揭秘汽车断轴的常见原因 最出名“丰田断轴门”

　　市面上，绝大部分小型乘用车的前悬挂都是“麦弗逊式”。这种悬挂普及的原因在于其结构简单、可靠、技术成熟、轻便以及便于发动机舱的空间布置，因此广泛被承载式车身结构的汽车所使用。麦弗逊悬挂的结构如下图：

　　即便是“简单”的麦弗逊悬挂，其实结构也是不简单的—这和某些嘴炮型专家以及搬砖的专业记者给公众普及的关于“车轴”的知识差距较大。为了说明翼虎断轴门的主角—羊角，学名转向节，我用红色大概标注出了转向节的位置。下面简单说明麦弗逊悬挂的各个零件的作用及一般的材料。

　　轮胎/轮辋(俗称轮圈)：这部分大家都熟悉，是车的“脚”，除了起到有多远滚多远的作用之外，车轮还是支撑车重的关键部件。有人会觉得铝合金轮辋又轻又薄应该不能承重或者受撞，实际上，铝合金的强度加上特别的结构，轮辋的强度是非常不错的。当然，铸铁的“钢圈”强度也很好，而且韧性比铝合金轮圈强，制造成本也低，但是铸铁材料会增加车重，导致燃油经济性以及操控性等变差。

　　转向节(俗称羊角)：悬挂系统的关键零件，与所有悬挂系统的零件均有连接位置——转向节上端与减震器下端相连，这个连接位置主要就是承受车重以及行驶过程的一些扭转力;下端与下摆臂相连;还有后侧与转向拉杆相连;前端还要固定刹车卡钳;中间通过轴承连接轮毂/刹车盘以及驱动半轴。转向节的零件材料主要有两种，球铁或者铝合金。这两个材料的强度差不多(球墨铸铁比合金部件的强度还高一点)，主要区别在于重量。因此高端车，特别是跑车，转向节都使用铝合金部件。转向节材料不会用锻钢，主要是因为锻钢重，以及工艺受限。

　　轮毂/刹车盘：与转向节通过压装的方式固定连接在一起，内部通过轴承与驱动半轴相连。

　　半轴：外侧与轮毂轴承相连，“穿过”转向节;内侧与差速器(变速箱)相连，靠限位花键连接。一旦半轴的运动区域超过限位(比如往外拉出一定位置)，半轴就会从变速箱处脱落。半轴中间还有万向节机构。

　　减震器：上端与车身连接，承载车重以及行驶过程中的冲击;下端与转向节上端连接。转向节确实承载车重，受力点在上端。

　　下摆臂：外侧与转向节下端相连。主要有两种连接模式，翼虎的卡紧式，或途观的球头锁紧式。这两种没有本质区别，都是让下摆臂向内侧拉住车轮的同时，还能自由运动(上下以及一定范围的扭转)。有专家曾说，翼虎转向节连接下摆臂的位置太薄，承受不了车重，所以断了。这是想象力非常有限的专家——如果车上的零件连自身车重都承载不了，设计这车的工程师们还有脸见人吗?实际上，这个位置根本不承载车重——它的主要作用就是让下摆臂拉住车轮形成车轮外倾角。

　　转向拉杆：外端固定在转向节后侧支臂上，很细，另一端与齿轮齿条转向机连接。转向拉杆只传递转向机的拉力，材料一般为碳钢。因直径很小，所以转向拉杆一旦遇到撞击或者挤压，是悬挂系统最先变形的零件。

　　平衡杆：根据车辆调教不同，安装位置略有不同。一般为铝合金，少数也会用碳钢。承受一定范围的扭力和拉力，基本不能承受撞击力和挤压力。

　　了解了前悬挂的基本构造后，继续了解前悬挂可能受到的力。如下图。

　　绿色的表示车辆正常行驶时受到的力—主要是承载车重的力，以及半轴、下摆臂和转向拉杆的拉力。当然还有地面的反作用力什么，基于我们不是上物理课，所以不说那么细。也就是前悬挂在工作中会有一些正常的受力，设计时必须考虑进去。

　　红色则表示车辆在非正常情况下可能受到的力。包括：

　　①来自车辆前部的撞击力，比如IIHS25%偏置碰、平常使用过程中轮胎撞击路沿等。下图是IIHS25%偏置碰测试的一组图，所有参与此项测试的车辆100%断轴。

　　②来自车辆侧边的撞击力或挤压力，比如轮胎挤压路肩、护栏底座、被其它车直接撞到轮胎上等;因这类撞击力方向的不确定性，初始损坏的零件一般都是转向拉杆，转向拉杆变形或者断裂后，方向失控，转向轮以“跛脚”方式在惯性作用下继续前行时，悬挂系统就会损坏。这种情况下速度不需要多快就能造成断轴的后果。

　　③来自侧后方的撞击力，比如被别的车超车时撞到轮胎后侧。这种情况下，车身可能见不着明显外伤，因为主要撞击点就在轮圈上。

　　④来自轮胎内侧的撞击力或挤压力，比如低速撞到低矮墩子，将这类墩子卡在前轮内侧里面等。这种情况下即便车速很慢，只要车在移动，悬挂系统就会被“别断”。这种情况下一般不是直接撞断的。悬挂系统的设计强度肯定不足以“夹碎”下图这种大礅子。

　　以上所例举的非正常情况下的受力如果在车辆悬挂零件的承受范围内，悬挂系统则不会受损;如果超过悬挂系统零件的设计强度，轻则导致这些零件变形，重则断裂。

　　以上就是“断轴”的基本原理。那我们在日常用车过程中，如何避免因事故造成的断轴?

