專利名稱：一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪轂動(dòng)平衡檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)。

背景技術(shù)：
由于材料和制造工藝的限制，輪轂不同程度都會(huì)存在質(zhì)量分布不均勻或質(zhì)量中心與輪胎集合中心不重合的問題，即輪轂動(dòng)不平衡。根據(jù)相關(guān)的力學(xué)原理，存在一定質(zhì)量偏心的輪轂，在高速旋轉(zhuǎn)的情況下必定會(huì)產(chǎn)生交變的徑向力，從而引起汽車的振動(dòng)或產(chǎn)生很大的噪聲，也會(huì)影響到汽車運(yùn)行的速度、舒適度或平穩(wěn)度。如果輪胎的動(dòng)不平衡量過大，嚴(yán)重的還會(huì)損壞汽車零部件，甚至引起交通事故。
中國專利申請(qǐng)200410023842.5公開了一種輪胎動(dòng)不平衡的測量方法，該方法通過多傳感器測得的信號(hào)與輪胎動(dòng)不平衡量建立線性模型，可以準(zhǔn)確測得動(dòng)不平衡量的大小。
上述方法只是一種簡單的靜力學(xué)分析的方法，它實(shí)際上只能作為動(dòng)平衡測量原理的一部分，根據(jù)這個(gè)原理是無法獨(dú)立測量出動(dòng)不平衡量的。其缺點(diǎn)一是原理簡單，沒有考慮動(dòng)不平衡可能存在相位，可以在不同的垂直平面上，無法使用力矩平衡原理，同時(shí)只測量兩個(gè)力傳感器的幅度，沒有考慮力傳感器輸出隨著時(shí)間變化存在的相位概念，無法使用力的平衡原理，因此它不是可以獨(dú)立應(yīng)用的動(dòng)平衡測量原理。第二，這個(gè)方法雖然是立式動(dòng)不平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)，也具有傳感器無需承受重量的優(yōu)點(diǎn)，但是它由于它采用的兩個(gè)傳感器都是水平的，無法通過數(shù)學(xué)方法解耦測量上下不平衡量與兩路傳感器測量值之間的關(guān)系，使得需要考慮的傳導(dǎo)比例更多，其傳導(dǎo)函數(shù)也較解耦測量復(fù)雜，造成標(biāo)定步驟比較多，而且標(biāo)定的結(jié)果精度不如解耦測量高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，該動(dòng)平衡機(jī)將力傳感器的測量值與輪轂動(dòng)不平衡量建立線性模型，可以準(zhǔn)確知道動(dòng)不平衡量的大小和位置。
一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，包括機(jī)架和控制機(jī)構(gòu)，機(jī)架上設(shè)有豎直設(shè)置用于支承輪轂并帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸，主軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，頂部設(shè)有由氣缸驅(qū)動(dòng)用于夾緊輪轂的夾套，所述的主軸底端連接有水平的應(yīng)力板，應(yīng)力板附近設(shè)有分別測量輪轂振動(dòng)豎直分量和水平分量的豎直力傳感器和水平力傳感器，控制機(jī)構(gòu)接收豎直力傳感器和水平力傳感器的測量值，根據(jù)公式(I)計(jì)算求出輪轂上、下兩個(gè)端面動(dòng)不平衡量的大小和相位， (I)

表示輪轂上端面動(dòng)不平衡量的大小和相位，

表示輪轂下端面動(dòng)不平衡量的大小和相位；

分別表示水平力傳感器和豎直傳感器的測量值；

表示機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的輪轂上端面動(dòng)不平衡量的大小和相位，

表示機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的輪轂下端面動(dòng)不平衡量的大小和相位；

表示

與

之間的線性關(guān)系系數(shù)，

表示

與

之間的線性關(guān)系系數(shù)，

表示

與

之間的線性關(guān)系系數(shù)，

表示

與

之間的線性關(guān)系系數(shù)。
由運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算可以得到，

和

是大小隨時(shí)間成正弦變化的矢量，輪轂旋轉(zhuǎn)一周正好是

和

正弦變化一個(gè)周期，因?yàn)檩嗇灥膭蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，

和

也可以看成大小隨輪轂旋轉(zhuǎn)相位變化的矢量。
跟據(jù)力的平衡以及力矩平衡原理，以

為例，它由三部分組成，第一部分是輪轂上端面不平衡量形成的上不平衡離心力對(duì)水平分量

的貢獻(xiàn)，可以表述為第二部分是輪轂下端面不平衡量形成的下不平衡離心力對(duì)水平分量

的貢獻(xiàn)，可以表示為第三部分為靜受力(機(jī)械結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)應(yīng)力)

