重卡車橋的新技術驅動未來更精彩
發布時間：2015-09-19 14:33:36
據工信部網站消息,今年我國汽車產銷量仍保持高位。上半年我國汽車累計產銷量分別為847.22萬輛和718.53萬輛,較去年同期分別累計增長44.37%和30.45%。權威部門預測，2010年,中國汽車產銷量將超過1500萬輛。為歷史同期增長率最快最高的年份,用超高速增長形容不為之過度。2010年上半年，主流重卡企業市場超高速發展，銷量幾乎全線飄紅，產銷再創歷史新高。銷量排名依次為：一汽解放、中國重汽、東風公司、陜汽公司、北汽福田、北奔公司、上汽依維柯、華菱汽車、江淮汽車、湖北三環。其中，“前三甲”一汽、中國重汽、東風公司上半年重卡銷量均超過10萬輛。2010年1～6月，半掛牽引車累計銷售201935輛，銷售同比累計上升227.93%。其中準拖掛車總質量≤25噸3322輛、累比增長89.45%。25噸＜準拖掛車總質量≤40噸銷189029輛，累比增長243.1%。40噸＜準拖掛車總質量銷9584輛、累比增長102.9%。40噸＜準拖掛車上半年以前所未有的高速增長，開創了國產大噸位重卡的先河，說明了重卡市場正在向大噸位大馬力、輕量化、、高速化發展的趨勢。在這一市場的主銷車型依舊為一汽解放和中國重汽所占據絕大市場份額。
專家預測：2015年重卡市場的產能規劃在300萬輛以上。在這樣的汽車行業市場需求下，作為汽車工業的重要配套行業，中國車橋行業的產銷量同樣呈上升趨勢。隨著汽車行業的發展，汽車在節能、環保、舒適等方面的性能將顯著提升，這就要求車橋產品的性能進一步提高。車橋作為重卡的核心總成，其重要性受到越來越多的關注。科技的迅猛發展也將帶領未來重卡車橋朝著輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長和低生產成本的方向發展，同時技術含量高的驅動橋附件和電子技術將會得到廣泛的應用。
1.重卡車橋向單級減速結構發展
重卡驅動是靠減速增扭來實現的，減速增扭則要通過車橋的核心部件減速器實現。重卡車橋的減速方式主要有單級減速橋、中央雙級減速橋和輪邊(雙級)減速橋。
目前，世界上商用車普遍采用兩種驅動橋結構—單級減速雙曲線螺旋錐齒輪副;帶輪邊減速(行星齒輪傳動)的雙級主減速器。后者更適宜于最大程度地滿足用戶不同需要。
隨著我國公路條件的改善和物流行業對車輛性能要求的變化,重卡驅動橋技術已呈現出向單級化發展的趨勢。由于雙級減速橋是二級減速，主減速器減速速比小，其總成相對較小，橋包相對減小，因此離地間隙加大，通過性好。故目前在中重型卡車中，雙級減速橋的應用比例還在60%左右。但是，單級驅動橋結構簡單，機械傳動效率高，易損件少，可靠性高。而且，由于單級橋傳動鏈減少，摩擦阻力小，比雙級橋省油，噪聲也小。過去，單級橋因為橋包尺寸大，離地間隙小，導致通過性較差，應用范圍相對較小，但是現在公路狀況已經得到了顯著改善，重卡使用條件對通過性的要求降低。正是在這種情況下，單級橋的劣勢得以忽略，而其優勢不斷突出，所以在公路運輸中的應用范圍肯定將越來越廣。
在我國重卡中，雙級減速橋的應用還占有一定比例。我國重卡大量使用的斯太爾驅動橋屬于典型的雙級減速橋，其二級減速的結構，主減速器總成相對較小，橋包尺寸減小，因此離地間隙加大，通過性好，承載能力也較大。廣泛用于公路運輸，以及石油、工礦、林業、野外作業和部隊等多種領域的車輛。不過，雙級減速橋的缺點也比較明顯：傳動效率相對較低，油耗高；長途運輸容易導致汽車輪轂發熱，散熱效果差，為了防止過熱發生爆胎，不得不增加噴淋裝置；結構相對復雜，產品價格高等。
