第44章
六轮车辆
在大多数的国家，路面上行驶的车辆的每一轴所能承载的重量都由法律做出了一个限定值；根据车辆所运行的道路的通行能力，这个重量是一个大概的，可以调节的值。但除了道路，还有其他的因素可以限制这个重量，比如：轮胎。使用只用金属做的车轮，许用载荷量将随着增加车轮的宽度的增加迅速增加；但是，使用橡胶制轮胎时，这是不同的。双充气轮胎可以使载荷量大约翻倍，但这个问题的解决方法有很多的缺点。较大的车轮宽度必须使用相对狭窄的车架，这在某种程度上限制了设计师；石头卡在轮胎之间，并造成破坏；更换内胎变得困难，而且轮胎之间的载荷并不常常均匀分布。双轮胎的这些缺点导致采用另一种可以承载更重载荷的方式，那就是使用超过两轴以上的车辆。
使三个或更多的车轴主要是为了承载更重的载荷，同时保持每一轴承载的载荷在一定的范围内。为了这个目的，车辆所使用的布置方式应使载荷在轴之间适当的分布。然而，道路是凹凸不平的，这就需要严格地禁止车轴有独立的弹跳。如果这些车轴中有一个处于凸起的位置，它要明显承载大于其应承载比例的总载荷。然而，在路面条件良好，车轴的表现状态在我们还满意的情况下，有时候，这种情况可以接受。
这个问题有两种不同的解决办法，并且六轮车可以相应的被分为两个种类——
（1）“灵活的”或者“有铰接的”车辆。
（2）“刚体”的车辆。
第一种类型的车辆由两个或三个轴牵引装置、一个短轴距和一个或两个轴的永久固连或者可拆卸的拖车组成。因为路面不平的原因，两个装置之间必须包含球铰连接或者等价的连接方式。拖车的车轮只是承受重量，而不是驱动他们，因为很难装备一个合适的驱动装置给他们。拖车上的轴通常只是一个简单的轴，不会使他们转向。当车辆转弯时，拖车会“切入”，而倒车则需要一些技巧。然而，有时拖车轮由通过固定在转盘上的轴操纵的，并使之转向的，拖车车轮跟随牵引车轮的轨迹移动，从而克服“切入”困难，然而，这并不是一个严重的缺点，因此转向拖车使用得不多。
这种六轮车不能在十分不平的地面上工作：第一，因为它不能在两个装置之间提供足够的相对移动，来保证质量的稳定分配；第二，因为这种车辆在倾斜地面上转向时不时很稳定；第三，由于拖车阻力的原因，车轮和地面间的附着力不足的问题会更加严重。
44.1 刚体六轮车
这种车辆在最近的20年内迅速地发展，并且，许多不同的装置都得到了进化，正如它的悬挂和传动系统。最早的这种车辆基本上由一个四轮的卡车在后面加上一个尽可能靠近后轴的第三轴构成的。这个第三轴有时候仅仅是个承担重量的死轴，有时候是个可以活动的驱动轴。这种车辆仍被广泛地使用，但是，其他种类还在继续地发展。
44.2 刚体六轮车的悬挂
就第一种悬挂系统来说，图44.1展现了四中简单的结构。在a中，通过将弹簧的相
邻端连接到车架中心转动的平衡梁A上来平衡由轴承载的负载， 如图所示，弹簧套它们的另一端和车架上，并被用于承受扭矩反应和驱动推力。但当扭矩推力传递到轴上时，应安装钩环。当轴中心之间的距离不是相当大，平衡梁不能被制造的十分长，这是因为考虑到转向，并且导致杠杆的过多的角运动或轴运动的过度限制。这些困难在（b）中避免了。在杠杆和弹簧后端相连的地方，并且这个装置在（c）中克服了车轴中心距的困难。在这后面的装置，弹簧被曲柄杠杆A、B和杆C连接起来。（b）的一个变动是将杠杆A连接到弹簧外部的端部，（c）的 一个变化是将弹簧的相邻端连接到曲柄。