 |
 |
 |
 |
 |
送气|礼品|维修|货运|快递|清洁|鲜花|订房|翻译|侦探|驾校|送水|保险|旅行社|平面设计|广告喷绘
一、设计创意
1、创意来源，
不管是长途汽车还是短途汽车，轮胎爆裂都是经常发生的事情，尤其是长途货运汽车，其载重量大、又长时间奔走，轮胎在高压下与地面磨擦容易发热变形，爆裂的机率很高。据我们调查，在不发生其它意外的
当轮胎爆裂后，更换轮胎的工作一般是由司机自己来完成。在换轮胎的整个工作过程中，备用胎的装卸占了很大一部分工作量。据调查，有85%的司机不满意现有的备用胎升降器，他们都认为现有升降器在装卸过程中劳动强度大，升降速度慢。这样就给本来就很辛苦的司机额外增加了体力消耗。而体力消耗对于司机的驾车安全是一个很大的考验。为使司机在更换轮胎时，能达到省力、方便、快捷、工作可靠、工作量少与工作强度低的目的，给长途货运汽车配置一套备用胎升降机构就具有十分突出的现实意义与实用意义。
2、 现有备用胎升降器的背景
现有长途货运汽车备用胎使用的升降器，是一种简单的铰链机构，其使用历史相当长，而且使用的范围也相当广，涵盖了几乎所有的货车、卡车，大部分的客车与农用车和小部分的轿车。其之所以使用历史长，使用范围广，主要是因为其结构简单、成本低、操作简便，能够在泥水的环境下使用，同时其在车梁上安装灵活方便，对安装位置的要求也不高。
升降器结构由外壳总成、链轮、主动齿轮、自锁板、轴、接杆、备用托架及链条总成组成(具体结构见下图1)。其工作原理为：转动备用胎升降器摇把使接杆13转动，通过轴5带动主动齿轮3转动，因为主动齿轮3与链轮2为内齿啮合，因此链条也开始转动，最终带动备用胎托架及链条总成16向上或向下运动，实现备用轮胎的升降动作。
3、现有备用胎升降器存在的问题
虽然现有备用胎升降器具有结构简单、操作简便、成本低等优点，但它同时也有最致命的缺点。调查还显示：当升降器使用的时间长或是使用次数多时，在升起备用胎时就会发生打滑的现象；摇动转轴时，由于粉尘泥沙堵塞的原故，摇动起来相当吃力，劳动强度很大；同时由于转轴轴径小，转动一圈升降的长度短，因此装卸速度慢；轮胎主要是由链条卡在链轮上，将其吊起，故不够牢靠，时有发生轮胎在行走中丢失，同时也极易被盗，有不少司机为解决这一问题，自己对升降器进行了部分改装。概括起来，现有备用胎升降器所具有的几个突出问题是：
3、1使用不方便；
3、2装卸时劳动强度大；
3、3装卸速度慢；
3、4安装后不够牢固易丢失轮胎
4、改进思路
4、1改手动为全自动，极大的降低劳动强度；
4、2在升降过程中实现转位，使轮胎卸下后直立在地面上；
4、3改变铰链——滑轮方式，防止在装卸过程中打滑。
二、作者参与制造的程度
1、设计过程
1、1对自动升降机构的初步设想
从解决现有备用胎升降器的突出问题着手，我们准备设计一种劳动强度小、工作可靠、操作方便、安全可靠的新型备用胎自动升降机构。
初步设想该新型机构的操作步骤是：松开所有固定螺栓或紧固件— 轮胎翻转90°—轮胎垂直降落在地面—取出轮胎（保持轮胎呈直立状态），完成卸轮胎的工作。装轮胎则按与以上动作相反的顺序进行。
1、2动力源的分析
