提到重型卡车我们就会想到它们威猛的驾驶室和超长、超高、超宽的货箱,可能还有点超载。那究竟是什么部件能让满载的重卡咆哮驰骋?下面就通过结构上的简单介绍,让你对货车驱动桥有一个大概的了解。
重卡驱动桥通常是车辆后部双胎并装的车桥,它们承担着驱动车轮和承载重量的作用。而特种作业卡车也有全轮驱动的,即前面的车桥同时具备转向和驱动的能力,称为转向驱动桥。
国内主要车桥企业的产品都可以追根溯源至国外的斯太尔、曼恩、纳德和奔驰等企业,在量产技术成熟后都进行了一定的本土化适应。它们在立项之初就是以满足用户恶劣使用条件为目标,最终的结果是输出扭矩5万牛·米、额定承重16吨、超载系数3和达到1.1吨的惊人自重,大约是一辆伊兰特的整备质量。因此,双后桥的重卡实际总重量可以超过100吨不是危言耸听。
动力从变速器传出后,经过长长的驱动轴输入驱动桥,经过主减速器的齿轮减速增加扭矩的作用后通过半轴传到车轮,驱动车轮的转动。如果一根轴还不够,那就再安装一根,这就是我们最常见的双后桥。
为了能适应国内的使用环境,重卡驱动桥的壳体在国外是球墨铸铁或者冲焊桥壳,到了国内就变成铸钢材质。而且壳体厚度自然也要加厚,例如下图的AC16桥壳,其平均厚度达到了20毫米。只有这样才能长期承受重载的同时,保持很高的强度、较小的变形和超长的疲劳寿命。
有了刚强的身体,内在零件同样也非常强悍。重载的驱动桥传动比最高能达到7,因此主减速器承受着非常大的载荷。它们通常设计了两级的齿轮减速机构,第一级是普通斜齿圆柱齿轮,第二级是双曲面螺旋齿轮(格里森齿制居多),例如下图的MCY13车桥。而轿车的主减速器,传动比大约是3,前驱车主减速器从动齿轮的尺寸小到可以整合在变速器内部。
▲主减速器透视图
采用了大传动比和大尺寸的同时,有的主减速器齿轮还采用减摩合金。因为双曲面齿轮啮合的时候,两个齿轮之间除了相互挤压之外还会相对滑动。这种相对滑动对轻载的轿车影响不大,但是对于追求极致的燃油经济性的卡车却是“寸土必争”。
与主减速器直接相连的是差速器,重卡驱动桥的差速器与轿车的一样,都采用行星齿轮机构。起到传递主减速器扭矩,允许转弯时左右车轮转速不一致从而减少轮胎磨滑的作用。通常设计一个巨大的十字轴和4个行星齿轮,而小轿车使用两个行星齿轮就够了。但是仍然不能保证超载3倍的情况下完全可靠。典型的故障模式是微小的品质缺陷或者冲击裂纹在日积月累的动载荷的蹂躏下不断拓展,最终将整个行星齿轮机构打烂。要知道,行星齿轮机构已经采用了品质很高的钢材——调质钢20GrMnTi等等。
动力从差速器传到半轴,然后半轴直接驱动车轮就能输出5万牛·米的扭矩了吗?当然没这么简单,许多渣土车、煤炭运输车和矿车为了保证桥包的最小离地间隙,主减速器不可能做得很大。所以必须在动力都已经传到轮毂了,还通过一道齿轮减速机构增大扭矩。这就是轮边减速器。轮边减速器的输入端是半轴,输出端是齿圈,从而带动轮毂驱动车轮。
▲行星齿轮式轮边减速器
重载驱动桥上必不可少的重要部件还有鼓式制动器。制动气室驱动转轴,由凸轮机构将制动蹄片顶起贴住制动鼓摩擦,将动能转化为热能耗散掉,从而起到刹车作用。制动器同样也尺寸巨大,以东风458桥来说,它的制动鼓直径41厘米,制动蹄片的宽度是22厘米。但是在繁重的制动后,许多卡车仍然不可避免地出现制动缺陷。有的甚至能出现热疲劳裂纹,它们的形成大约是因为不断的加热和冷却,导致金属微观的金相缺陷拓展,最后形成裂纹。
▲重卡鼓式制动器
▲制动鼓表面裂纹
重卡驱动桥早就已经武装到牙齿了,它们就是为了超载而生。不过随着国内法规的逐步加严和物流行业的发展,轻量化、高功率和高效率会成为必然的趋势,取代现今重装重载的现状。到那个时候,重卡驱动桥的技术特点肯定又是另外一副模样。