對車橋概念重定義的探討

馮紹勇

(景德鎮學院 機械電子工程學院，江西 景德鎮 333400)

0 現有定義及存在的問題

現今對車橋概念具有代表性的定義見吉林大學陳家瑞主編的汽車構造，其表述如下：車橋(也稱車軸)通過懸架和車架(或承載式車身)相連，它的兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向的作用力及其力矩。車橋分為整體式和斷開式兩種。當采用非獨立懸架時，車橋中部是剛性的實心或空心梁，這種車橋即為整體式車橋；斷開式車橋為活動關節式結構，與獨立懸架配用[1]。

這個定義存在下述兩個問題：

0.1 對斷開式車橋(車軸)的內涵沒有表述清楚

這個車橋定義包含了兩個子概念，即整體式車橋和斷開式車橋。其中：整體式車橋為剛性梁，斷開式車橋為關節式結構，這里的“關節式結構”沒有指出其具體含義，讓學習者無從知道斷開式車橋是一種什么樣的構件，專業人士也不能做到對其認識達到一致。因為車橋與懸架直接相連，所以試著從書中對懸架的定義來間接推斷斷開式車橋概念的含義，懸架的定義[1]如下：懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間一切傳力連接裝置的總稱[1]。

在這個懸架定義里面，用并列不同概念(括號里面的概念)的方式把定義分成幾種情況，其中有一種懸架情況的定義是：懸架是車架(或承載式車身)與車輪之間一切傳力裝置的總稱。在這種情況下，懸架是裝在車輪與車架之間的，而不是裝在車橋與車架之間的，就是說，這種情況下行駛系統中不存在車橋。這是什么情況呢，書中沒有提及。

吉林大學關文達主編的汽車構造教材中給車橋以及懸架所下的定義與前述定義基本一致，但是，在車橋概念后面補充到：大部分現代轎車左右車輪之間實際上沒有車橋，而是通過各自的懸架與車架相連接，然而習慣上仍將它們稱為斷開式車橋[2]。同樣觀點的教材還有合肥工業大學盧劍偉主編的汽車構造[3]。

清華大學徐石安主編的汽車構造中不主張斷開式車橋的提法，書中提道：實際上汽車采用獨立懸架的結構形式后，汽車左右輪之間已經不存在車橋，它已和獨立懸架的結構融合在一起，教材中敘述的車橋專指整體式車橋，斷開式車橋不再專門提及[4]。

可以看出，從懸架的定義中，不存在車橋的情況應該是指車輛采用獨立懸架時的情形，認為沒有車橋。陳家瑞等主編的教材[1-3]中指出車橋包括斷開式車橋，后面在對懸架的定義中又否定斷開式車橋的存在，這樣就矛盾了。所以，對車橋所下的定義，在斷開式車橋的定義上是不明晰的，是矛盾的。

徐石安主編的教材中沒有出現這個矛盾，明確指出書中所說的車橋就是指整體式車橋，不提斷開式車橋。認為獨立懸架結構的車中，車橋功能已經融合到懸架中去了，然而，這本教材在后面的獨立懸架知識中并沒有提及其包含車橋的結構和功能，這樣，在整個知識結構中，找不到關于斷開式車橋的含義。

綜上所述，在現今的獨立懸架構造的行駛系統里面，斷開式車橋或車軸是被忽略掉了的。然而，對采用輪系底盤的車輛而言，不論是整體式還是斷開式的，車軸都是一個客觀存在的、不可缺少的、重要的構件，在知識體系中，是不能漏掉的。

0.2 對車橋的認識容易產生歧義

我們認識事物是通過對其特有屬性的把握來實現的，或者通過對某個事物特有屬性的把握將它與其他事物區分開來，從而實現對某個事物的認識。特有屬性有兩種，一種是一般特有屬性，另一種是本質屬性，他們都能把客觀對象與其他對象區別開來，然而本質屬性相較一般特有屬性更具體更深刻[5]。