在歐、美重卡中采用該結構的車橋產品呈下降趨勢，帶輪邊減速的雙級主減速器后驅動橋只占整個產品的40%，且有呈下降趨勢，在美國只占10%；日本采用該結構的產品更少。其原因是這些地區的道路較好，采用單級減速雙曲線螺旋錐齒輪副成本較低，故大部分均采用這種結構。而亞洲、非洲和南美國家則采用帶輪邊減速的雙級主減速器的驅動橋，用于非道路和惡劣道路使用的車輛(工程自卸車等)。當地道路愈差則采用帶輪邊減速雙級主減速器驅動橋愈多，反之，則愈少。國外汽車驅動橋已普遍采用限滑差速器、濕式行車制動器等先進技術。限滑差速器大大減少了輪胎的磨損，而濕式行車制動器則提高了主機的安全性能，簡化了維修工作。國內僅一部分車使牙嵌式差速器。限滑差速器成本較高，因而在多數國產驅動橋上一直沒有得到應用。目前向國內提供限滑差速器的制造商主要是美國TraCtech公司和德國采埃孚公司。美國Tractech公司在蘇州的工廠即將建成投產，主要生產牙嵌式、多片摩擦盤式差速器。
隨著中國公路建設水平的不斷提高,公路運輸車輛正向大噸位、多軸化、大馬力方向發展，公路狀況的改善,特別是高速公路的迅猛發展,重型汽車使用條件對汽車通過性的要求降低,由于與帶輪邊減速器的驅動橋相比,單級減速驅動橋機械傳動效率提高,易損件減少,可靠性增加,結構簡單。因此,未來重型車車橋將由典型的雙級減速驅動橋向單級橋方向發展。
單級驅動橋結構簡單，機械傳動效率高，易損件少，可靠性高。由于單級橋傳動鏈減少，摩擦阻力小，比雙級橋省油，噪聲也小。過去，單級橋因為橋包尺寸大，離地間隙小，導致通過性較差，應用范圍相對較小，但是現在公路狀況已經得到了顯著改善，重型汽車使用條件對通過性的要求降低。這種情況下，單級橋的劣勢得以忽略，而其優勢不斷突出，所以在公路運輸中的應用范圍肯定越來越廣。
單級減速驅動橋是驅動橋中結構最簡單的一種, 制造工藝簡單, 成本較低, 是驅動橋的基本類型,在重型汽車上占有重要地位；重型汽車發動機向低速大轉矩發展的趨勢, 使得驅動橋的傳動比向小速比發展。隨著公路狀況的改善, 特別是高速公路的迅猛發展, 重型汽車使用條件對汽車通過性的要求降低, 因此,重型汽車不必像過去一樣, 采用復雜的結構提高通過性。與帶輪邊減速器的驅動橋相比, 由于產品結構簡化,單級減速驅動橋機械傳動效率提高, 易損件減少, 可靠性提高。單級橋產品的優勢為單級橋的發展拓展了廣闊的前景。從產品設計的角度看, 重型車產品在主減速 比小于6的情況下, 應盡量選用單級減速驅動橋。
在國際市場，單級橋已經成為市場的主流，有關專家預測，隨著國Ⅲ時代的到來，節油型產品將成為市場的首選，單級減速驅動橋出色的節油性，也將成為中國市場的主流，促進斯太爾雙級減速驅動橋向單級橋方向發展。我國雙級減速橋使用比例下降也是必然的，未來雙級減速橋將主要在工程用車領域發揮作用。今后幾年內，重卡車橋將會形成以下產品格局：公路運輸以10 噸及以上單級減速驅動橋、承載軸為主；工程、港口等用車以10 噸級以上雙級減速驅動橋為主。公路運輸車輛向大噸位、多軸化、大功率方向發展，使得驅動橋總成也向傳動效率高的單級減速方向發展，并會相應帶動非驅動橋，如轉向前軸和承載軸的增長，而以斯太爾產品為主的雙級減速驅動橋將會繼續鞏固其在工程車輛市場中的地位。
2.重卡車橋向雙(多)聯驅動橋發展
