福田车备胎支架设计与制造设计说明书.docx
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福田车备胎支架设计与制造设计说明书
前言
在汽车行驶过程中，车胎经常会出现爆胎或磨损等各种各样的问题，这时就需要换下轮胎，如何轻松再备用胎支架上换下轮胎，这是每一个车手最为关注的问题。
本设计针对此种情况，研究分析，科学论证，针对市场上备用胎支架拆装难、不易操作，技术含量过于老旧等情况，结合实际生产能力，比较分析，结合车型条件，力图达到解决备用胎支架目前存在的缺陷问题。
本车型备用胎常布置于车架尾部下方或是车架中部上方货箱底板下部。
布置在车架尾部时常采用悬链式，可保证卸装方便，并使汽车质心位置降低。
但此时汽车里角减小。
通过性变坏。
备胎置于车架中部上方时，常用翻转式结构，但在转动备胎时需要足够的空间，导致抬高货箱，使汽车质心位置增高。
因此在本设计中，最先考虑备用胎的布置问题，然后针对结果设计备胎支架。
选取备胎支架所需材料及分析其性能：
Q235-A碳素结构钢
良好的塑性、韧性和焊接性能、冲压性能以及一定的强度好的冷变性能，适合钢结构及钢筋混凝土结构用钢要求：
广泛用于制造薄板、钢筋、钢结、焊接件、支架、受力不大的拉杆、连杆、钻、轴、销钉、螺母。
45钢：
高强度中碳调质钢，具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性能良好。
采用调质处理可获得良好的力学性能，淬透性较差，水淬易产生裂纹。
中小型零件调制质得到较好的韧性极高的强度，大型零件（大于80mm）采用淬火处理为宜。
但45钢焊接性能较低，仍可焊接，不过焊接前应将焊件预热，而焊后进行退火处理，以消除焊接应力。
适用于较高强度的运动零件。
如空压机、泵的活塞、蒸汽透平机、重型及通用机械中的轴、连杆、蜗杆、齿条、齿轮、销子等，通常在调质或正火状态下使用。
适用于本设计中的联接件。
QT500：
具有中等的强度和韧性。
多用于板型结构。
球墨铸铁：
汽轮机的中温气缸隔板，水轮机阀体，机车辆轴瓦，输电线路联板。
基体：
珠光体+铁素体
C
Si
Mn
P
S
Mg
Re
3.6—3.8
2.5—2.9
〈0.6
〈0.08
〈0.025
<0.03—0.05
0.03—0.05
抗拉强度
屈服强度
伸长度
布氏强度
〉=500
〉320
>7
170--230
材料：
碳素结构钢：
用户制作各种静载荷金属结构件，不需要热处理的机械零件和一般焊接件。
第一章方案设计
根据设计任务书的要求：
认真研究备用胎的支架的作用，处理好支架与备用胎和汽车的两个联接，并通过毕业实习和调查研究，了解市场和用户对该设备的设计要求，以及对新设计件进行功能分析。
备用胎支架设计目的是实现备用胎固定，不会产生脱漏现象的同时，对车身整体受力和振动平衡影响减少到最小，且使支架体有一定的使用寿命，要求支架体的设计使备用胎的安装与拆卸方便，满足刚度和强度的要求。
为了使新设计的备用胎支架能够达到上述功能目标，可选用下列原理性的总体布局方案来实现功能原理要求
1.1方案一
序号
零件编号
零件名称
每车用量
备注
1
52000731
52002705
备胎车轮压紧固定螺栓（M10×1.5）
1
X=125mm
X=174mm
2
52001643
螺母
1
3
52000733
螺杆盖帽
1
4
34201408
螺栓
6
5
11500100
螺栓
2
6
55000859
底板备胎固定支架
1
7
55002009
备胎吊板
1
8
55003494
支架
1
9
