车备胎支架设计论文与制造 本科学位论文.docx
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车备胎支架设计论文与制造本科学位论文
毕业设计说明书
车备胎支架设计与制造
班级：
学号：
软件学院
姓名：
软件工程
学院：
袁文武，董小瑞
专业：
指导教师：
2014年6月
车备胎支架设计与制造
摘要
自1886年世界上第一辆汽车诞生以来，经历115年进入了现在的21世纪。
汽车的不断改进和汽车工业的不断发展，大大改善了人们的生活。
汽车工业和汽车技术得以发展，离不开各国人民发挥各自的智慧和才能，是世界人民共同努力的结果。
备胎是备用的不频繁使用的轮胎，一般都是在应急时才显现，但是某些特定的时刻，备胎缺一不可。
虽然与各大汽车部件比较备胎显得很普通，但作为汽车车身的一个附件，在日常生活中对汽车来说它的重要性是不容忽视的。
备胎支架作为固定备胎的装置，要求结构简单、轻便、安全，其质量可靠性至关重要。
备胎支架的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，且使支架的寿命达到最长，要求支架体的设计使备胎安装与拆卸方便，满足刚度和强度要求。
备胎支架在设计过程中可以选择安装的位置有很多，我们需要对安装在不同位置的支架进行研究，综合对比、论证设计出一套更加先进的方案。
一般的备胎分为外挂式备胎、隐藏式备胎还有特殊的无备胎类型。
本方案利用链轮和带偏心轴设计一种备胎支架安装在车身底部，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，属于外挂式备胎的一种。
设计成果备胎支架经实际生产使用，零件的尺寸和形状完全符合了使用要求。
关键词：
备胎架，偏心轴，滚子链链轮，加工工艺
Designandmanufactureofcarsparetirebracket
Since1886,theworld’sfirstcarwasborn,115yearsintothetwenty-firstCenturynow.Developmentofautomobileofcontinuousimprovementandautomobileindustry,hasgreatlyimprovedthelifeofpeople.Theautomobileindustryandtheautomobiletechnologydevelopment,cannotdowithoutthepeopleofallcountriestoplaytotheirwisdomandtalent,istheresultofjointeffortsofthepeopleoftheworld.
Thesparetireisnotfrequentlyusedsparetire,aregenerallyonlyappearinanemergency,butcertainmoments,sparetireareindispensable.Althoughcomparedwiththepartsofthecarsparetireisveryordinary,butasanaccessoryofcarbody,indailylife,theimportanceofthecarwhichcannotbeignored.
Thesparetirebracketasdevicefixedsparewheel,hastheadvantagesofsimplestructure,portability,safety,qualityreliabilityisessential.Thedesignobjectiveofthesparewheelmount isthe sparetire fixed, not omission phenomenon atthesametime, the wholebody forceandvibration balancingeffect isreducedtoaminimum, and tosupportthe life ismaximized, thedesignrequirements of thebracket mountinganddismounting thesparetire easily, satisfythestiffness andstrengthrequirements.
Therearealotofsparewheelbracketcanchoosetoinstallinthedesignprocessoftheposition,weneedtoconductresearchinthedifferentpositionsofthebracketinstallation,demonstrationanddesignasetofmoreadvancedprograms.Thesparetireisdividedintoexternalsparewheel,hiddensparetireandspecialnosparetiretype.
Theschemewitheccentricshaftdesignofasparetirebracketattheunderbodyusesprocketandchaindrive,usingthelockingfunctionandtighteningthetabletswillsparetireisfixedtothebracket,thehandleisfixedonthetireisexcellent,onebelongstotheexternalsparewheel.Thedesignresultsofthesparewheelmountbyactualproductionuse,thesizeandshapeofpartsinfullcompliancewiththerequirements.