對機械中的構件，也是通過把握其特有屬性來認識的，機械零件中，機械構件的特有屬性一般包括構件的形狀結構特點、構件與其他構件的連接關系、構件的功能和受力情況等，也就是說要認識某種構件，必須知道這個構件的形狀結構特點如何，其在機械裝置中與哪些構件相連接，以及如何連接，其在機器中起什么作用，受力情況如何。那么在對某構件的定義中就必須對這些特有屬性加以反映，才算是對某構件做了比較準確的定義。只有這樣，對這個構件才能有正確的認識，專業人士才能對這個構件的認識達到一致。

在上述車橋的定義中，指出了它與懸架相連接，與車輪相連接，明確了其傳遞車輪與車架之間作用力的功能，但是沒有指出車橋的結構形狀特點，而且在表述其與車輪的連接關系時，只是說“它的兩端安裝車輪”，車輪跟車橋是如何相結合的沒有述及。定義中這樣的表述不夠明晰，容易帶來歧義，歧義具體表現在對整體式驅動橋的認識上。

整體式驅動橋有全浮式和半浮式半軸支撐結構，如圖1所示，全浮式支撐結構，車輪輪轂是通過軸承裝在橋殼(半軸套管)上的，這跟定義相符，也就是定義中所指出的“車橋兩端安裝車輪”。但是，半浮式支撐結構，如圖2所示，車輪不是直接裝在橋殼上的，而是跟半軸剛性連接，然后半軸通過軸承跟橋殼的內圓柱面連在一起的，車架上的力也是通過橋殼傳到半軸，然后由半軸傳到車輪上的。如此說來，半軸似乎也符合車橋定義中的特有屬性，即端頭安裝車輪，傳遞車架與車輪之間各方向的作用力及其力矩。那么這種情況下，車橋指的是哪個呢？我們都知道，半軸不屬于行駛系統，而是傳動系統中的構件，它不是車橋，橋殼(半軸套管)才是車橋。這個定義比較難把車橋和半軸區分開來，很容易讓人以為半軸就是車橋(車軸)。

根據定義中表述的特有屬性來分辨事物，其結果應該是唯一的，如果會產生歧義，說明定義中闡述的屬性不是構件所特有的，或者說特有屬性沒有闡述清楚。

圖1 全浮式半軸支承結構

圖2 半浮式半軸支承結構

1 車軸的特有屬性

1.1 輪和軸的發明

車輪和輪軸的發明，是人類繼火的使用后又一重大發明[6]，人類的很多發明都源自自然的啟示，風滾草之類的圓盤狀自然物在地面上可以滾很遠的距離，人類為何沒有更早地受到這些啟示發明車輪，而是在公元前3500年左右美索不達米亞地區的人們才發明車輛[7]？這應該與人類的加工技術水平有關，車輪和輪軸的發明至少應該在圓柱面加工技術誕生之后才有可能出現。

輪子要載物前行，負重的最佳作用位置應該在輪心處，如圖3所示，因為這個位置是最容易做到被載物不隨輪子一起回轉的地方。早期的做法是在輪心處加工一個具有圓柱面的孔，與輪相連接的構件加工出一個外圓柱面，這個構件稱之為車軸，如圖4所示，這樣，車軸與車輪以轉動副相接，負載部分擱在車軸上，就可以只隨車輪做平動而不隨車輪做回轉運動，車軸負擔重物，然后把承載物的重力作用在車輪上，輪就可以載著重物前進。對于輪系底盤的車輛而言，輪和軸是最重要的兩個構件，缺一不可。所以，車輛的發明必須在圓柱面的加工技術出現之后，否則輪和軸上的圓柱面結構就不能形成，也就沒有構件之間的這種轉動副連接，車輪就不可能負重前行。

圖3 車輪中心負重

后面又出現如圖5所示的轉動副連接，即在車輪中間做一個凸出的圓柱體，而把車軸做成一個具有內圓柱面結構的環狀構件，這樣的車輪和車軸構成一個轉動副連接。重物作用在這種環狀車軸上，通過轉動副把重力作用在車輪上，這樣的結構讓車輪負重前行。