11500324
垫圈
1
10
34201610
螺钉
2
此方案采用底板备胎固定支架安装来固定在车内，并利用备胎吊板来固定轮胎
，通过备胎车轮压紧固定螺栓（M10×1.5）和螺母来连接以实现压板与车和轮胎的固定。
此方案设计简单，连接方便，，但拆装麻烦且轮胎所占得空间大，在技术方向
上没有创新，使用于简单难改变的轮胎，针对本设计方向，要放在重型机械车上，此方案在考虑中。
1.2方案二
序号
零件编号
零件名称
每车用量
备注
1
52000207
备胎车轮装载架
1
2
52000635
扣锁把柄
1
3
52000633
把柄弹簧
1
4
52000636
把柄衬套
1
5
52000634
把柄隔套
2
6
52000344
锁销拴
1
7
52000632
导向销
1
8
34201580
螺母
1
9
55002000
加强板
1
10
52000926
把柄座圈
1
11
52000927
把柄滑套
1
12
52001414
装载架钢丝绳
1
13
34201583
34202583
螺栓
1
19861987
14
11500324
垫圈
2
15
J4006956
悬臂螺母
2
16
52000343
锁拴板
1
17
52000341
加强板
1
18
52000340
加强板
1
19
34202183
螺栓
4
20
11503714
螺母
4
21
34201596
螺栓
6
22
11500660
螺母
1
AR
23
52000337
悬吊支架
1
24
34201623
双头螺栓
2
25
J3034037
螺母
2
26
52000686
垫片
1
27
55003345
加强板
1
28
34201620
螺栓
2
29
34201035
抽头铆钉
3
30
52000338
悬吊支架
1
31
52000649
加强板
1
32
34201779
螺栓
2
33
52000985
调整片
1
AR
34
J4006826
垫圈
4
35
11502702
螺母
2
36
34201766
螺钉
4
37
55002002
装载架限位块
1
38
55003387
82200151
备胎车轮外罩
1
（a）（b）（c）
39
11502729
螺母
2
40
11500323
垫圈
2
41
34201900
螺钉
1
42
11500749
螺母
1
43
J0131016
垫圈
1
44
55009229
55016126
备胎车轮外罩
（Jeep标志）
1
（b）1986
（b）1987
45
83501152
备胎车轮锁
1
此方案设计是将备用胎安装在车的后坐，利用备胎车轮装载架，并将其固定在车的后部，这要求车的后面有足够的空间安装支架和盛放轮胎，其原理是用备胎车轮锁将备用胎与安装在悬吊支架上的锁拴板锁在一起来固定备用胎，这需要有对备胎车轮装载架的固定方案，本方案中采用装载架钢丝绳、抽头铆钉、双头螺栓、等一些紧固件，并通过限位块来对轮胎定位，之后轮胎与悬吊支架的锁紧机构需用备胎车轮锁锁紧，这需要对悬架等机构的受力分析。
机构的优点是安装再车后部便于装卸，但局限性大这是针对部分车型，这对我这次的设计方案有一定的启发性。
1.3方案三
我在研究本设计方案时接触到一些更新更先进的方法，如：
1.一种备胎架，其具有：
