作者；郑晓敏
本文设计了一种备胎安装支架，结构简单，省时省力。
1 轿车备胎支架方案设计
本文设计轿车用备胎安装支架，在充分利用后备箱狭小空间的基础上，方便备胎的更换，而且结构简单。本文提出两种方案。
方案一：联想到抽屉的形式，将备胎放置在抽屉中，使用时，以直接抽拉的形式就可以完成。这种结构简单，但是，这种结构会破坏后端保险杠结构，降低汽车的整体安全系数。
方案二：设计一个四连杆机构，轮胎安放在托盘上，以托盘作为连杆，连架杆可以伸缩，这样，四杆机构在转动过程中能够把备胎托起来，而且不会与轿车后备箱的其他部位干涉。该结构简单，但是需要对车身后备箱底部结构做一些改进。
综合上述方案，本设计确定采用方案二。
2 轿车备胎支架结构设计
此备胎支架是在现有轿车雪弗兰MALIBU车型的基础上完成的，该车型后备箱尺寸如图1所示。
2.1备胎托盘
备胎的托盘作为连杆机构的连架杆，选用Q235A厚度t4钢板冲压成型。为了加强其刚度，四周圆弧折边，为减轻托盘重量，中间采用挖空结构，见图2。
2.2 气弹簧的选取
目前已知备胎重量为25 kg，由三维软件求出其体积为1.3×10 6 mm3，确定备胎托盘重量为10.2 kg，所以备胎与托盘的重量总和为35.2 kg。由备胎的初
位置和最终位置的相对关系，选定气弹簧支架的行程为240 mm。初选气弹簧型号为GS-22-10-240-295，以这种气弹簧作为连架杆。图3是该型号气弹簧的安装尺寸。
下面计算此气弹簧支架是否能满足要求：
备胎与备胎托架的总质量为35.2 kg，由重力G=Mg可得G=344.46 N。
GS系列气弹簧支架的工作压力为100 N～500N，现选取工作压力F- 300 N。考虑到支撑稳定性，则选取三件同种型号气弹簧，则F=300×3=900 N。因为F>G，所以此气弹簧支架满足要求。
2.3弹簧支架安装位置确定
在确定气弹簧位置时，需考虑到安装空间的狭小，所以必须保证其在运动过程中不会出现干涉现象。
首先，在后备箱后端最容易干涉的部位划出一条线，偏移40 mm作为间隙量。然后依据备胎的水平位置以及高度可以确定出SDB脚架，在备胎托盘位置右侧以气弹簧安装支架中心为圆心，以收缩后气弹簧的长度为半径画圆，此圆与斜线的交点即为右边气弹簧后盖的安装脚架转轴装配位置。接着确定气弹簧的间距，尽可能扩大气弹簧的间距，因为大的气弹簧间距可以提高机械结构的整体刚度。如图4所示，受整个空间的限制，在水平方向上气弹簧的间距为224 mm。
2.4运动轨迹
备胎的运动轨迹如图5所示。
在此过程中有两个问题需要校核：①整个运动行程中是否会出现干涉；②在受力最大位置，气弹簧能否提供足够的压力顶出备胎。在图5中有备胎经过的3个位置，在第一个位置气弹簧开始动作，所以在第一个位置要验证气弹簧能否提供足够的顶出力。针对以上两个问题分析如下：
(1)整个运动过程中，只要备胎支架升起以后，不与后备箱盖最低点发生干涉碰撞，则备胎就能顺利地被举升起来。两处最近的直线距离为24 mm，由此可知不会出现干涉问题，备胎顶出后能够达到预定的位置。
(2)针对第二个问题，首先要在装配图上找到气弹簧受力最大的位置，然后进行节点受力分析。根据受力分析判断，在初始位置，托盘与气弹簧夹角最小，是气弹簧受力最大的位置点，只要在初始位置，气弹簧能够顶出备胎，则在其他任何位置也能够实现其运动。现分析在初始位置处气弹簧的受力情况，如图6所示。
只要节点2对节点1的转矩大于备胎重力对节点1的阻力矩，备胎就可以升起来。在图6所示位置，备胎托盘与气弹簧之间的夹角0=48. 74。，节点1和节点2上两气弹簧水平距离L-224 mm，备胎重心与节点2的水平距离l=50 mm，节点2处安装2根气弹簧。则：
节点2对节点1的转矩为：
将相关数据代入式(1)得：M2, =101. 02 Nm。
备胎对节点2的阻力矩为：
将相关数据代入式(2)得：M阻一94.5 Nm。
M21>M阻，并且气弹簧升起后夹角会增大，相应地M21会增加，M阻会减小。
最后在SolidWorks中建立所设计的轿车备胎支架三维装配图如图7所示。
3结语
现有备胎支架主要应用在重型卡车及越野车中，而对于轿车，由于轿车空间原因，人们对轿车备胎支架的设计较少，随着，家用轿车的社会保有量增多，女性司机增多，轿车备胎的更换相对变得很困难，此设计，原理结构都很简单，能够减少备胎更换时的体力，通过
SolidWork动态干涉检查，无干涉现象，能够满足设计要求。
4摘要：轮胎是汽车使用过程中非常重要的安全部件，每辆轿车都安装有备胎，但由于轿车自身结构的限制，现有轿车备胎大都安放在后备箱中，空间狭小，更换时比较费力。因此，设计了一种轿车备胎安装支架，采用气弹簧支架，安装布置在后备箱中，此设计结构简单，同时能够减少更换备胎时的难度。