圖4 外圓柱面車軸

圖5 內圓柱面車軸

1.2 車軸的特有屬性

車軸結構的關鍵是跟車輪在中心區域構成轉動副連接，所以必須具有圓柱面結構，這種圓柱面構件可以是圖4中的外圓柱面結構，也可以是圖5中的內圓柱面結構。

“車軸”應該是車輛工程中的一個專業術語，這個術語與機械零件中的術語“軸”是不同的，機械零件中軸的結構具有軸向尺寸遠大于徑向尺寸的特點，而且一般是一個柱體結構。而車軸是具有外圓柱面的柱體構件，也可以是具有內圓柱面的構件，它的軸向尺寸可以很短而無須遠大于徑向尺寸。

要理解車軸的概念，應該廢除對其必須是細長結構的固有認識，把其與通常的軸區分開來。車軸只要有圓柱面，與單個車輪形成轉動副這種可動連接，就是車軸，當然，兩端都有車輪繞其旋轉的細長構件也是車軸。

這樣，從車軸和車輪工作的原理出發總結車軸的特有屬性應該是：⑴具有與車輪組成轉動副的圓柱面結構；⑵處于車輪和懸架之間，通過懸架與車架(或承載式車身)連接；⑶功用是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向的作用力及其力矩。

這里總結的特有屬性，相比傳統對車橋定義中的特有屬性增加對車橋結構形狀的描述，即具有圓柱面結構(包括內、外圓柱面)，同時增加對車軸與車輪之間這種轉動副連接關系的表述；去掉“兩端安裝車輪”這一表述，原因如前所述。

2 車軸定義

把反映車軸概念本質屬性的定義概括如下：車軸是行駛系統中的一個構件，具有與車輪組成轉動副連接關系的圓柱面結構，它處于車輪和懸架之間，通過懸架與車架(或承載式車身)連接，其功用是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向的作用力及其力矩。當與兩側車輪相連接的車軸連成一根整體結構時，稱為車橋，或整體式車橋，當兩側車軸不相連時，也稱為斷開式車橋。

這樣定義車橋(車軸)，使前面提出的兩個問題不復存在。

2.1 對半浮式車橋的歧義問題的解決

圖6 全浮式結構

圖7 半浮式結構

在車軸概念的新定義中，把車軸概念的結構特點反映出來了，也就是其具有圓柱面結構；車軸與周圍構件的連接關系也更明確，就是其與車輪用轉動副相連接。這樣一來，整體式車橋的概念就很明確了，在全浮式驅動橋中，如圖6所示，橋殼以外圓柱面跟車輪的內圓柱面形成轉動副；在半浮式驅動車橋中，如圖7所示，半軸跟車輪輪轂是剛性連接的，實際上半軸與車輪成了同一個構件，半軸的外圓柱面相當于車輪中心處的外圓柱面，此時相當于圖5的連接方式，半軸的外圓柱面與橋殼的內圓柱面形成轉動副。這樣，對半浮式車橋的理解就不會有歧義，即全浮式車橋以橋殼的外圓柱面跟車輪中心處的內圓柱面(輪轂中心孔)形成轉動副，而半浮式車橋是以橋殼的內圓柱面與車輪中心處的外圓柱面(即半軸的外圓柱面)形成轉動副的。根據這個新的定義，無論是全浮式車橋還是半浮式車橋，很容易判斷橋殼就是車軸，而不容易把半軸誤認為是車軸。

2.2 明確了斷開式車橋的概念

從給出的車軸新定義中可見，車軸的本質屬性應該是具有圓柱面結構，與車輪形成轉動副連接。當兩側的車軸連成一根梁時，就稱其為整體式車橋，或者整體式車軸，否則就是車軸，或者稱斷開式車橋。