一端用枢轴支承在车身下面而其另一端能够摇动的备胎架支杆；设置在上述车身上的敞开的孔；其一端具有能与上述敞开的孔的端面接触的头部而其另一端穿过上述敞开的孔后向下方延伸的第一部件；在上述敞开的孔的下方与上述第一部件结合，且能调节上下方向的位置，并且下端具有向上折弯的叉部的第二部件；这种备胎架在上述第一部件的另一端与上述第二部件的叉部之间，夹持并保持上述备胎架支杆的上述另一端，其特征在于，还具有套在上述第一部件上且能选择布置在下列任何一个位置上的隔垫，即介于上述敞开的孔的下端与上述第二部件之间的第一位置，和介于上述头部与上述敞开的孔的上端之间的第二位置，在上述第一部件、第二部件和隔垫安装在上述车身上的状态下，上述第一部件的另一端与上述叉部之间的空隙的大小被设定为使得上述备胎架支杆的另一端不能脱出来……
根据上述资料搜索和大量的实际科学经验，提出第三中方案，手柄摇动、带动偏心轴转动，键轮II虽偏心轴转，因链轮I与链轮部分啮合带动链轮I转，使链子拉紧（因为链条一端用开销固定）链条拉紧，进而使备用胎上升，松时则备用胎落下，便于拆卸，装备完毕。
加工板筋工艺采用焊接和冲压工艺，针对偏心轴采用车床加工。
此方案优点在于安装在车的底盘，利用螺栓和焊栓固定在车悬架上，利用链传动和缩紧片的锁紧作用将备用胎固定在支架体上，利用手柄，对轮胎的固定效果极佳。
缺点是在汽车装备技术领域，备胎升降装置是采用手摇式结构，使用起来比较吃力，装卸备胎都有很麻烦，而且费时。
总上所述：
鉴于本设计使用和制造单位是大型机械厂，该厂经费充足，技术改造能力没有任何障碍，并且通过调研了解到，该厂设计的备用胎支架安装在汽车底盘，因此在充分满足生产率要求的前提下，综上考虑，三种方案，第三种方案的适用特点和优点，采用第三种放案进行设计。
第二章本设计方案详细设计
2.1关于设计偏心轴
2.1.1作用：
传动和连接作用
2.1.1作用介绍：
由备用胎支架设计思想：
手柄摇动、带动偏心轴转动，键轮II虽偏心轴转，因链轮I与链轮部分啮合带动链轮I转，使链子拉紧（因为链条一端用开销固定）链条拉紧，进而使备用胎上升，装备完毕。
偏心轴其连接福田车和轮胎的作用，并在手柄的带动下，使两链轮作用锁紧轮胎。
2.1.3偏心轴的结构设计：
轴的尺寸主要取决于轴上零件的布置，同时要满足轴上零件定位准确、固定牢靠、装拆方便、加工容易等条件。
一般，轴设计成阶梯轴，通常通过以下步骤来完成；1：
初步确定轴的径向尺寸
轴的最小直径是16mm，根据轴上零件受力、安装、固定及加工要求，确定偏心轴的各段尺寸。
2.1.4轴上零件轴向尺寸的确定
偏心轴安装零件的各段长度，根据相应零件轮宽度和其他结构需要来确定。
轴的外伸件与轴上零件的结构有关，结合链轮体内尺寸60mm和导板位置，设计偏心轴上零件（即链轮）的装配。
2.1.5设计偏心距离
有偏心距的原因：
链轮I和链轮II啮合，随着传动手柄的摇动，使链子拉紧（因为链条一端用开销固定）链条拉紧，进而使备用胎上升。
偏心距的距离也就是与两链轮啮合相匹配的距离，在下面的设计方案中，我会给与图示文字说明。
如下图所示（偏心轴设计方案）：
2.1.6轴的校验
取：
F=100kg（轮的重量）
（1）求支点反力
轴上受力如图：
跟据各力位置和方向，由力平衡条件所知：
=0求得：
（2）画弯扭矩图
（3）在两链轮啮合出，取d=23.5’
T
画出弯矩图，扭矩图由此得出：
取
画出弯矩图，扭矩图：
2.2滚子链链轮选择/及与偏心轴的配合
2.2.1参数
根据链轮啮合条件以及与链轮体和偏心轴配合，查表计算如下表：
齿数
节距
滚子外径
齿顶圆直径
分度圆直径
齿侧凸缘
链轮II
Z=16
P=9
d=63
=69
=0.27
=0.04p=0.36
链轮I
Z=17
P=12
d=74
=79
=0.27p=3.24
=0.04*12=0.48
2.2.2链轮材料及热处理
根据链轮性能分析，选用QT500：
具有中等的强度和韧性
球墨铸铁：