為了規范道路車輛的制造,為治理超限超載提供技術上的準則,由國家發改委、交通部、公安部共同提出的強制性標準GB 1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》于2004年4月28日發布,該標準對汽車車橋的載荷進行了明確規定:單軸掛車軸荷的最大限值每側單胎為6000kg,每側雙胎為10000kg,并裝雙軸掛車軸荷的最大限值為20000kg,并裝三軸掛車軸荷的最大限值為24000kg。這樣,為了實現車輛多拉快跑又不違反國家法規,各汽車生產廠家在6×4、8×4等多軸車的基礎上推出了10×6以上的多軸重型車。但這些多軸車都是在雙聯驅動橋的基礎上增加浮動橋而成,雖然其稱10×6,但實際起驅動作用的只有兩個驅動橋,由于驅動橋不能對車輪進行合理的扭矩分配,使得增加浮動橋后的整車行駛系沒有很好地發揮車橋驅動的作用。
為了能合理地分配扭矩,以滿足某些獨立懸掛多軸驅動車型的使用,一些車橋生產廠家自主研發了三聯驅動橋,三聯驅動橋的扭矩分配原理是:每一個驅動橋都可以得到從發動機傳出的扭矩的1/3。這樣就可以在很大限度上滿足多軸車的需要,合理分配從發動機傳到車輪上的扭矩,提高這類車型的可靠性和安全性,并為以后的四聯、五聯驅動橋打下科學基礎。
雙聯驅動橋是由中驅動橋和后驅動橋(以下簡稱中橋和后橋)組成的，傳動軸將動力輸入中橋，中橋設置有橋間(或稱軸間)差速器，由橋間差速器把動力傳遞給中橋和后橋。在雙聯驅動橋的結構中，其中橋和后橋均有一級主減速器和差速器。在中橋上設置有橋間差速器，因此中橋的結構比較復雜。動力由傳動軸通過輸入軸凸緣傳遞給輸入軸，并帶動輸入軸旋轉。輸入軸實際上是橋間差速器前半殼，它與差速器后半殼用聯接螺栓聯接為一整體。
重型載貨汽車釆用雙聯驅動橋,該雙聯驅動橋由中橋和后橋串聯組成,中橋的軸間差速鎖橫置在過橋箱上,軸間差速鎖氣缸連接在中橋過橋箱上方,中橋橋殼與后橋橋殼上方均連接有推力桿座,中橋的制動氣室安裝在其推力桿座上,后橋的制動氣室安裝在橋殼側面的氣室支架上；中橋橋殼的上下板簧座的上下平面相對于橋殼焊接面呈-3.5°的角度，后橋橋殼的上下板簧座的上下平面相對于橋殼焊接面呈-3°的角度。該新型雙聯橋能滿足選裝空氣懸架時的裝配和性能要求，各部件避免了與空氣懸架的氣囊干涉,同時減輕了整車質量,提高了整車行駛平順性和承載能力。
一種用于重型多軸越野汽車的多聯貫通式驅動橋，在原雙聯貫通式驅動橋的動力輸入一端增設一組串聯貫通式驅動橋和一根的傳動軸，串聯貫通式驅動橋由不少于一根的貫通式驅動橋和傳動軸組成，串聯貫通式驅動橋通過傳動軸與雙聯貫通式驅動橋中的貫通式驅動橋聯接，動力經串聯貫通式驅動橋中的貫通式驅動橋的貫通式主減速器，一部分動力傳遞給該貫通式驅動橋的車輪，另一部分傳遞給后面的貫通式驅動橋，然后同理傳遞給后面的雙聯貫通式驅動橋。因此具有增大了整車載重量，充分發揮整車的動力性，提高了整車的使用經濟性，使多軸重型越野汽車的傳動系及行駛系結構簡化等特點。
重卡在平坦路面上行駛時，橋間差速器內行星齒輪與驅動齒輪和后橋驅動齒輪嚙合，帶動這兩個齒輪共同旋轉，由于后橋驅動齒輪通過花鍵與驅動后橋的貫通軸聯接，從而將動力傳遞給后橋。而驅動齒輪通過中橋驅動齒輪將動力傳遞給中橋的主動圓錐齒輪軸．再經主、被動圓錐齒輪傳動將動力經輪問差速器傳遞給中橋左、右半軸。在劣質路面行駛時，通過橋間差速鎖開關控制，傳動軸動力經過換檔滑套直接傳遞給驅動齒輪，通過驅動齒輪與中橋驅動齒輪的傳動將動力傳遞給中橋，并通過橋間差速器的作用，再經貫通軸將動力傳遞到后橋。