所以水平分量

可以表是為同理豎直力傳感器的測量值可以表示為如此便可以得到如下方程(II) 當(dāng)測量的輪轂型號(hào)以及機(jī)器確定時(shí)，

均為常數(shù)，在測量前，這些參數(shù)是未知，需要通過標(biāo)定程序來確定，具體操作步驟如下 選取任一與被測輪轂同類型的輪轂，并在該輪轂上下兩個(gè)端面的不同位置多次加載標(biāo)準(zhǔn)不平衡塊(比如已知重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼)，驅(qū)動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取水平力傳感器的測量值

和豎直力傳感器的測量值

，因?yàn)檩嗇灥膭?dòng)不平衡量的大小和相位是已知的(就是不平衡塊的大小和位置)，直接輸入方程(II)，聯(lián)立方程組。有時(shí)為了解算方程(II)更加精確，方程的數(shù)目會(huì)超過未知參數(shù)的數(shù)目，此時(shí)需用最小二乘法來求解方程(II)的未知參數(shù)。
求出未知參數(shù)后，求解方程(II)的反函數(shù)，得到方程(III) 其中表示機(jī)械結(jié)不均勻造成的動(dòng)不平衡量。但在實(shí)際標(biāo)定的過程中，一般不采用標(biāo)準(zhǔn)輪轂(本身沒有不平衡量的輪轂)，而僅僅是取一個(gè)普通的有不平衡的輪轂來做標(biāo)定，那么在上面標(biāo)定步驟中求出的方程參數(shù)實(shí)際上不但包含機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的動(dòng)不平衡量，還包括用于標(biāo)定的輪轂含有的動(dòng)不平衡量，造成實(shí)際測量不夠精確的問題。
為了去除中用于標(biāo)定的輪轂含有的動(dòng)不平衡量，得到僅僅包含機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的動(dòng)不平衡量，本發(fā)明標(biāo)定之后需進(jìn)行偏心補(bǔ)償，將表示為如下等式 代表機(jī)械結(jié)構(gòu)不均衡造成的動(dòng)不平衡量，代表用于標(biāo)定的輪轂所包含的動(dòng)不平衡量，代入方程(III)，得到如下等式(IV)。
偏心補(bǔ)償方法如下 (1)去除標(biāo)定過程中加載在輪轂上的標(biāo)準(zhǔn)不平衡塊，旋轉(zhuǎn)測量一次。
(2)步驟(1)結(jié)束后，將輪轂相對(duì)于支撐機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180步旋轉(zhuǎn)，同樣旋轉(zhuǎn)測量一次。
(3)將輪轂從主軸上取下，空轉(zhuǎn)主軸，測量一次。
分別讓方程(IV)中輪轂所包含的不平衡量等于聯(lián)立三個(gè)方程，將第一次測量得到的方程和第二次測量得到的方程相加，可以去除用于標(biāo)定的輪轂所包含的不平衡量，從而精確計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻所帶來的動(dòng)不平衡量 從而可以得到方程(I) 這個(gè)方程可以用于同類型輪轂的動(dòng)平衡測量。
所述的主軸由設(shè)于中心的氣缸、外套以及氣缸與外套之間軸承組成，氣缸的活塞桿與夾套相連。
所述的主軸的外圓周固套有皮帶輪，皮帶輪與電機(jī)通過皮帶相連，電機(jī)工作時(shí)驅(qū)動(dòng)皮帶輪和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的電機(jī)底部設(shè)有用于跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度的編碼器。
所述的應(yīng)力板下端面設(shè)有至少兩個(gè)凸塊，每個(gè)凸塊與水平力傳感器或豎直力傳感器的感應(yīng)部位接觸。
本發(fā)明動(dòng)平衡機(jī)采用立式動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)，令傳感器無需承擔(dān)機(jī)器機(jī)械單元的重量，提高了傳感器測量的靈敏度。
本發(fā)明動(dòng)平衡機(jī)采用硬支撐結(jié)構(gòu)可以讓動(dòng)平衡測量中無需對(duì)每個(gè)輪轂都進(jìn)行標(biāo)定，只要對(duì)一類輪轂進(jìn)行標(biāo)定就可以了。
本發(fā)明動(dòng)平衡機(jī)數(shù)學(xué)模型完整地考慮了動(dòng)不平衡量的幅度和相位，傳感器的幅度和相位，并采用輸入輸出系統(tǒng)分析的方法，將前者作為輸入，后者作為輸出，求解傳導(dǎo)函數(shù)，完整考慮零輸入響應(yīng)，也就是加載無不平衡時(shí)的輪轂時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻帶來的不平衡導(dǎo)致的輸出響應(yīng)，所有輸入輸出的比例和相移關(guān)系，比較符合實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在測量機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻帶來的不平衡時(shí)，巧妙的用偏心補(bǔ)償?shù)娜齻€(gè)步驟去除標(biāo)定輪轂本身可能的不平衡量影響，可以讓標(biāo)定過程不必使用無不平衡的標(biāo)準(zhǔn)輪轂。