在动力源方面，汽车可提供的动力有：液压、气压、电以及发动机输出的机械传动，由于机构安装处远离发动机与变速箱，首先不考虑使用发动机输出的机械传动动力。在液压、气压、电方面，则各有优缺点。对于液压，它能提供足够大的压力，动力源可以得到很好的保证，而且构件也可以设计的小些，但如果是与汽车液压系统共用一个系统的话，将会导致汽车转向系统不稳定（注：现在的货运卡车系列汽车，其转向都是液压控制。），这样，对汽车的行车安全构成一定的影响。当然，也可以另外设计一套液压系统，但这样会增加额外的成本。另外，为了驱动液压泵，汽车发动机需要发处于工作状态，这一点，很多司机都不赞同。对于气压，由于有储能灌，可以实现一定程度的相对独立，但使用气压的构件要求比较大，而且实现双向作用比较困难。而在我们的设计构想中，希望能获得一种相对独立于汽车所提供的动力，这样电能相比其它两种有一定的优势，但这样机构中需加一个电动机，而电动机在这样的环境下工作，未必能胜任，同时由于汽车里提供的电压有限，电压才24V，另外还有随气节变化而电压不稳定的缺点。
经过了我们的综合分析，最后，我们决定采用气压传动为动力。一般的长途货运汽车都配有最大工作压力为8MPa的空气压缩机。
1、3工作要求、工作环境的分析
在本课题中，将以春兰长途货运汽车为研究对象，其型号是：春兰汽车厢式车系列—NCL5150XXYA型号；额定载质量：7000kg；最大总质量：15480kg；轮胎规格：10.00—20；钢板弹簧片数：前9后10+8；（注：以上数据均是汽车刚出厂时的数据，购买后，用户一般要根据自己的需要进行改装）。在调查研究中，所接触到该类型汽车（还有东风、解放、红岩、三菱、五十铃等）其轮胎规格均是11.00—20，钢板弹簧片数也都根据自己需要进行了相应的增加，但不同的用户其钢板弹簧片数不同。汽车车厢底面离地面的高度因此也不全相同，根据实际测量，从1300mm—1400mm，本课题所选汽车其车厢底面离地面高度为：1300mm
升降机构安装在汽车大梁上，轮胎安装在支架上，其位置在汽车大梁下面，轮胎在运动的过程中，要保证运动不会发生干涉，轮胎翻转时不能碰到地面，也不能碰到上面的车厢。由于升降机构安装在汽车后轮的后面，泥沙、灰尘与水的混合物等杂物较多，同时汽车在行走中也会使机构产生振动，因此升降机构的工作可靠性要高，能适应这样的工作环境。
1、4自动升降机构的工作原理分析及总体结构
1）、 自动升降机构的任务、基本组成
自动升降机构的任务是把汽车备用胎从悬挂的状态翻转后竖立放在地面，然后将轮胎卸下；更换轮胎后，将轮胎从竖立的状态升上翻转后悬挂在车架的下面，最后将其紧固。
备用轮胎自动升降机构主要由如下六部分组成：
①、支架
支架安装在汽车大梁上，是整个升降机构的基体。也是用于安装导轨的地方，同时也是轮胎的最后固定地方。
②、滑板、卡板
用于连接轮胎与升降机构。
③、导轨
卡板将沿着导轨上下升降，使轮胎能够上下运动。
④、互锁机构
此机构用于当导轨翻转到垂直于地面时，将其卡住，使导轨处在垂直状态；
⑤、气缸
提供动力源
轮胎的安装：
开气源,调节换向阀;气缸收缩,给滑板一个大小为F的拉力，滑板向上运动;滑板上升到最高点的瞬间,碰爪把卡爪从转轴的止口完全顶出（图4所示）；此时,导轨连同滑板绕转轴一起沿顺时钟方向翻转,由于碰爪与止动销起作用(碰爪的1/4圆弧段与转轴同心,在滑板的翻转过程中,限制导轨与滑板相对滑动; 气缸维续工作,滑板连同导轨维续翻转,直到90°极限位置处；插入螺栓,把轮胎、滑板和卡板的结合体固定在支架上，最后在螺栓上上锁（如图6所示），完成了轮胎的安装。
轮胎卸下：
