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轎車備胎支架的設計

文檔作者：張旭忠王苗苗文檔來源：運域學院機電工程系		點擊數：	更新時間： 2021年05月21日
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第1期(總第194期)
機械工程與自動化
 No.
2016年2月
 MECHANICAL. ENGINEERING 8. AUTOMATION
 Feb.
文章編號:1672-6413(2016)01-0124-02
轎車備胎支架的設計
張旭忠,王苗苗
(運域學院機電工程系,山西運城044000)
摘要:輪胎是汽車使用過程中非常重要的安全部件每輛轎車都安裝有備胎,但由于轎車自身結構的限制,
芽結
現有轎車備胎大都安放在后備箱中,空間狹小,更換時比較費力。因此,設計了一種轎車備胎安裝支架,采
用氣彈簧支架,安裝布置在后備箱中,此設計結構簡單,同時能夠減少更換備胎時的難度
關鍵詞:備胎支架;氣彈簧支撐桿;設計
中圖分類號:U463.341文獻標識碼:A
0引言
邊,為減輕托盤重量,中間采用挖空結構,見圖2
汽車輪胎是非常重要的安全部件,為了防止旅行2.2氣彈簧的選取
途中輪胎漏氣而無法繼續前行,每輛汽車都有備胎。
目前已知備胎重量為25kg,由三維軟件求出其
目前,重型車、越野車備胎都是通過備胎支架懸掛等方體積為1.3×10mm,確定備胎托盤重量為10.2kg,
式安裝在車架或車身后部,結構簡單,更換方便。而家所以備胎與托盤的重量總和為35.2kg由備胎的初
庭小轎車由于空間的限制,備胎大都安放在后備箱中,始位置和最終位置的相對關系,選定氣彈簧支架的行
在更換備胎時非常費力,尤其是女性司機,更是不能獨
程為240mm。初選氣彈簧型號為GS-22-10-240-295,
立完成備胎的更換。本文設計了一種備胎安裝支架,以這種氣彈簧作為連架桿。圖3是該型號氣彈簧的安
結構簡單,省時省力。
裝尺寸。
1轎車備胎支架方案設計
本文設計轎車用備胎安裝支架,在充分利用后備
箱狹小空間的基礎上,方便備胎的更換,而且結構簡
單。本文提出兩種方案。
方案一:聯想到抽屜的形式,將備胎放置在抽屜
最小縱深和最大縱深
1040-1920m
中,使用時,以直接抽拉的形式就可以完成。這種結構
簡單,但是,這種結構會破壞后端保險杠結構,降低汽
寬度:1030mm
車的整體安全系數。
方案二:設計一個四連桿機構,輪胎安放在托盤
圖1后備箱尺寸
上,以托盤作為連桿,連架桿可以伸縮,這樣,四桿機構
在轉動過程中能夠把備胎托起來,而且不會與轎車后
備箱的其他部位干涉。該結構簡單,但是需要對車身
后備箱底部結構做一些改進。
綜合上述方案,本設計確定采用方案二。
2轎車備胎支架結構設計
此備胎支架是在現有轎車雪弗蘭 MALIBU車型
圖2托盤
的基礎上完成的,該車型后備箱尺寸如圖1所示。
2.1備胎托盤
下面計算此氣彈簧支架是否能滿足要求:
備胎的托盤作為連桿機構的連架桿,選用Q235A
備胎與備胎托架的總質量為35.2kg,由重力G=
厚度t4鋼板沖壓成型。為了加強其剛度,四周圓弧折Mg可得G=344.46N
收稿日期:2015-09-06;修訂日期:2015-11-27
作者簡介:張旭忠(1982)男,山西呂梁人,助教,碩士
2016年第1期
張旭忠,等:轎車備胎支架的設計
125·
GS系列氣彈簧支架的工作壓力為100N~500與后備箱蓋最低點發生干涉碰撞,則備胎就能順利地
N,現選取工作壓力F=300N。考慮到支撐穩定性,被舉升起來。兩處最近的直線距離為24mm,由此可知
則選取三件同種型號氣彈簧,則F=300×3=900N不會出現干涉問題,備胎頂出后能夠達到預定的位置。
因為F>G,所以此氣彈簧支架滿足要求。
(2)針對第二個問題,首先要在裝配圖上找到氣
彈簧受力最大的位置,然后進行節點受力分析。根據
到
387
受力分析判斷,在初始位置,托盤與氣彈簧夾角最小,
是氣彈簧受力最大的位置點,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實現其運動。
350
現分析在初始位置處氣彈簧的受力情況,如圖6所示。
只要節點2對節點1的轉矩大于備胎重力對節點
圖3氣彈簧安裝尺寸
1的阻力矩,備胎就可以升起來。在圖6所示位置,備
2.3彈簧支架安裝位置確定
胎托盤與氣彈簧之間的夾角8=48.74°,節點1和節點
在確定氣彈簧位置時,需考慮到安裝空間的狹小,2上兩氣彈簧水平距離L=224mm,備胎重心與節點2
所以必須保證其在運動過程中不會出現干涉現象。
的水平距離l=50mm,節點2處安裝2根氣彈簧。則:
°
首先,在后備箱后端最容易干涉的部位劃出一條
節點2對節點1的轉矩為:
線,偏移40mm作為間隙量。然后依據備胎的水平位
 M21=2XFX sinAXL
(1)
置以及高度可以確定出SDB腳架,在備胎托盤位置右將相關數據代入式(1)得:M21=101.02Nm
側以氣彈簧安裝支架中心為圓心,以收縮后氣彈簧的
備胎對節點2的阻力矩為:
長度為半徑畫圓,此圓與斜線的交點即為右邊氣彈簧
(2)
后蓋的安裝腳架轉軸裝配位置。接著確定氣彈簧的間將相關數據代入式(2)得:Mg=94.5Nm增大,相應
距,盡可能擴大氣彈簧的間距,因為大的氣彈簧間距可
M21>Mm,并且氣彈簧升起后夾角會
以提高機械結構的整體剛度。如圖4所示,受整個空地M2會增加,M會減小
間的限制,在水平方向上氣彈簧的間距為224mm
22450
終點
節點1
節點2
位置
起點
位置
圖6初始位置處氣彈簧受力分析
最后在 Solid Works中建立所設計的轎車備胎支
158
198
架三維裝配圖如圖7所示。
422
圖4氣彈簧的起點位置與終點位置
2.4運動軌跡
備胎的運動軌跡如圖5所示。
終點位置
中770
第二位置
起點位置
圖7轎車備胎支架三維示意圖
3結語
圖5備胎運動軌跡
現有備胎支架主要應用在重型卡車及越野車中,
在此過程中有兩個問題需要校核:①整個運動行
而對于轎車,由于轎車空間原因,人們對轎車備胎支架
程中是否會出現干涉;②在受力最大位置,氣彈簧能否