轴之间的中心距可以通过使用装置（a）来减小。但是，需要后弹簧连接到杠杆的前端和前弹簧连接到杠杆的后部；在（d）里，使用一个单独的杠杆，并且后轮被杠杆A的一段支撑，没有后轴被使用。后车轮仅仅是承重，并没有被驱动。为了使负荷相等，杠杆臂必须是不等的。在图44.2（a）中，一个单独的弹簧被使用，刚性杠杆A与弹簧的中心和车轴的两端相连接。这个单独的弹簧必须在两个轴的支持下承载全部的重量。随后，斯卡梅尔设计描述了同样的原理应用。在（b）中展示了一种常用的装置，一个在装在支架中心的单独叠板簧被固定在车架和轴的两端。当弹簧需要驱动力和制动力矩的反作用力时，在弹簧和轴壳之间得到满意的连接变得有些困难。这在一种设计中是通过给弹簧提供额外的金属薄片来实现的，它单独与轴套相枢。这个困难可以通过图44.3中装置解决，使用两个弹簧将耳轴座A固定在他们的中心，并被套在轴套管的两端，而耳炮体则任意套在车架横梁的一端。图44.4则说明了Thornycroft的一种设计。在这个设计中，再次用到了两个弹簧，但每一个分别在枢轴上枢接一个销。
当所安装的车辆处于静止时，以上所有装置使中间和后面轮子的载荷平衡，但是当轮子的驱动、制动或者当驱动、制动的力矩的建立时，这个平衡会被打破。为了在驾驶或者制动时保持平衡，用于处理转矩作用的系统必须适合确定的条件，这个条件之后会说明。然而，由此产生的不平衡对于行驶在路况好或者中等好的道路上汽车来说是十分重要的。但对于行驶在路况较差的车辆来说，所有严重的载荷不平衡都会使车辆失效。对于这种车辆，必须特别注意处理驾驶和制动力矩作用的装置。
对于上述任何一种系统，当一个轴凸起一块时，车架升高的高度只有凸起部分的一半。正如图44.5所示。传递到车架和路面的冲击小于四轮车辆，但每一次碰撞都有两次冲击，而不是只有一次。
44.3 六轮车的传动系统
如图44.6中所展示的是这些中最重要的。（a）可能是最简单和使用最多的，蜗杆传动轴的使用，使中间轴的蜗杆轴通过轴壳的后部延伸，并由中间轴连接到后轴上。如图所示，中间轴必须有两个万向节（由圆圈表示）和一个滑动接头S组成。蜗杆在上面可以带来较大的道路通过性，并被用于越野车。反而，蜗杆在下面的话，车身位置较低，这常被用于客车或者长途客运货车。斜角驱动轴的使用不是那么简单。由图表（b）和（c）所示，在（b）中，第二小齿轮安装在中间轴的后面，以便驱动中间轴。可以看出，为了使两轴车轮以相同的方向旋转，后轴的冠齿轮必须被安装在小齿轮的越位。中、后轴的驱动力矩通过中间轴的小齿轮和顶轮传递。而且这些齿轮的设计变得更加困难。对于给定的车轴之间的距离，这种驱动导致了中间轴万向节中心之间的最短距离，并因此，当这些轴在约束的最大角度下。一个相对运动被给出。在（c）中，传动轴安装在车轴上方，动力通过链条或齿轮将带到锥齿轮轴上。如图所示，使用类似的车轴向后转动。中间轴的长度被增加和万向节的倾斜度被减小。这个装置被FWD公司优化和使用。在（d）图中，一个美国设计被展示。套管A固定在车架上，驱动力通过一系列齿轮传到轴的底部，它们的端部由万向节连接到车轴的锥齿轮轴上。后者装有扭矩推力管,通过万向节周围的球和插座连接，扭矩推力管被固定在套管A上。因此，滑动接头是不必要的。在不使轴中心距大的情况下，扭矩推力管的长度不能非常大。因此，万向节工作的角度可能相当大。恒速型接头被使用，但即便如此，这种传动方式是否能用于越野车仍然是个疑问。