在中橋里有兩個差速器，一個是輪間差速器，它是為完成汽車轉彎時中橋左、右車輪自動差速作用；另一個是橋間差速器，它是為了完成汽車在高、低不平路面上行駛時中橋和后橋之間自動差速作用。汽車在高、低不平路面上行駛時，往往需要中橋與后橋的瞬間轉速不同以適應路面對車輪轉動的需要。如果中橋與后橋是一個完全剛性的傳動聯接，這樣任何瞬間中橋與后橋轉速都是絕對一致的，那么就會產生“別勁”的現象，不僅消耗功率而且輕則會造成輪胎的磨損，嚴重時甚至會造成機件的損壞。采用橋間差速器的結構，它會自動地調節中、后橋的轉速，以完全適應路面的需要。
3.重卡車橋向節能、環保、安全、舒適的方向發展
時下，由于重型卡車的技術趨勢是向節能、環保、安全、舒適等方面發展，故要求重型車橋也要輕量化、低噪聲、高效率、大扭矩、寬速比、壽命長和低生產成本。隨著以燃油為代表的能源價格不斷飆升，在資源日益枯竭的未來，節能環保汽車已經成為國內外汽車廠商研發的方向。
從國際趨勢看，車橋向輕量化發展是必然，只是由于國內卡車超載現象嚴重，車橋不得不越做越大。其實，車橋廠家都愿意限制超載，因為向輕量化發展，材料節省，可以降低成本。隨著計重收費和燃油稅政策的推出，隨著車橋設計及制造技術發展，以及材料、淬火、熱處理等相關技術的進步，車橋將在自重減輕、材料應用減少的情況下具備更佳的性能。輕量化成為卡車發展的大趨勢，車橋也將采用更多新型材料，結構設計得以優化。
國內車橋噪聲較高的主要因素在于齒輪精度不夠，所以，車橋齒輪要向高強度、高精度方向發展。齒輪的高強度化制造技術關鍵在于，優化齒輪參數，提高精度，改善箱體結構，使用消震能力好的材料，提高軸承運轉的精度，采用優質潤滑齒輪油等等。必要時可以采取先進的設計理論與設計方法；高強度齒輪鋼的開發和齒輪強化技術的應用；齒輪的高精度制造技術包括合理選材、高精度淬火技術和從動齒輪壓力淬火技術等。國內重型車橋跟國外的差距較大，今后需要在這方面有所提高。隨著環境保護意識的增強，一些不符合噪聲標準的產品將逐漸被市場淘汰。
采取先進的齒輪優化設計方法降低噪聲。如非零變位設計技術，該方法突破傳統的齒輪設計在選取變位系數時只能進行高度變位的限制，按照一定的嚙合性能優選變位系數，就使弧齒錐齒輪和雙曲面齒輪的變位系數的選取更加靈活，利于齒輪設計的優化，能夠設計出低噪聲、承載能力的齒輪副。另外，等強度設計技術和可靠性優化設計技術以及修形技術目前在齒輪設計領域應用越來越廣泛。圓柱齒輪修形技術不只是齒輪的齒高方向修形。利用數控齒輪齒形加工設備，改變滾切比或改變刀具齒形、變化徑向進給與軸向進給關系可實現按照設計的齒形精確地控制修形曲線、修形長度和修形量。齒向修形的目的是可以最大限度地改善齒面嚙合狀態，有效防止邊緣接觸，并可減少振動和運動噪音，延長齒輪的工作壽命。
提高齒輪傳動壽命的另一個關鍵在于齒輪制造技術的提高，目前的齒輪制造技術仍處于一般水平，所加工的齒輪副精度還沒有達到最先進水平。齒輪的高強度化制造技術關鍵在于：高強度齒輪鋼的開發和齒輪強化技術的應用。齒輪的高精度制造技術包括合理選材、高精度淬火技術和從動錐齒輪壓力淬火技術，硬齒面的滲碳、滲氮及碳氮共滲技術等等。
在不改變雙級減速總體結構的基礎上，可以采用改變輪邊行星齒輪系的傳動方式。利用變位設計理論，在滿足單排圓柱行星齒輪機構的兩個齒數選擇條件下，通過改變太陽輪、行星輪、齒圈的齒數，改變行星輪系的傳動比。將行星輪系移至被動錐齒輪之后，通過一系列操縱機構，實現單級減速與雙級減速之間的切換，形成雙速主減速器。與此同時，可以考慮采用太陽輪為主動件，齒圈為從動件而行星架固定的方案或者采用齒圈為主動件，行星齒輪為從動件而太陽輪固定的傳動方案，盡管這樣會顯著地減小傳動比，可以在圓錐齒輪副設計中加以優化。這些改進方案中，都可以采取一系列措施以增大傳動效率，減少漏油等故障。