先充气，调节挽向阀；再卸锁，卸螺栓（如图7所示）；气缸开始伸长，滑板受到一个大小为F的推力，轮胎绕转轴转动，由于防滑器与防滑钉起作用，滑板与导轨没有相对滑动；气缸继续工作；当轮胎翻转到90°度时，止转销与止动销起到一个限位作用，导轨、滑板结合体不能再绕逆时针方向翻转，只能沿垂方向滑动；此时，卡爪受到弹簧力的作用重新卡到转轴止口口上；此时，滑板只能沿导轨向下滑动，直到轮胎与地面接触；卸锁，卸螺栓，最后推出轮胎，完成轮胎的卸下。
在很多情况下，路面都是高低不平的，导致轮胎的装卸工位不同，对司机或汽车维修人员带来不便。在自动升降机构上增加具有制动功能的机构，使轮胎的装卸工位可调，方便轮胎的装取。
1、5自动升降机构的总体方案及其可行性分析
通过对货运司机、汽车修理工、汽车学徒的问卷调查，获得了他们对这一机构的意见、建议各基本数据，同时，对春兰、东风、解放、五十铃、红岩、三菱等当今常用货运车型进行了详细调研，在具体分析了各车型车厢底部离地面高度，机构可能的工作环境、对机构的工作要求后，在尽可能满足这些要求的基础上，确定备用胎自动升降机构的总体方案。
1）、四个极限位置
以下为机构装有轮胎时的四个运动极限位置图:
极限位置一：该位置为轮胎安装在备胎支架上的初始位置，这种安装方法也是现在大多数汽车备用胎的安装方法，属于一种吊装。在这里轮胎是通过两组共六颗螺栓吊装在备胎支架上的。因为是使用了螺栓固定，保证了汽车在行走时不会丢失，同时，具有一定的防盗功能。如果最后的连接螺栓加锁，就可以起完全的防盗作用。
通过测量（如上图所示），轮胎的最底部离地距离为500mm，车厢最底部（其实是支承车厢的横梁底面）离地距离为1300mm。
极限位置二：该位置为轮胎在翻转时离地面距离最短的极限位置，(粗实线是从旋转中心到轮胎左下角的一段辅助说明线)，当该粗实线与地面成90°即与地面完全垂直时，由圆的定理可以知道，此时轮胎左下角离地面距离最短，通过测量（如上图所示），此时距离为60mm。该距离对于我国现在大部分路况来说是可以满足要求的（注：2003年我国公路基本情况。全国公路综合情况：截止2003年底，全国公路总里程达1809828公里。其中高速公路29745公里；高级路面344271公里。公路路面铺装情况：2003年，全国公路路面铺装率为91.02%。其中国省道铺装率为97.97%；全国公路高级、次高级路面铺装率为43.55%。），并且轮胎在出现问题时首先是将车身顶起，这样又产生了一个高度，因此这个距离是可以保证轮胎在翻转时不会碰到地面
极限位置三：该位置为轮胎从初始位置旋转90°后的另一个极限位置，到达这个位置后，定位块开始起作用，将导轨定位在与地面垂直的位置上，接着取出止动销轮胎开始下滑。
通过测量，此时轮胎的下胎面离地距离为100mm。而轮胎上胎面很明显离车厢底部有一段距离，不管这距离是多少只要有就可以保证轮胎在在翻转时不会碰到上面的车厢，因为这一距离不会因为外界的因素而发生变化
极限位置四：该位置为轮胎完全放下即轮胎下胎面紧贴地面时的极限位置。在这里，假设地面是不存在的，轮胎将沿导轨下滑直到遇上障碍物时才会停止，这样，它通过的距离就是它的总距离，经过测量，总距离为110mm，而轮胎的下胎面到地面的实际距离为100mm。因此，该导程的总距离可以满足轮胎的下滑到地面。
1、6创新点
1）、全自动代替纯机械操作，极的降低劳动强度；
2）、固定轮胎装卸动作，防止轮胎在装卸过程中打滑；
3）、在轮胎的升降过程中实现翻转，使轮胎卸下后呈直立状态，方便装取轮胎；
4）、在气压系统中安装节流阀，使装卸速度可调；
5）、轮胎最后固定在支架上，防止轮胎在行车过程中丢失；
6）、在轮胎与支架的连接螺栓上安装锁，防止轮胎被盗。