对于行驶在良好道路上的车辆，它的工作效果应该非常令人满意的。如图所示，对于这种车辆，使用第三种差速器来均分两轴之间的力矩是可取的，并且十分容易的。在使用传动系统A时，如果需要，可以使用第三个传动装置。轴A由万向节连接到变速箱的传动轴上，并在花键的右手侧上支撑着四臂十字叉。在这个十字叉的臂上，差速小齿轮C是自由转动的，并通过D环固定在合适的位置，他的内部被做成球形，以便安装小齿轮的球形端。通过差动轮E的齿的重叠部分，环D本身固定在合适的位置。后者与它的轴F是一体的，这个轴由一个中间轴的万向节连接到第三轴。另一个差速器轮G和空心蜗杆轴H由花键连接在一起。一个早期的斯卡梅尔六轮传动如图44.6（E）所示，展示的是一个单独的减速从动轴，但如图30.4所示，复式减速轴也表现良好。安装在杠杆外壳A中的一系列齿轮是通往车轮的驱动路径。在这种变速器中，很难安排第三个差速器平分驱动，
但因为它是为越野工作而设计的，这并不重要。苏拉公司使用了一个和斯卡梅尔类似的悬架，它用传动轴代替了斯卡梅尔中的一系列齿轮，因此，锥齿轮安装在轴的端部，并与安装在杠杆外壳上的纵向轴上的两个斜齿轮啮合；在他们的外端，这些轴承载着与安装在车轮轴的斜齿轮相啮合的其他的斜齿轮。图44.8展示了一种在美国曾使用的一种传动装置，使用两个独立的螺旋桨轴，一个驱动中间轴，另一个驱动齿轮轴。变速箱的传动在“变换”壳的两个螺旋桨轴间被分离。有时，使用一个固定的框架和一个第三差速器（其结构原理与图44.7所示的AEC设计相似）。使后轴轴清除中间轴壳。它有一个固定在车架上的中间轴承B。为了使后轴没有中间的轴壳，它有一个固定在车架上的中间轴承B。另一种方法是把中间轴承装在中间轴的外壳上。偏置最终驱动桥必须使用，这种车轴很难提供较大的相对运动。该系统
因此只适用于在道路上行驶的车辆。蜗杆驱动轴的使用有利于设计。一个使用这种传动的德国Buuml;ssing底盘采用扭力推力管进行驱动和制动反应。
44.4一个斯卡梅尔设计
一种专为公路使用而设计的Scammell Constructor底盘的后传动系统的总体布置如图44.9所示。车轴A和B都装有扭力推力杆，C和D分开。这些构件通过球窝关节连接到车架的各个构件上，并传递驱动和制动力和扭矩反应。轴A的驱动结构是一个传统的使用万向节H和J的螺旋桨轴。轴具有轴向滑动自由度。中心E相对地放置在接头H和j上，因此，传动轴和传动齿轮箱轴和螺旋桨轴和轴的锥齿轮轴之间的夹角始终保持大致相等的幅度，等速驱动由那些用于前轮驱动和26.4节中描述的线的图获得。螺旋桨轴L通过中间传动轴K驱动轴B，轴B连接到变速箱的轴上，并且其右端被灵活地安装在轴承Q上。中心F再次放置在关节N和p上，从而得到等速传动。
这些轴用过潘哈德杆被斜置在一侧。平钢板弹簧被使用，并且这些弹簧与中心的框架相连。由于弹簧在车轴的定位中不起作用，它们与车轴之间的连接是为了避免车轴的任何约束和弹簧的不适当变形而设计的。它们如图44.10所示。弹簧的主叶片有一个螺栓连接到其端部的杯形构件，并且基座构件C的球形部分适合这个杯型构件，由两部分组成的凸缘D和盖E保持。构件C可在硬化的钢片F上滑动，F钢安装在轴壳G上。构件C不允许在垂直轴
上旋转，其一端与轴环D中的凹槽相连接。柔性钢丝箍H阻止车轴反弹过程中的装配分离。
44.5刚性六轮上的扭矩反应