4.重卡車橋向重載高效率和高技術含量方向發展
制造高機械效率的車橋將成為各企業今后長期的發展目標。隨著我國基礎設施建設投資的不斷加大以及水電、礦業、油田、公路、城市交通運輸和環保工程建設等項目的增加,加大了重型車的需要,為重型車的發展創造了廣闊的市場空間。重型汽車的用車環境及其它各項指標發生了很多的變化,標載噸位不斷向大的方向發展,多軸車上升明顯。重型車重點發展適應高速公路需要的(排量9L以上,輸出功率220kW以上)重型車,主要為大功率牽引車及其它大型化、長途化、高速化、專用化等重型專用車。各汽車生產廠家為了實現汽車的高噸位,對車輛的行駛系進行了加強,通過采用多軸行駛系或空氣懸架結構,滿足車輛的軸荷限值和提高行駛平順性。針對重型車的發展,為了不斷滿足重型車的需要,車橋也必須向著重載、高速的方向發展。許多車橋專業生產廠也針對重型車發展的趨勢,通過加強橋殼、強化傳動齒輪等方式,紛紛推出重噸位的前/后橋總成,最大載重量達26噸。德納公司的雙速車橋，可提供兩種速比，滿載時采用大速比可加大轉矩，空載時采用小速比可省油。
不管重型車的技術含量提升得多快,在未來10年大多數重型車的車橋和懸架結構不會有明顯的改變,傳統的結構和型式仍處于主導地位。在相同結構的基礎上推出各自車橋的亮點，是每一個專業廠必須不斷研究的問題。以前,各廠家主要是在載重噸位上進行競爭,但在國家法規的限定下,車橋的載重能力不可能有太多的增加,現在各專業廠家采用最多的方法是不斷增加車橋及其附件的技術含量,從橋殼的制造工藝、車橋的減速形式、車輪的制動方式等方面入手,通過吸收國外一些先進的技術,推出具有本企業特色、結構先進、承載能力強的車橋,不斷提升產品的制造質量及服務質量。
如在橋殼的制造上，尋求制造工藝先進、制造效率高、成本低的方法,使橋殼在原有的基礎上具有結構先進、簡單、強度高的特點。目前,橋殼主要的制造方法有:一是沖焊橋殼:沖焊橋殼工藝是經過氣割下料后,中頻加熱沖壓成型后兩半對焊。這是一種傳統的橋殼加工形式,具有工藝簡單、材料利用率高、質量小、韌性高、彈性好、成本低的優點。但由于沖焊過程中,材料受熱,使得材料分子結構發生了變化,失去了原有的狀態致使強度降低。同時,由于在焊接過程中,不可避免地出現焊接缺陷,而焊接缺陷是影響整體強度的主要原因之一。二是鑄造橋殼:具有剛性好、強度高、塑性變形小、易鑄成等強度梁等優點,但韌性及彈性沒有沖焊橋殼好。為了達到更大的承載能力,往往以加大截面、增加安裝尺寸的方式進行局部加強,這就使得整體質量大、鑄造質量不易保證、成本較高,不適合整車進行輕量化及降成本設計。三是整體冷成型無焊縫橋殼:這是一種新型的橋殼成型方式,其特點是采用國際最先進的低合金無縫鋼管整體冷成形,無縱向焊縫,消除了由于材料受熱而使晶格發生變化后強度下降的影響。在冷成形的過程中,反而使強度大幅度提高,據實驗,冷成形橋殼的抗彎和疲勞強度比熱成型兩半殼焊接橋殼可提高近一倍。
在齒輪減速形式上，從傳統的中央單級減速發展到了現在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結構,不但擴寬了車橋轉速比的范圍,有利于輸出轉速及輸出扭矩的調整。還由于把減速機構放到輪邊后,使得車橋中央的第一級減速比做得比較小,因此橋殼中部離地間距較大,能很好地滿足汽車通過性的要求。由于汽車高速行駛要求及法規對于噪音的控制要求,為了降低齒輪在高速運轉下的磨損,增加車橋的使用壽命,降低維修費用,車橋內部的主、從動齒輪、行星齒輪及圓柱齒輪逐漸采用精磨加。但由于精磨加工成本較高,因此在貨車車橋上的應用還不是很多,但這也是以后高速車橋發展的需要。
