶速度的增高而减小。其原因是：由于轮胎部件受负荷作用频率的增加所引起的迟滞损失增大、轮胎工作温度升高，由此而产生的材料受热破坏现象增加及轮胎在高速下的动负荷增大等。温度升高时，橡胶和帘线的强度及疲劳性能都会降低，这种情况会引起材料的永久变形及微观龟裂。

⑤行走系技术状况对轮胎的影响。前轮前束角和外倾角对轮胎磨耗有很大的影响。汽车左右钢板弹簧（或其他形式是悬架）刚度不同、车体倾斜，钢板弹簧位置不正及车桥不正时，都因会引起车轮不正产生倾向力，加剧胎面不正常磨损。车辆轴承、转向主销间隙过大及车轮不平衡，将使轮胎滚动时产生跳动和摆动，增加轮胎受力，使胎面磨损加剧或磨损不均匀。

⑥驾驶技术对轮胎寿命的影响。如汽车起步过猛、使用制动器过猛，都将增加轮胎的周向力，引起胎面局部严重磨损。行车时转弯过急或高速转弯，以及直线行驶时左右转动转向盘过频，也都将增加作用在车轮上的侧向力而使轮胎的磨损增加。当车轮越过障碍物时的车速较快，轮胎局部变形较严重，轮胎帘布层易破坏或脱层。锐利的障碍物会刮伤胎面，造成的裂口，可降低胎体强度和造成应力集中，会引起轮胎爆破。

总之，正确使用和驾驶车辆能提高轮胎的使用寿命。否则，将要缩短轮胎的使用寿命，甚至招致重大事故。

图3-20 轮胎的变形示意图

（三）悬架的结构与原理

1.悬架的功用

悬架主要用于把工程机械或汽车的车架与行驶装置连接起来，作为车架（或车身）与车轴（或车轮）之间作连接的传力机件，是保证工程机械汽车行驶安全的重要部件。同时，减少工程机械在不平坦地形上行驶时的冲击和振动，保持机械平稳和乘坐舒适性。

2.悬架的结构原理

（1）悬架的结构类型

1）非独立悬架。其基本原理与结构如图3-21a所示，其两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上。

2）独立悬架。如图3-21b所示，其两侧车轮安装于断开式车桥上，两侧车轮分别独立地与车架弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮。

（2）悬架主要弹性元件的结构原理

1）钢板弹簧。独立悬架的弹性元件多用螺旋弹簧，非独立悬架的弹性元件多用钢板弹簧。由于板钢结构简单，使用可靠，钢板弹簧使用很广泛。钢板弹簧又被称为叶片弹簧，如图3-22所示。目前，广泛应用于一些中大型货车上。钢板弹簧亦可分为对称式和非对称式，对称式钢板弹簧其中心螺栓到两端卷耳中心的距离相等，不等的则为非对称式，它有两种类型，一种是等厚度，宽度呈现两端狭、中间宽，这种钢板弹簧是由多片长度不等的钢片所迭成，现在的大客车、货车多使用这种钢板弹簧。另一种是等宽度，厚度呈现两端薄、中间厚，多用于轻型汽车，现在一些大中型客车也趋向于使用这一类钢板弹簧。还有一种就是等厚度、等宽度，但长度不等的钢片所叠成。

图3-21 独立悬架和非独立悬架

a）非独立悬架 b）独立悬架

图3-22 上置式钢板弹簧在车桥上的布置

按钢板弹簧相对于车轴的位置可分为上置式和下置式。上置式钢板弹簧如图3-22所示。下置式钢板平衡悬架可以降低挂车货台高度，它在前后两组钢板弹簧之间装有平衡臂，用支架将平衡臂悬吊在车架上。钢板弹簧端部采用滑板式结构与平衡臂连接。在不平路面上行驶时，靠平衡臂的摆动使前后车轴的位置与路面高低相适应，使其载荷保持平衡，从而使车轮与路面保持良好的接触，使挂车具有良好的附着性能。该衬套不需润滑，并能起到缓冲的作用。车轴的牵引是靠可调拉杆总成或不可调拉杆总成来实现的。调整拉杆的长度，可使车轴中心线调到与车架纵向对称线垂直的理想位置，从而减少因侧滑引起的车轮不正常磨损。钢板弹簧的中部通过U形螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲、减振、传力的作用。

多片钢板弹簧的各片钢板迭加成倒三角形状，最上端的钢板最长，最下端的钢板最短，钢板的片数与支承汽车的重量和减振效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大。但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声。摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺。因此，在承载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。有些少片钢板弹簧仅用一片钢板弹簧，它与多片钢板弹簧相比除了减少噪声和不会摩擦外，还可以节省材料，减轻重量，且便于布置，降低了整车高度，并具有良好的平顺性。少片钢板弹簧的钢板截面变化大，从中间到两端的截面是逐渐不同，因此轧制工艺比较复杂。为了减轻重量和轧制工艺难度，近年出现了一种玻璃纤维增强塑料（FRP）代替钢板，可减小一半以上重量。据计算一般的单片钢板弹簧每副重量约11～20kg，而纤维增强塑料弹簧每副重量约4kg左右，而且行驶平稳，噪声很低。