的設計較少,隨著,家用轎車的社會保有量增多,女性
提供足夠的壓力頂出備胎。在圖5中有備胎經過的3
司機增多,轎車備胎的更換相對變得很困難,此設計,
個位置,在第一個位置氣彈簧開始動作,所以在第一個原理結構都很簡單,能夠減少備胎更換時的體力,通過
位置要驗證氣彈簧能否提供足夠的頂出力。針對以上 SolidWork動態干涉檢查,無干涉現象,能夠滿足設計
兩個問題分析如下:
要求。
(1)整個運動過程中,只要備胎支架升起以后,不
參考文獻和英文摘要轉第128頁)
128
機械工程與自動化
2016年第1期
部件未出現劈裂、桌椅穩定性好不易傾翻。
實物模型使用驗證表明,本文所設計的多功能桌
表1多功能桌椅的設計參數mm椅結構簡單可靠,使用方便,能夠使人員在不干擾他人
參數
數值
說明
情況下自由出入,具有一定的推廣應用價值。目前該
桌面高h
730±10
桌下空區高h
≥60
桌椅已申請國家專利并獲實用新型授權
桌面寬b
520
(ZL201420384652.5)
桌面深
320h1-h≤320,座椅靠結語
椅面高h3
410±10背有6°~10°左右的
本文針對現有固定式桌椅同排連座、出入不方便、
椅面有效深度t
320與垂直線的夾角;桌
空間不足等問題,設計了一種可自由出入人員、帶有電
椅面寬度b
源與網線接口、方便垃圾投放與清掃的多功能桌椅
靠背上緣距椅面高h
30d
的夾角
該桌椅結構簡單,使用方便,可進行模塊化組裝,具有
靠背上下緣間距h
≥100
靠背寬度b
≥300
一定的推廣應用價值。
靠背距桌面距離l
350
參考文獻:
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安全學報,2006(增刊1):20-21.
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工效學,2001,7(1):60-63.
[4]黃如民桌面學習環境:優勢、系統架構及技術[]現代
遠程教育研究,2011(2):84-88.
(a)實物一(無桌)
(b)實物二(有桌膽)
[5]楊公俠視覺與視覺環境[M].上海:同濟大學出版社
2002
圖4本文所設計桌椅的兩種實物模型
 Design of Multi-functional Tables and Chairs with Easy Access for People
 HE Yu-ling', YU Hang', YAN You-can', LIU Jia', LU Wen-bo'. FANG Jing'
 China Electric P
 Managenient, North China Electric Power University, Baoding 071003, China: 3. Department of Electric Engineering, North China Electric Power
 Unive
 ng Center. North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
 design of a new kind of multi-functional tables and chairs, aiming at overcoming the shortcomings
 as the inconvenience of people's in &amp;amp; out, lacking of space, ete. One end of the desktop is
 that people are able to freely go in and out
 ket, a net wir
 e user's
 and chairs can be freely assembled with different
 practical use of the object model shows that the proposed tables and chairs are convenient and people are able to go in and out without
 disturbing others.
 Key words: tables and chairs; easy access rotating join: modularization: multi-function
(上接第125頁)
[3]李子陽,李柏林一種備胎升降器:中國,101905716[P
參考文獻:
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汽車技術,1999(5):7-9.
2012
 Design of Car Spare Tire Bracket
 ZHANG Xu-zhong, WANG Miao-miao
A
 Abstract: Tires are very important components in cars, every car is equipped with a spare tire, due to the structure of car itself. the
 spare tire is mostly placed in the trunk, and the space is narrow, so it is di
 it is difficult for a driver to replace a tire inde
 ently. In this
 paper, a spare tire bracket installed in the trunk is designed which uses a gas spring, to make the replacement of spare tire more easier.
 Key words: spare tire bracket; air spring strut: design

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