汽轮机的中温气缸隔板，水轮机阀体，机车辆轴瓦，输电线路联板。
基体：
珠光体+铁素体
C
Si
Mn
P
S
Mg
Re
3.6—3.8
2.5—2.9
〈0.6
〈0.08
〈0.025
<0.03—0.05
0.03—0.05
抗拉强度
屈服强度
伸长度
布氏强度
〉=500
〉320
>7
170--230
2.2.3滚动的润滑
润滑方式选择：
根据链条节距P和链速V选择，故选择人工润滑。
方法是用刷子或油壶定期在两链轮啮合外，内外链条间隙加油，供油量每班注油一次。
2.2.4：
链轮偏心轴配合图示
2.3备用胎支架总体设计
本设计的核心部分是备用胎的锁紧机构，也即是偏心轴的设计及轴上链轮啮合位置及尺寸的设计，以下是对备用胎支架的总体设计：
2.3.1主要包括：
支架体、加强板、固定架、链轮盒
2.3.2功能与作用：
固定架：
安装在支架体的下部，固定架一和固定架二通过焊接焊合，固定架上的三个孔，必须用支架体上的三孔配合，位置精度必须保证，用工装保证，且固定架与支架体之间通过这三个孔焊合。
固定架上升，使链条固定的锁止片配合的孔，链条一端从此伸出，通过U型拴，是链条此端固定。
备用胎安装在固定架下，用链条穿过备用胎车轮，手柄上升时，由于链条一边固定，所以链条拉紧，备用胎上升，实现了备用胎的固定。
支架体：
支架体主要起支撑作用，钢板通过弯曲工艺，形成两垂直面，一侧端用由螺栓固定在车底盘上，并用两加强板固定支撑，参考备用胎支架装配图，支架体上安装链轮盒，用四个螺栓固定下部，通过焊柱联接固定架。
在支架体零件总图上，通过车床加工孔，精度要求高，且与焊拴和螺栓配合要求位置精度尺寸准确。
加强板：
起支撑支架体，防止由于轮重过重或汽车振动和冲击造成支架体变形和断裂。
链轮盒：
由五块板组成，上装锁紧盖，通过上装，作用是用来阻挡泥和水，保护链轮，使链轮I和链轮II在啮合传动过程中润滑好，两侧配合，支板I和支板II，与链轮体配合方式属于间隙配合，加工工艺属于冲压中的弯曲工艺。
两侧是侧板
链轮合底板有通孔，侧孔用开口销固定链轮盒内的链条，一端与锁止片配，与U型拴联接，用来固定链条在外部的另一端。
链轮盒内，有导板，在链轮传动中，链条从轮齿啮合传动过程中沿导板拉紧或放板（因为另一端通过U型栓固定）。
链轮盒内，有偏心轴从两支板的通孔穿出，小端装开口销，以控制偏心轴的转动，大端与手柄配合，精度要求高，配合要精确，加工偏心轴由上部分所述。
偏心轴上装有两支一端啮合的链轮，通过手柄传动，带动链轮和链条传动，即而实现轮胎的上升和下降。
这里关于链轮的选择和轴的设计都由前所述。
附加零件：
手柄
手柄的加工要注重与偏心轴大端的配合，有精度要求和公差配合，手柄的长度和活动范围，尽量要设计具有宜人性，使手柄在摇动过程中，不和支架体碰撞，但也要考虑其受力。
手柄的作用：
是带动偏心轴的转动，是整个手动摇臂式备用胎支架的设计必不可少的零件。
（如图）
2.3.3尺寸计算
〈1〉根据轮胎大小，设计固定板长度，进而定出支架体底部尺寸，并确定支架体安装固定板的三孔位置。
〈2〉由前所计算设计的链轮I、II及偏心轴尺寸，设计导板和链轮盒宽度长度大小及在支架体上的位置，并安装U型柱及锁紧盖。
链轮体图：
〈3〉根据备用胎重量和容许支架体上链轮盒内偏心轴随手柄带动而转动的定向，设计导板的样式和大小，并引到固定支撑支架体的作用。
〈4〉如图所示：
备用胎支架总图
第三章加工工艺分析
3.1偏心轴加工
3.1.1偏心工件的特点
是工件的外圆和外圆之间的轴线平行而不相重合或工件的外圆和内孔的轴线平行而不相重合，这一现象称为偏心。