圖8 外圓柱面結構的前車軸

圖9 內圓柱面結構的前車軸

在采用獨立懸架的車輛中，轉向節實際上就是車軸，或者叫斷開式車橋，如圖8所示，車軸上有一段小圓柱體，它的外圓柱面和輪轂的內圓柱面組成轉動副，當然，這個轉動副為了減少摩擦，之間裝有滾動軸承，在機械原理中，軸承是不參與轉動副分析的。這種結構相當于圖4中的轉動副結構；圖9所示的是一個與驅動輪形成轉動副的車軸，它提供內圓柱面，與輪轂的外圓柱面形成轉動副，這種結構相當于圖5中的轉動副結構，半軸穿入輪轂的中心孔，其外花鍵和輪轂內孔中的內花鍵相嚙合，從而帶動車輪轉動。

圖10和圖11所示的是與后輪相連的車軸結構，分別與圖8、圖9中的連接結構相似，圖10所示的是與非驅動輪相連的車軸結構，圖11所示的是與驅動輪相連的車軸結構。

圖10 外圓柱面結構的后車軸

圖11 內圓柱面結構的后車軸

當前，教科書中未見到對以上這些車軸結構的稱呼，相關企業對這些結構也未見把它們叫作車軸的，經對教科書以外的資料查閱，前車軸一般叫轉向節，對后車軸的叫法比較混亂，例如利亞納轎車維修手冊上稱后車軸為“叉形節”[8]；例如奧迪A4轎車在其維修手冊中把后軸稱為車輪承載機構[9]；又例如蒙迪歐轎車在其維修手冊中，前車軸叫轉向節，而且后車軸也叫“轉向節”[10]，分明沒有轉向功能，也稱其為轉向節，可見對車軸構件的稱呼很隨意，完全沒有理論根據；有些專業車評人把車軸叫“軸承殼”，有些叫“車輪架”。在汽車維修手冊中都是把車軸放在懸架中來介紹的，但是沒有統一的名稱。這些都應該是當前知識界對車橋概念的定義不夠明確所導致的。

這些所謂的轉向節、叉形節、車輪承載機構、車輪架、軸承殼，其結構特點、與周圍構件的連接關系和其功能都跟這里對車軸新定義中的特有屬性相符，所以它們都應該是車軸。同時也說明這個新定義反映的車軸本質屬性是準確的。

3 關于車橋

車橋應該是車軸的一個通俗叫法，也是國外的一種比喻叫法，在我國古代的車輛中，就叫車軸，沒有車橋這一說法。我們國家的汽車工程先驅何乃民先生編著了中國最早的一批汽車工程書籍，在1937年編寫的《英法中文汽車名詞》[11]中，英文的Rear axle與法文的Essieu arrière，或者與法文的pont arrière相對應，法文里面Essieu 是軸的意思，arrière是后面的意思，pont是法文“橋”的意思，說明在法文里面，后橋(pont arrière)是后軸(Essieu arrière)的比喻通俗叫法。

何乃民在1936年編著的《高等汽車學》[12]中寫道：后橋(Rear bridge)之名詞，除指言自主動錐齒輪至驅動輪間諸傳動機件，及安置諸機件之箱管外，兼含擔任重量之意義。

把車軸比喻成橋，這應該是一個不甚貼切的比喻，因為它只強調了其承載功能，其具有的圓柱面結構和與車輪構成轉動副這一可動連接特性是沒有被表達出來的，而且對于兩側車軸不連成一個整體的情況，稱“車橋”就更不合適了。我國知識界比較流行使用“車橋”這一名稱，在英語世界里是不用這一比喻稱呼的，稱車軸為“axle”。車軸概念自遠古第一輛車的出現就有了，而且其具有的主要特有屬性至今都沒有什么變化，所以為了知識的傳承，繼續采用“車軸”這一叫法是合理且有歷史意義的，而且應該作為主要的名稱來使用，只有當兩側車軸連接成一個整體的時候，可以稱其為“車橋”，建議廢除“斷開式車橋”這一叫法。

4 結語

把車軸的定義整理如下：車軸是行駛系統中的一個構件，具有與車輪組成轉動副連接關系的圓柱面結構，它處于車輪和懸架之間，通過懸架與車架(或承載式車身)連接，其功用是傳遞車架(或承載式車身)與車輪之間各方向的作用力及其力矩。當兩側車軸連成一根整體結構時，也可稱其為車橋。