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作者；鄭曉敏

   本文設(shè)計(jì)了一種備胎安裝支架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。

1  轎車(chē)備胎支架方案設(shè)計(jì)

  本文設(shè)計(jì)轎車(chē)用備胎安裝支架，在充分利用后備箱狹小空間的基礎(chǔ)上，方便備胎的更換，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本文提出兩種方案。

  方案一：聯(lián)想到抽屜的形式，將備胎放置在抽屜中，使用時(shí)，以直接抽拉的形式就可以完成。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是，這種結(jié)構(gòu)會(huì)破壞后端保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)，降低汽車(chē)的整體安全系數(shù)。

  方案二：設(shè)計(jì)一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，輪胎安放在托盤(pán)上，以托盤(pán)作為連桿，連架桿可以伸縮，這樣，四桿機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能夠把備胎托起來(lái)，而且不會(huì)與轎車(chē)后備箱的其他部位干涉。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是需要對(duì)車(chē)身后備箱底部結(jié)構(gòu)做一些改進(jìn)。

  綜合上述方案，本設(shè)計(jì)確定采用方案二。

2  轎車(chē)備胎支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此備胎支架是在現(xiàn)有轎車(chē)雪弗蘭MALIBU車(chē)型的基礎(chǔ)上完成的，該車(chē)型后備箱尺寸如圖1所示。

2.1備胎托盤(pán)

備胎的托盤(pán)作為連桿機(jī)構(gòu)的連架桿，選用Q235A厚度t4鋼板沖壓成型。為了加強(qiáng)其剛度，四周圓弧折邊，為減輕托盤(pán)重量，中間采用挖空結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。

2.2  氣彈簧的選取

  目前已知備胎重量為25 kg，由三維軟件求出其體積為1.3×10 6 mm3，確定備胎托盤(pán)重量為10.2 kg，所以備胎與托盤(pán)的重量總和為35.2 kg。由備胎的初

位置和最終位置的相對(duì)關(guān)系，選定氣彈簧支架的行程為240 mm。初選氣彈簧型號(hào)為GS-22-10-240-295，以這種氣彈簧作為連架桿。圖3是該型號(hào)氣彈簧的安裝尺寸。

  下面計(jì)算此氣彈簧支架是否能滿足要求：

  備胎與備胎托架的總質(zhì)量為35.2 kg，由重力G=Mg可得G=344.46 N。

  GS系列氣彈簧支架的工作壓力為100 N～500N，現(xiàn)選取工作壓力F- 300 N�？紤]到支撐穩(wěn)定性，則選取三件同種型號(hào)氣彈簧，則F=300×3=900 N。因?yàn)镕>G，所以此氣彈簧支架滿足要求。

2.3彈簧支架安裝位置確定

  在確定氣彈簧位置時(shí)，需考慮到安裝空間的狹小，所以必須保證其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

  首先，在后備箱后端最容易干涉的部位劃出一條線，偏移40 mm作為間隙量。然后依據(jù)備胎的水平位置以及高度可以確定出SDB腳架，在備胎托盤(pán)位置右側(cè)以氣彈簧安裝支架中心為圓心，以收縮后氣彈簧的長(zhǎng)度為半徑畫(huà)圓，此圓與斜線的交點(diǎn)即為右邊氣彈簧后蓋的安裝腳架轉(zhuǎn)軸裝配位置。接著確定氣彈簧的間距，盡可能擴(kuò)大氣彈簧的間距，因?yàn)榇蟮臍鈴椈砷g距可以提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體剛度。如圖4所示，受整個(gè)空間的限制，在水平方向上氣彈簧的間距為224 mm。

2.4運(yùn)動(dòng)軌跡

  備胎的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5所示。

  在此過(guò)程中有兩個(gè)問(wèn)題需要校核：①整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程中是否會(huì)出現(xiàn)干涉；②在受力最大位置，氣彈簧能否提供足夠的壓力頂出備胎。在圖5中有備胎經(jīng)過(guò)的3個(gè)位置，在第一個(gè)位置氣彈簧開(kāi)始動(dòng)作，所以在第一個(gè)位置要驗(yàn)證氣彈簧能否提供足夠的頂出力。針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題分析如下：

  (1)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，只要備胎支架升起以后，不與后備箱蓋最低點(diǎn)發(fā)生干涉碰撞，則備胎就能順利地被舉升起來(lái)。兩處最近的直線距離為24 mm，由此可知不會(huì)出現(xiàn)干涉問(wèn)題，備胎頂出后能夠達(dá)到預(yù)定的位置。

(2)針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，首先要在裝配圖上找到氣彈簧受力最大的位置，然后進(jìn)行節(jié)點(diǎn)受力分析。根據(jù)受力分析判斷，在初始位置，托盤(pán)與氣彈簧夾角最小，是氣彈簧受力最大的位置點(diǎn)，只要在初始位置，氣彈簧能夠頂出備胎，則在其他任何位置也能夠?qū)崿F(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)分析在初始位置處氣彈簧的受力情況，如圖6所示。

  只要節(jié)點(diǎn)2對(duì)節(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)矩大于備胎重力對(duì)節(jié)點(diǎn)1的阻力矩，備胎就可以升起來(lái)。在圖6所示位置，備胎托盤(pán)與氣彈簧之間的夾角0=48. 74。，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2上兩氣彈簧水平距離L-224 mm，備胎重心與節(jié)點(diǎn)2的水平距離l=50 mm，節(jié)點(diǎn)2處安裝2根氣彈簧。則：

節(jié)點(diǎn)2對(duì)節(jié)點(diǎn)1的轉(zhuǎn)矩為：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(1)得：M2, =101. 02 Nm。

備胎對(duì)節(jié)點(diǎn)2的阻力矩為：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2)得：M阻一94.5 Nm。

  M21>M阻，并且氣彈簧升起后夾角會(huì)增大，相應(yīng)地M21會(huì)增加，M阻會(huì)減小。

最后在SolidWorks中建立所設(shè)計(jì)的轎車(chē)備胎支架三維裝配圖如圖7所示。

3結(jié)語(yǔ)

  現(xiàn)有備胎支架主要應(yīng)用在重型卡車(chē)及越野車(chē)中，而對(duì)于轎車(chē)，由于轎車(chē)空間原因，人們對(duì)轎車(chē)備胎支架的設(shè)計(jì)較少，隨著，家用轎車(chē)的社會(huì)保有量增多，女性司機(jī)增多，轎車(chē)備胎的更換相對(duì)變得很困難，此設(shè)計(jì)，原理結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，能夠減少備胎更換時(shí)的體力，通過(guò)

SolidWork動(dòng)態(tài)干涉檢查，無(wú)干涉現(xiàn)象，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4摘要：輪胎是汽車(chē)使用過(guò)程中非常重要的安全部件，每輛轎車(chē)都安裝有備胎，但由于轎車(chē)自身結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有轎車(chē)備胎大都安放在后備箱中，空間狹小，更換時(shí)比較費(fèi)力。因此，設(shè)計(jì)了一種轎車(chē)備胎安裝支架，采用氣彈簧支架，安裝布置在后備箱中，此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠減少更換備胎時(shí)的難度。