这两条轴线之间的距离称为“偏心轴距”在加工这类工件时主要不是解决车削内孔和外圆的问题，而是着手解决车偏心的问题。
常根据工件的不同数量，形状和精度要求采用各种加工方法。
3.1.2方案选择及加工
在本设计的轴中，车φ23.5的偏心外圆方法如下：
（1）在四爪卡盘上车偏心工件在四爪卡盘上车偏心工件，在已加工好的端面上划出的偏心为圆心的圆圈线，作为辅助基线进行校正。
同时校对好以加工部位的平行度，然后进行车削。
车削时要注意工件的回转是不圆整的，车刀必须从最高处车削，否则会把车到敲坏，使工件走动。
四爪卡盘的装夹范围较大，但由于校正比较繁琐，且在装夹偏心工件时，加紧作用会有所降低，因此一般来说他仅适用于加工偏心距较小精度要求不高，形状段而大或者形状复杂的单件偏心工件。
（2）在三爪卡盘上车偏心工件时，适用于较短的偏心工件，或者内孔与外圆偏心的工件。
（3）四爪卡盘和三爪卡盘使用车偏心工件。
适用于车偏心工件批量较大的，采用此种方法时必须注意，四爪卡盘和三爪卡盘应有较高的精度。
此外在校正第一个工件时必须在校正偏心距的同时校正偏心距的同时，校正三爪卡盘端面（或专用靠板）的平直度。
校正后，装上平衡块，校正静平衡，采用这种方法车偏心工件可以减少校正工时。
这种方法只适用于车削形状短小，偏心距不大而且精度不高的偏心轮和偏心中的工件。
（4）综上所述：
加工偏心轴外圆，应采用方法
（1）较为合适。
车削完外圆后，对此偏心轴应铣键槽。
在车床上铣削外圆上的键槽和油槽。
它是将铣刀或按铣槽形状修磨好的钻头，通过手柄，开降丝杆、螺母、开降拖板等调节工件的高低位置，使工件中心对准车床主轴回转中心。
随后又卡盘带动利铣刀或钻头回转，用中拖板手动或机动模向进给作工件的走刀运动，此外，拖板或大拖板调整切削深度，即可铣削键槽。
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
1
锻造
2
热处理
退火
3
铣钻
铣端面钻顶尖孔
外圆柱面
专用机床
4
车
粗车外圆（包括偏心圆）
顶尖孔及外圆
卧式车床
5
车
精车端面及台阶
顶尖孔及外圆
卧式机床
6
热处理
调质
7
钻钻
钻φ2导向孔
夹小头、架大头
卧式车床
8
钻
钻直径4通孔
夹小头、架大头
卧式车床
9
热处理
高频淬火前后支承轴颈
高频淬火机
10
研磨
顶尖孔
外圆柱面
专用磨床
11
磨
粗磨外圆（包括偏心轴）
外圆磨床
12
校验
13
铣键槽
外圆柱面
立式铣床
14
磨
精磨各外圆柱面
顶尖孔
外圆磨床
15
校验
3.2冲压加工加强板I加强板II以及支架体
3.2.1采用弯曲工艺
对于加强板I加强板II以及支架体的设计加工应采用冲压工艺中的弯曲。
所谓弯曲即时：
把平板毛型材或管材等弯成一定曲率、一定角度形成一定形状零件的冲压工艺。
此备用胎支架设计中的加强板与支架体为平板材料，故应采用此工艺。
根据板材弯曲的种类及特点应选用压弯，即板材在压力机或弯板机上的弯曲。
如简图：
3.2.2选择弯曲工艺性
（1）
弯曲件的圆角半径不宜过大和过小，过大时因受回弹影响，弯曲件精度不宜保证，过小时，弯曲件容易产生裂纹。
因此，弯曲件的内弯曲半径应大于最小弯曲半径（根据材料选择）。
选用Q235A因压弯线与轧制方向垂直r>0.5tt=4故r>2
（2）弯曲直角时，为保证工件的弯曲质量，弯曲件的直边高度h必须大于或等于最小弯边高度hminh>hmin=r+2t≥2+2×4=10
对于支架体
（3）弯曲有孔毛坯（如加强板），孔位过于靠近弯曲区，则弯曲时孔的形状会发生变化，为避免这种缺陷的出现，必须使孔处与变形区外，从孔边到弯曲边的距离L应符合下式：