1、7升降机构的设计计算与强度校核
轮胎重量为100kg，机构重为15kg，气缸缸径D为50mm，活塞杆杆径d为20mm，摩擦系数0.15（钢与钢的摩擦系数由机械设计课程设计手册，表1—10 常用材料的摩擦系数查的）
1）、 气缸的选择
(1) 轮胎在上升时所需力的计算:
① 当轮胎处在极限位置四（如图14所示）时，其受力图如下图所示：
数控线切割（DK7725 ）、万能升降铣床（X62W）、氩弧焊等。
2）、样品加工所使用的材料
支架：不锈钢中空方管，
3）、主要加工工艺
样品的主要加工工艺是车削、焊接、钻孔、铣削等。
4）、各部件加工制造
①支架总成：支架总成由支架、爪口、止转销组成
导轨：
毛坯材料是材质为Q235的圆棒，其直径为15mm，长度为180mm。
1、先车一端面，车削至179mm，钻中心孔；调头，车另一端面，车削到178mm,钻中心孔。
2、在孔a位置锉削一个平面；划线，确定孔的具体位置，打样冲眼；接着钻孔大小为φ6的孔（先用φ3钻小孔，再用φ6扩孔）。
3、靠近孔端用顶针顶住，另一端夹在卡盘上；车外圆直径及倒角；调头，车槽，车外圆，倒角，车螺纹。
转轴：
毛坯材料是材质为Q235的圆棒，其直径为25mm，长度为67mm。
先车一端面，车削至66mm，钻中心孔，调头；
车另一端面，车削至65mm，钻中心孔。
3、车φ14的外圆直径（要多次走刀）及45mm的长度尺寸，倒角；调头，车台阶Ⅰφ24的外圆尺寸及6mm的长度尺寸，
4、车台阶Ⅱφ18mm的外圆尺寸及2mm的长度尺寸。
5、车削槽。
6、车将加工螺纹处的外圆直径。
7、对各需要倒角的地方倒角，车螺纹。
弯头：以外购方式获得
导轨的装配：
把导轨、转轴安装到弯头上，划线，确定止口的位置；用电火花线切割加工槽b。
③滑板总成：滑板总成由滑块、耳座及两块碰爪组成。
滑块与碰爪通过圆锥销联接而成。
滑块与耳座通过化学物质粘合而成
单件铣削如图所示零件，毛坯是长130mm，宽112mm，高45mm的铝合金板材。
根据零件的特点和单件生产的特点，此零件适宜在卧式铣床上铣削加工，采用平口钳进行安装。铣削分两个阶段进行：
第一步：铣出基本形状
以A为定位（粗）基准，铣平面B到120mm;
以已加工面C为定位（精）基准，紧贴钳口,铣削平面C至尺寸128mm；
以B和C面为定位基准B面紧靠钳口C面置于平行垫铁上，铣平面A到126mm；
以C和B面为定位基准，C面紧靠钳口，B面置于平行垫铁上，铣平面D到118mm；
以B面和E面为定位基准，B面紧靠钳口，同时使C或A面垂直于工作台平面，铣平面为43mm；
以B面和E面为定位基准，B面紧靠钳口，E面紧贴平行垫铁，铣平面F到40mm;
以A面和F面为定位基准，铣E面上的直通槽，尺寸为宽48mm，深为34mm,
以B面和E面为定位基准，铣直通槽，尺寸为宽48mm,深34mm。
第二步：钻孔
1、划线，确定φ20孔的位置尺寸，打样冲眼，先用φ3的钻头钻小孔，然后分别用φ5、φ8、φ12、φ16、φ20等规格的钻头进行扩孔；最后用φ20的铰刀铰孔。
2、划线，确定φ10孔的位置，打样冲眼，先用φ3钻小孔，然后用φ6扩孔，最后用φ10扩孔。
第三步：手工修磨
碰爪、卡爪
碰爪是利用电火花切割加工而成。为了能达到两块碰爪尺寸一致，选用碰爪厚度尺寸两倍的坯料，加工碰爪牙外形，再平分。
电火花线切割加工流程：
编程→仿真→对丝→加工→零件
最后，把切割好的碰爪修磨光滑。
用同样的方法加工卡爪。
滑板的装配