　　三、断轴训练营-如何避免断轴?

　　接下来，我们将进入“断轴训练营”，不仅要学会把车弄断轴，而且要断得漂亮。

　　在开始训练之前，简单回顾一下上一堂课关于前悬挂结构的内容。

　　无论是麦弗逊悬挂还是双叉式悬挂，都有两个相对的脆弱点：

　　1.转向拉杆：前面介绍过，转向拉杆的作用就是传递方向机的横向拉力，结构纤细，因此遇到较大的挤压力或者撞击力时，很容易弯曲;

　　2.下摆臂与转向节结合的“关节”位置。由于该位置既要左右摆动(转向时)，又要上下运动(过不平路面时)，基于灵活性需要，这个位置的零件都是精巧型，因此借巧劲很容易损坏掉，一如人的关节一样。该位置断裂时，既有可能是转向节断裂，也可能是下摆臂断裂，还可能是下摆臂球头脱落。

　　因此，断轴训练的要诀就是弄断上述两个脆弱位置。

　　断得最漂亮的还得数“纯断轴”——即看不出外伤的断轴。断轴训练正式开始。先上车，按照下面的要点操作，你就能成为一个“纯断轴”的高手了。

　　怎么做到在看不出车辆外伤的情况下让车断轴?比如下面这个事故，是如何做到的?

　　如果要做到车身外观无损伤而断轴，“窍门”就是只撞轮胎—特别是以挤压的方式让轮胎侧面接触路肩一类的障碍物，靠巧劲非常容易造成看不见外伤的“纯断轴”。

　　所以，上面的那张“纯断轴”图中的车辆事故过程其实是这样：

　　上述挤压或者带有较小夹角撞击路肩的断轴“训练”中，车速并不需要多快，只要车辆在移动，就可以比较轻松的达到断轴的目的。其窍门是，并不是硬生生“撞断轴”，而是依靠挤压路肩的时候导致这一侧的转向拉杆弯曲，从而使得这侧的车轮以外八字方式行驶，最终将这一侧的“轴”拖断。

　　当然，用一侧轮胎去撞护栏墩子，也是一个可以“速成断轴高手”的方式。但由于车辆速度、墩子形状和撞击角度等因素的影响，不能保证每次撞墩子都能撞断轴，而且还往往会带着轮胎爆胎、钢圈变形等外伤。

　　上面这种车祸非常常见。当司机意识到车辆一侧轮胎撞击到了路肩或者护栏底座时，会下意识的朝另一侧打方向，试图避开路肩/护栏基座。但如果打方向时车轮已经与路肩/护栏基座接触，那么打方向的这一下正好借势给了车轮一个很大的挤压力，这一瞬间的力足以让转向拉杆弯曲甚至断裂。当司机试图回正方向时，靠近路肩那一侧的车轮已经歪了，车辆在惯性作用下继续前进一小段路，就足以拉断转向节和下摆臂，进而拉脱半轴，而此时可能连轮胎都不会爆，车辆外观看不出明显损伤。

　　因SUV底盘高、接近角和离去角大，四个车轮更接近于布置在车身的四个角上，所以在事故中被撞到轮胎的几率也大于普通轿车。因而SUV在发生交通事故中，出现断轴的几率可能高于轿车。

　　明白了“断轴训练营”的操作要领之后，我们就可以轻松地避免在日常驾驶中遇到断轴事故了。

　　总结一下，在下列几种情况最容易遭遇断轴事故：

　　1)转弯。转弯时转弯不足或者转弯速度过快，外侧轮胎可能会撞到路沿;如果方向回正过晚，内侧可能会撞到护栏。常见于新手或者注意力不集中的驾驶员。

　　2)遇到坑洼或者低矮障碍物。比如在路上忽然遇到一个大坑，如果车速较快，在进坑时猛踩刹车，此时给悬挂的正面冲击力是非常大的。还有就是停车场入口、小区门口的限宽墩、低矮栏杆等，一旦没看到，撞上就容易造成断轴。

　　3)交通事故中撞击一侧的轮胎，也比较容易造成断轴。

　　以上我们所说的断轴，都是在事故中撞断的。那么有没有在不撞击的情况下断轴的呢?

　　在无外力冲击的情况下出现断轴的话，有以下可能：

　　1)疲劳断裂。疲劳断裂一般伴随者陈旧性伤痕，即断轴不是一次性的，而是逐渐断裂的。断口有比较明显的新旧区分痕迹。造成这种情况大多数是因为底盘零件曾在事故中损坏，维修不彻底而留下的后遗症，即产生裂纹或裂缝的零件没有更换造成的。一般来说，先天性疲劳断裂的几率极低。先天性疲劳断裂意味者设计时的受力分析错误，这种情况在汽车设计中是不可能出现的。

　　2)零件缺陷。如果零件刚好存在类似于缩孔、砂眼一类的制造缺陷，那么有可能在不受外力的情况下断裂。这类问题理论上是存在的。但铸造件都有抽检制度，造成大批量质量事故的概率极低。

　　无外力出现断轴的断口大多呈现脆性断裂的形貌。因此判断零件的断裂情况是受外力冲击还是应力或疲劳断裂，通过对零件的断口分析以及零件的变形情况就能轻松判断出来。

　　有人会问：能不都能造出一个永远不断轴的车?答案是能。比如能撞碎石头、撞断路肩、撞扁护栏座、夹碎大墩子的车，因为如果车不坏，那被撞的东西就得坏。

　　还有人问：有无可能车也不断轴、石头也不会被撞断呢?轴也够硬，石头也够硬，就能。不过坐车里面的人会断。