Keywords:
sparetirerack,aneccentricshaft,rollerchainsprocket,processingtechnology
1引言
在日常生活中，汽车在普及使用的过程中，经常会遇到各式各样的问题需要我们来研究和解决。
比如在行驶过程中出现爆胎或者轮胎的使用寿命达到期限需要更换轮胎，这时我们就要与车备胎打交道。
这时就需要换下轮胎，如何轻松在备胎支架上换下备用轮胎，这是每一位司机朋友最为关注的问题。
本设计针对这种情况，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。
备胎作为汽车行驶过程中补虚的备用设备，其规格与原汽车轮胎规格相同，常常被放置在汽车的后地板内，但随着人们对汽车内部空间和汽车时尚造型的追求，备胎在很多越野车和城市SUV的背门上也出现了。
但也有些汽车备用胎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，但此时汽车离去角减小[14]，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。
汽车科技的进步带动了补胎技术的广泛应用，现在很多厂家已经为新车取消了备胎的配置。
无备胎的替代品多为专用补胎剂或补胎胶水，附带充气装置。
使用时，向漏气的轮胎注入补胎剂后对其充气，利用气压推动补胎剂填补漏气胎面。
类似技术发应用范围比较窄，在国内只有S-MAX麦柯斯和7座途安等几款车型使用。
还有一种使用缺气保用轮胎的汽车也属于无备胎类型，如宝马3系、5系。
缺气保用轮胎可以在扎胎漏气后保证汽车正常行驶一段距离，行驶期间缺气保用轮胎能够提供足够的支撑力和续航里程。
当然在本设计中，只考虑备有用胎的车型备胎布置问题，然后针对结果设计备胎支架。
其次选取备胎支架所需要的材料及分析其性能：
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号钢：
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[4]。
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。
球墨铸铁：
通过球化和孕育处理得到球墨铸铁，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
它具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点[1]。
能通过各种热处理改变其性能。
主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件。
QT500-7球墨铸铁：
为铁素体型球墨铸铁，强度与韧性中等，被切削性尚好。
低温时，韧性向脆性转变，但低温冲击值较高，且有一定抗温度急变性和耐蚀性。
用途广泛，用于内燃机的机油泵齿轮，汽轮机中温气缸隔板，水轮机的阀门体，铁路机车车辆轴瓦，机器座架传动轴等。
2方案设计与确定
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，可研究下列原理性的总体布局方案从而选择合适的方案来实现功能原理要求。
2.1方案一：
备胎安装在车内
安装在车内的备胎也称为隐藏式备胎，是我们在三厢和两厢轿车上常见到的，通常把备胎放在后备厢隔板下方，这种型式需在汽车制造过程中预留出放置备胎的位置，车身框架钢板根据备胎的尺寸冲压出相应形状的凹槽。
汽车出厂时把备胎放入凹槽中，上方由可折叠的隔板遮挡，这样一来，备胎完全被隐藏，隔板上方可以获得平整的储物空间。
隐藏式备胎根据充气状态不同，可分为标准型和充气型，具体细节如图2.1。
2.1.1标准型
标准型备胎在汽车出厂时胎内已经充满气体，临时更换可以立即使用。
其优点是可以实现快速更换轮胎，即装即使。
缺点是备胎长期闲置，内部空气对胎面橡胶发生反应，容易造成轮胎老化。
2.1.2充气型
充气型备胎在汽车出厂时胎内没有填充空气，更换时需要提前对其充气才能使用。
优点是充气型备胎直径较小，便于存放，节省空间。
缺点是更换轮胎时间较长，配套工具较多且成本较高。
拆装要点（由于多次介绍过更换普通备胎的步骤，在此只介绍充气型备胎的充气方法）:
1）从后备箱中取出备胎及配套工具，目前充气型备胎除了带有扳手、改锥、螺栓、千斤顶、摇杆等工具外，还会为车主准备充气装置。
以奔驰R300车型为例，充气装置不但可以为空瘪的备胎，还可以为其他车轮充气。
2）连接充气装置电源。
随车携带的充气装置体积较小，内部装有充气泵，可使用车载12V电源为其供电。
充气装置上印有使用说明，详细阅读后再进行操作。
3）平放备胎，气嘴需朝上，把充气装置的出气口对准备胎气嘴，紧密对接以免漏气。
4）为备胎充气时要注意轮胎上提醒的充气压力、最高车速等参数，保障行驶安全。
图2.1备胎车轮安装在车内示意图
表2.1备胎车轮在车内安装所需零件表
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
续表2.1备胎车轮在车内安装所需零件表