划线，确定耳座在滑块上的位置，用化学物质把耳座粘在滑块上（考虑到本模型受力不大，用化学物质粘贴就可以达到要求）。
2、3制作加工总结
从作品的设计到制造的全部过程都是由我们自己完成，指导老师的工作只是在我们的工作遇到困难的时候提供理论上的帮助和意见。加工过程虽然很烦锁和困难，但通过团队的努力还是一一解决了，大大提高了自我的动手能力
。
三、重视知识产权的程度
在制作作品三维图和工程图中我们运到的软件为：UG。这是我们学校经过授权的正版软件。这不仅提高了我们对正版软件操作的熟练程度，也是对作品制作的重示。通过团队的长期努力，作品成功的提交了专利申报文件。而且经过调查，此技术在同类产品中具有唯一性，是真正的创新产品。
四、实用价值
1、 升降机构生产成本估算
该升降机构的技术经济指标的初步估算，从最初的构想中，就考虑了它的加工工艺，从它的制造成本与使用环境出发，本着实用的原则。它的加工工艺与加工方法都很简单，主要是一些焊接与钻孔等加工方法，当中只有一个零件需要车削与弯曲。而它的动力系统组件气缸采用的是外购的方法来获得。气缸是该升降机构系统占成本最大的部分，从市面上同类的产品作参照，气缸大概是150元左右，机构部分由于所使用的材料是普通的钢材，以及它的加工法加工艺都简单，大概估算50元就可以制造出来。因此，初步估算该升降机构系统大概的成本为200元左右。
2、升降机构的市场价值及实用价值估算
随着我国经济的不断发展，市场的不断扩大和更具有活力，必定会带动物流业的发展，据2002年的统计，我国物流市场正以每年30％的速度递增。中国物流与采购联合会副会长丁俊发在2002年9月26日举行的《中国物流年鉴》首发式说,按照世界银行估算，2001年中国国民经济的物流成本为1.6万亿元人民币，中国物流业的产业基础已初步形成。随着这一产业的形成与发展，则物流运输设备——商品配送车辆及专用运输车辆也定会增加，在这些车辆中有很大一部为货运卡车。从汽车工业协会上了解到，2003年中国卡车销量为122万辆。因此，随着我国物流业的发展，货运卡车也肯定会不断的增长。如果每辆货运卡车都安装这样的升降机构，以每辆车安装两套，以2003年我国卡车销量122万辆来计算，则2003年就需要244万套这样的升降机构，如果以每套200元计算，则2003年就有4.88亿的市场空间。而近年来，我国的卡车销售量都在每年递增。由此可见，如果这一产品能成功推向市场，其前景不可限量，它将会有一个很广阔的市场。
随着我国经济的不断发展，市场的不断扩大和更具有活力，必定会带动物流业的发展，据2002年的统计，我国物流市场正以每年30％的速度递增。中国物流与采购联合会副会长丁俊发在2002年9月26日举行的《中国物流年鉴》首发式说,按照世界银行估算，2001年中国国民经济的物流成本为1.6万亿元人民币，中国物流业的产业基础已初步形成。随着这一产业的形成与发展，则物流运输设备——商品配送车辆及专用运输车辆也定会增加，在这些车辆中有很大一部为货运卡车。从汽车工业协会上了解到，2003年中国卡车销量为122万辆。因此，随着我国物流业的发展，货运卡车也肯定会不断的增长。如果每辆货运卡车都安装这样的升降机构，以每辆车安装两套，以2003年我国卡车销量122万辆来计算，则2003年就需要244万套这样的升降机构，如果以每套200元计算，则2003年就有4.88亿的市场空间。而近年来，我国的卡车销售量都在每年递增。由此可见，如果这一产品能成功推向市场，其前景不可限量，它将会有一个很广阔的市场。