根据图44.3，在轴套管上施加扭矩反应时，如箭头所指示的，他们将转动由两个轴组成的整体的单元。弹簧和托块可以自由的转动。这种趋势必须通过后轮和地面之间的载荷的增加和中间车轮与地面之间的同等载荷的减少来平衡。扭矩反应用t1、t2表示，l表示车轴之间的距离，然后，载荷变化的大小可以给出。
在装有辅助变速箱的越野车上，为紧急目的提供的比率非常低。这个变化Q可能使两轴所携带的载荷相同。这样中间轴就可以承载0载荷，并可以离开地面，但同时后轴将承受正常负载的两倍。在这种情况下，如果地面是软的或沙质的，后轮可能会沉入地面，车辆将陷入停顿。同样的结果也会发生在任何以相同方法处理扭矩反应的悬架上。在制动过程中，上述动作会发生相反的变化，中间轴负荷增加，后桥负荷下降。如图44.4所示的装置可以避免这个麻烦。如图所示。扭矩反应通过弹簧中的水平力传递到车架上，并对竖向力的平衡没有影响。当这个装置被Thornycroft优化后，在前轴承载的载荷中，总扭矩反应t1 t2由Q的减少所平衡，并且在弹簧吊耳后的载荷传递中，增长了相同的负载。然而，后者的增加将由中间和后车轴平等分担，其负荷将保持相等。变化q可以给出。
其中L是整个车辆的平均轴距（弹簧吊耳和前轴之间的距离）。由于L比l大得多，所以q的变化要比Q小得多。如图44.11所示的WD的设计中也取得了同样的结果。弹簧螺栓固定在枢接在机架横梁的两端托块D上，但是在它们的外端，弹簧被连接在一个盒子上，这些盒子安装在球形的C上，C可以自由地沿着轴管向外滑动，这是因为后面会出现的一种情况。连
接在一端的轴套管和另一端的框架的扭矩杆B现在用来传送扭矩和刹车反应的框架。此装置和Thornycroft相比较，可以看出，扭矩杆B充当图44.4中的上部弹簧。图44.11中的两个弹簧作为图44.4中的下弹簧。随着扭矩反应通过水平力传递到框架，垂直力的平衡不变。这个设计和Thornycroft的结果是一样的。如图44.2（b）所示，和WD悬挂中使用的装备类似的扭杆和图44.2（b）中展示的单弹簧悬架结合在一起。当悬挂装置被弹簧固定在中心轴壳上并在一端枢转在车架上，并使它们同时承受扭矩反应和推力时，很容易地发现，车轮负荷的均匀性受到扭矩反应的干扰，也受到由于轴施加的水平驱动推力和弹簧水平处阻力的影响。但是，当车辆向前行驶时，中间轴上的载荷增加，后轴上的载荷减小，制动过程中会发生相反的动作。当每个轴上装有扭矩推力管时，载荷的相等取决于两个轴的扭矩反应是否相等或不相等。如图44.6(e)所示，在Scammell的设计中，当传动轴和车轮之间的传动比是统一，并朝同一个方向旋转时，载荷可以平衡平等。事实上，齿轮比是略大于2：1的，转矩反应确实会对车轮载荷产生一些变化。制动力矩也会产生改变，这可能比驱动力矩大得多。经验表明，然而，这些改变不会影响Scammell设计的性能，并这在越野车上表现优秀。
44.6 刚性六轮的弹簧应力
六轮车的悬挂系统必须考虑从另一个角度来看，也就是说重量分布，即车轴或车轮运动对弹簧本身的影响。当弹簧被固定螺栓或通过销轴连接到轴上并通过销连接连接到车架，车轴相对于框架具有相对的角位置时，如图44.12所示，弹簧将被扭转。这种扭曲在车辆运行在轴的运动将相对较小的道路上时不重要。但在越野车上
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