11
55018802
55018803
55006279
55004419
55005783
55005785
55008076
55008079
55013181
55008081
55008077
55008078
55013180
55008080
55011798
55011800
55007260
55005781
55005782
55013183
55011799
55011801
55011803
备胎外罩
1
黑色毡层（a）（g）
黑色毡层（e）（g）
深红色毡层（a）（f）
深红色毡层（c）（f）
蜜黄色毡层（a）（f）
蜜黄色毡层（c）（f）
黑色乙烯基面料（a）
黑色乙烯基面料（c）
黑色乙烯基面料（c）（f）
黑色乙烯基面料（a）
中蓝色乙烯基面料（a）
中蓝色乙烯基面料（c）（d）
中蓝色乙烯基面料（d）（f）
暗灰棕红色乙烯基面料（a）（g）
暗灰棕红色乙烯基面料（c）（d）
蜜黄色乙烯基面料（c）（f）
蜜黄色乙烯基面料（d）（f）
蜜黄色乙烯基面料（c）（d）（f）
深红色乙烯基面料（a）（f）
深红色乙烯基面料（d）（f）
棕黄色乙烯基面料（a）（g）
棕黄色乙烯基面料（c）（g）
棕黄色乙烯基面料（c）（d）（f）
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，安装所需零件对应表2.1。
2.2方案二：
备胎安装在车外
此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，详细设计细节如下图2.2。
图2.2备胎车轮安装在车外示意图
表2.2备胎车轮安装在车外零件表
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
1986
1987
14
11500324
垫圈
2
15
J4006956
悬臂螺母
2
续表2.2备胎车轮安装在车外零件表
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
续表2.2备胎车轮安装在车外零件表
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
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外，属于外挂式备胎。
多数越野车或SUV车型把备胎垂直地面外挂与后门。
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[2]，此方案安装所需零件对应表2.2。
此机构的优点是安装在车后部便于装卸，但局限性大只是针对部分车型，这对我这次的设计方案有一定的启发性。
2.3方案三：
备胎安装在车身下面
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[3]。
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。
备胎就是通过钢丝的一端连接卡子来固定的，扭动卡子方向就可以使钢丝轻松穿过备胎。
然后逆时针旋转扳手使备胎缓慢上升，直至安全固定在底盘上[10]。
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。
3本方案的详细设计
3.1关于设计偏心轴
3.1.1作用
为了方便调节轴和轴之间的中心距，通常运用在平面连杆机构三角带传动中起传动和连接作用。
3.1.2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。
偏心轴其连接汽车和轮胎的作用，并在手柄的带动下，使两链轮作用锁紧轮胎。
3.1.3偏心轴的结构特点
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。
3.1.4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。
3.1.5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，已给与图示文字说明，如下图3.1所示（偏心轴设计方案）：
图3.1偏心轴设计方案设计图
3.1.6轴的校验：
图3.2轴校验示意图
取：
F=100kg（轮的重量）
（1）求支点反力
轴上受力如图3.2：
跟据各力位置和方向，由力平衡条件所知：
F
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：
如图3.3
图3.3齿轮啮合扭矩示意图
3.2滚子链链轮选择/及与偏心轴的配合
3.2.1具体参数
根据链轮啮合条件以及与链轮体和偏心轴配合，查表计算如表3.1：
表3.1链轮具体参数
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
图3.4偏心轴示意图
图3.5链轮示意图
3
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