重型車橋總成的整體性能還將向著更舒適、更安全、電子化的方向發展。為了在市場競爭中凸出本企業車橋的亮點,現在各車橋廠做得最多的事情就是在傳統車橋的基礎上不斷增加具有競爭優勢的先進附件:比如為了增加汽車行駛安全性,增加ABS防抱死系統、驅動防滑控制系統(ASR)、制動間隙調整臂、無石棉制動摩擦片等裝置,是今后車橋發展必不可少的項目;為了提高車輛行駛的平順性,很好地保護車輛運載貨物,選裝空氣懸架或橡膠懸掛是有效途徑。隨著相關法律法規的不斷完善,空氣懸架市場將進入增長期;為了有效地保護車輪制動鼓,減少由于制動鼓發熱而造成龜裂和抱死的現象,現在有的廠家主要從制動鼓散熱形式去研究制動鼓結構,讓制動鼓不僅要有好的散熱,還要有有效的導熱,形成風冷降溫,消除了傳統的強制水冷降溫的做法,從而提高車橋輪鼓的制動性能和使用壽命。從油封質量上改進，要求密封性好,使用壽命長,讓車橋在高速、高溫、長時間運轉狀態下不漏油,保證車橋的良好潤滑,減少維修維護所需的費用。盤式制動器散熱好、質量輕，歐美地區的重卡車橋已經廣泛應用盤式制動器；而中國車橋行業必然也將逐漸把盤式制動器應用在中國車橋產品中。國內客車已廣泛應用的ABS系統將逐步推廣到重卡車橋行業中，ESP、EBD等乘用車技術也將逐漸得到應用。
5.重卡車橋向專業化發展，逐步完善產品型譜分類
重卡車橋是汽車底盤中的關鍵總成之一，承受著重卡的滿載彈簧上載荷及地面經車輪、車架或承載式車身經懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力、及其力矩，以及沖擊載荷；驅動橋還傳遞著傳動系中的最大轉矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車車橋的結構形式和設計參數除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，還對汽車的行駛性能如動力性、經濟性、平順性、通過性、機動性和操縱穩定性等有直接影響。此外，車橋的結構形式、設計參數選取及設計計算對汽車的整車設計極其重要。總之，重卡車橋的設計過程涉及到眾多專業門類，設計過程中應當綜合全面考慮各種情況，不能著重某一部分而忽視另外部分。這一個過程就是一個不斷優化，相互匹配的過程，需要各種門類專業人員相互協作與不懈努力方能完成。
總的來看，雖然汽車科技發展迅速,但在目前的狀態下車橋的結構并沒有多大的變化,為了適應市場的需要,適應國家法律、法規的需要,車橋技術的進展主要是:改變橋殼的制造工藝以提高制造的效率、增加車橋附件的技術含量以提高車輛行駛安全性、提高車橋的自潤滑能力以提高車橋的使用壽命、增加電子技術在車橋的上應用以減少人工操縱的疲勞、減少維修費用、提高服務質量、降低車橋成本以提高車橋的競爭力等方面開發車橋,從最大限度上滿足車橋高速、重載、智能發展的需要,以生產出具有本企業特色、適合市場需要的車橋。國內運輸業的發展帶動了車橋市場的迅猛發展，成了國內外廠商必爭之地，但由于國內的設計和制造水平與國際水平差距較大，要趕上國際先進水平，國內廠商仍有很長的一段路要走。
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