当t<2时L≥r+t
当t≥2时L≥r+2t
校验成立使弯曲件形状和尺寸尽可能对，弯曲件的高度不应相差太大
（4）注重弯曲件的精度维持工件的自由公差。
（5）设计冲压工艺选择压力机设计模具时，我们也应注重弯曲件的计算
（6）弯曲力的大小不仅与毛佩尺寸、材料力学性能、凹模支点之间的距离，弯曲半径以及模具间隙等因素有关，而且与弯曲方式有很大的关系，所以在完成加强板和支架体弯曲时，计算弯曲力是必不可少的。
我们采用的弯曲方式是：
V形自由弯曲：
曲径公式P=
=kb+
①
p是弯曲力c是系数b是弯曲件t是料厚
2L是支点间的距离
是抗拉强度k是导数
K≈（
+1）
其中根据单角弯曲计算Lr>0.5t
L=
+
+
（r+xt）-2（r+t）
其中x是中性层位移系数，其理论值x=
是变薄系数
查表得
加强板：
；故
支架体：
；故
分别代入公式②得L
分别代入公式②得K
分别代入公式②得P
最后求得
（7）弯曲时塑变与弹性变形同时存在，当外载荷去除后，弹性变形消失，因而使工件尺寸与模具尺寸不一致，这种现象称为回弹。
为减少回弹：
a接近回弹值的计算或经验数据，对弯曲模工作部分形状作必要的修正。
b利用弯曲毛佩不同部件回弹方向不同规律，适当调整影响因素，使相反方向的回弹相抵销。
c利用聚胺脂橡胶的软凹模代替金属的刚性凹模进行弯曲。
d把弯曲凹模或压料板做成局部突起的形状，或减少圆角部分的模具间隙，使凹模力集中的作用在引起回弹的弯曲变形区改变其应力状态
e采用常摆动的凹模结构
f采用纵向加压法在弯曲过程完成后，用模具在弯曲毛佩的纵向加压，使弯曲形区内毛坯断面上的应力都成为压应力
g采用提高制件刚性的方法。
3.3备胎支架中的焊接工艺
下列实现固定架一和二的焊接，特进行焊接工艺的分析：
3.3.1分析材料：
Q235属低碳钢
碳钢的焊接工艺特点：
低碳钢的工艺可焊性良好，通常情况下，不会因焊接而引起严重硬化组织和淬硬组织。
低碳钢的塑性和冲击韧性优良，并且焊接接头也具有良好的塑性和冲击韧性。
焊接时一般不需要预热，控制层间温度和后热，焊后也不需要采用热处理改善组织。
因此焊接过程中一般不需要特殊的工艺措施，但在焊接时应保证接头与母材等强度匹配，使接头具有较低的脆性转变、温度，避免产生焊接缺陷，以利于提高焊接结构的工艺可靠性。
3.3.2选用手工电弧焊接头及其力学性能
母材为Q235低碳钢，板厚5mm，选用碱性低氢型焊条，焊接位置为平焊，焊接电压22v—24v,焊接速度4—8.8cm/min，Q235母材和焊缝的力学性能见下表：
材料
屈服强度
/Mpa
抗拉强度
/Mpa
伸长率
冲击功
母材
317
475
29
126
焊缝
466
530
33
218
3.3.3焊接注意事项：
（1）焊接应力的产生是一个随加热与冷却而产生的材料热弹塑性应力变动态过程。
在焊接过程中金属材料的物理性能、力学性能随文读的升高或降低而发生变化。
焊接时的热输入是产生焊接应力的决定性因素。
焊接热源的种类、热源能量的密度的分布热源的移动速度，被焊构件的形状与厚度等都直接影响着热源引起的温度场分布，因而也改变着焊接残余应力的分布规律。
（2）焊后热处理是当前焊后消除残余应力的最主要的方法。
在热处理过程中出现残余应力松弛，使焊接接头组织结构和力学性能发生相应变化，减少扩散氢含量，消除应变时效脆化等现象是我们希望得到的。
第四章装配工艺
4.1装配工艺原则
〈1〉一切合格零件必须清除毛刺，清洗干净（符合清洁度要求，并注意保存和防锈），才能进行装配
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