图3-23 扭杆弹簧

1—扭杆 2—摇臂

2）扭杆弹簧。其一端固定在车架上，另一端上的摆臂（又称控制臂）2与车轮相连，即一端固定而另一端与工作部件连接的杆形弹簧，主要作用是靠扭转弹力来吸收振动能量，如图3-23所示。工程机械及汽车车架与车轮用扭杆弹簧连接，其一端固定在车架上而另一端与车轮连接，当车轮上下跳动时，扭杆产生扭转变形，靠扭转弹力来吸收振动能量；扭杆弹簧用作汽车及工程机械车架与车轮之间的减振部件，构造简单而结构小巧，适合小型车使用。就工程机械及汽车悬架所用的金属弹簧来看有三种基本形式，分别是螺旋弹簧、钢板弹簧和扭杆弹簧。螺旋弹簧形似螺旋线而得名，具有重量小且占位置少的优点，当路面对轮子的冲击力传来时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能转换为螺旋弹簧的位能（势能），从而缓和了地面的冲击对车身的影响。钢板弹簧的中部通过U形螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭转变形达到缓冲作用。从截断面上看，扭杆弹簧有圆形、管形、矩形、叠片及组合式等，而使用最多是圆形扭杆，它呈长杆状，两端可以加工成花键、六角形等，以便将一端固定在车架而另一端通过控制臂固定在车轮上。扭杆一般用铬钒合金弹簧钢制成，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原。车辆运行时，当车轮向上时控制臂上升，使扭杆被迫扭转变形，吸收冲击能量，避免车架受到颠簸。扭杆弹簧能够储存较大的能量，如汉阳特汽生产的某特种车辆底盘所用扭杆弹簧可承受50t的扭力，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多。杆越短越粗，刚度也越大。三种弹簧比较，扭杆弹簧单位重量的储能量较大，且占用的空间位置最小、易于布置，还可以适度调整车身的高度，故许多乘用车悬架采用了扭杆弹簧。厂家在制造扭杆弹簧时施加了预应力，可增大疲劳强度。由于预应力是有方向的，所以扭杆弹簧也是有方向的。扭杆弹簧标记有左边或右边，用来识别安装在哪一侧。

3）油气弹簧。油气悬架一般是以惰性气体（氮）作为弹性介质，以油液作为传力介质，且呈现出很好的非线性特性，对重型越野车辆及载货汽车都具有很好的匹配效果，同时储能比很大，约为330000Nm/kg（以6MPa氮气充气压力为例），重量比钢板弹簧轻50%，比扭杆弹簧轻20%，从而使它拥有了广阔的发展前景。

目前工程车辆上应用的油气悬架系统主要有独立式和互连式两种类型；从油气弹簧的形式看，则分为单气室油气分离式、双气室油气分离式、多级压力式和油气混合式等。与其他悬架系统相比，油气悬架具有非线性变刚度、渐增性的特点，有效起到缓冲作用，避免了地面激励直接传递到车身以及“悬架击穿”现象的出现，从而提高车辆的越野速度，改善其机动性。另外，悬架闭锁功能，将油气悬架中的动力缸和蓄能器分置，并在连接它们的高压管路上加装锁止阀即可实现悬架闭锁功能，这对工程车辆具有重要价值，例如全路面起重机、挖掘机等，在特殊作业时通过闭锁形成刚性悬架，便于运载和移动重物另外还可以减轻或消除坦克和自行火炮等军用车辆在射击时产生的车体俯仰振动，提高射击精度。同时，该套系统体积小、重量轻，便于拆装。

图3-24 简单油气弹簧结构简图

在油气悬架的技术应用方面，从搜集的资料来看，国外在军事特种车辆包括轮式输送车、装甲车、坦克及导弹运输车等，工程机械主要包括全地面起重机、铲运机械和轮式挖掘机等。非公路大型翻斗车、矿用翻斗车、自卸车上广泛采用了油气悬架。简单的油气弹簧的结构如图3-24所示，它不带油气隔膜。目前国外对半主动油气悬架的研究重点已从理论探讨转入实际应用阶段，美军将安装最先进的智能油气悬架，使坦克的机动性提高50%、车身平稳性提高30%，公路时速达120km/h，最高越野速度达100km/h；韩国的88式坦克已经安装了半主动时内式油气悬架系统，俄罗斯也进行了将油气悬架发展为可控悬架的研究。

3.车架的结构与原理

车架是整个工程机械的骨架，工程机械上所有的零部件及驾驶室都直接或间接地安装在上面，并使它们保持一定的相互位置。车架也支撑着工程机械的大部分重量，而在工程机械行驶时，它还承受由各部件传来的力和力矩。当行驶道路崎岖不平或进行作业时，它还将承受更大的冲击载荷。

根据结构不同车架分为整体式和铰接式两种。

整体式车架（图3-25）是由两根位于两边的纵梁与若干根横梁用铆接或焊接而组成的坚固构架，大部分工程机械和汽车一般都采用整体式车架。

图3-25 整体式车架

铰接式车架由前车架、后车架及连接两个车架的铰销等组成。前后车架的结构与整体式车架的结构相同，也是由两根纵梁和若干根横梁铆接或焊接而成。由于铰销的受力情况比较复杂，因此在结构上采用球铰，如图3-26所示为ZL50装载机的铰接式车架。

图3-26 铰接式车架