圖1為本發(fā)明輪轂動(dòng)平衡檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1所示裝置應(yīng)力板局部的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 如圖所示，一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，包括機(jī)架1，機(jī)架上設(shè)有豎直設(shè)置的主軸2，主軸2由包括3層，內(nèi)層為氣缸3，外層為外套，中間層為軸承，外套可繞氣缸3轉(zhuǎn)動(dòng)。
主軸2為一支承輪轂的平臺(tái)，附近設(shè)有用于夾緊輪轂的夾套4，夾套4與氣缸3的活塞桿相連，依靠氣缸3驅(qū)動(dòng)；外套下部固套有一皮帶輪5，皮帶輪5通過皮帶6與一電機(jī)7相連，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)皮帶輪5、主軸2以及夾套4一起轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)7底部設(shè)有一用于跟蹤電機(jī)7轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度的編碼器12，依靠它可以將電機(jī)7和主軸2旋轉(zhuǎn)至輪轂上、下兩個(gè)端面動(dòng)不平衡量，而在控制機(jī)構(gòu)13上顯示不平衡量的大小。
主軸2底部設(shè)有一水平的應(yīng)力板8，應(yīng)力板8下端面設(shè)有3個(gè)凸塊11，附近設(shè)有2個(gè)水平力傳感器9和1個(gè)豎直力傳感器10，每個(gè)力傳感器的感應(yīng)部位分別與一凸塊11接觸。
上述動(dòng)平衡機(jī)還包括一控制機(jī)構(gòu)13，該控制機(jī)構(gòu)13控制氣缸3和電機(jī)7工作，并接收水平力傳感器9和豎直力傳感器10的測量值，計(jì)算得到輪轂14上下兩個(gè)端面動(dòng)不平衡量的大小和位置。
上述動(dòng)平衡機(jī)的檢測方法如下 將與待測輪轂同型號(hào)的任一輪轂置于轉(zhuǎn)軸2上，控制機(jī)構(gòu)13給電機(jī)7和氣缸3發(fā)出信號(hào)，氣缸3的活塞桿伸長，夾套4夾緊輪轂，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第一測量；測量結(jié)束，將主軸2停止在零度位置，在輪轂上端面0度位置加載10g砝碼，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第二次測量；測量結(jié)束，將主軸2停止在180度位置，在輪轂上端面180度位置加載10g砝碼，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第三次測量；測量結(jié)束，將主軸2停止在0度位置，在輪轂下端面0度位置加載10g砝碼，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第四次測量；測量結(jié)束，將主軸2停止在180度位置，在輪轂下端面180度位置加載10g砝碼，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第五次測量。
上述5次測量的動(dòng)不平衡量分別等于



上述5次測量水平力傳感器9和豎直力傳感器10的測量值分別為



代入得到各參數(shù)

由于

不精確，不能代表機(jī)械機(jī)構(gòu)不均勻造成的動(dòng)不平衡量，需要進(jìn)行偏心補(bǔ)償，具體如下 接上述第5次測試，將輪轂相對(duì)主軸2旋轉(zhuǎn)180度，并取下砝碼，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行第6次測試；測試結(jié)束，取下輪轂，機(jī)器在沒有輪轂的情況下空轉(zhuǎn)，進(jìn)行第7次測試， 將第1、6、7次的測量結(jié)果分別為



三次測量中輪轂本身的動(dòng)不平衡量分別等于 代入如下方程
求出
最終得到該類型的輪轂動(dòng)不衡量計(jì)算方程為
將待測輪轂放置主軸2上，用夾套4夾緊，驅(qū)動(dòng)輪轂旋轉(zhuǎn)，得到垂直傳感器輸出信號(hào)為7.548Hz382.7mV48.2度；水平傳感器輸出信號(hào)為7.547Hz253.5mV163.6度。
即

代入上面的解算方程可以得到上下不平衡量分別為

權(quán)利要求
1、一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，包括機(jī)架(1)和控制機(jī)構(gòu)(13)，機(jī)架(1)上設(shè)有豎直設(shè)置用于支承輪轂并帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸(2)，主軸(2)由電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)，頂部設(shè)有由氣缸(3)驅(qū)動(dòng)用于夾緊輪轂的夾套(4)，其特征在于所述的主軸(2)底端連接有水平的應(yīng)力板(8)，應(yīng)力板(8)附近設(shè)有分別測量輪轂振動(dòng)豎直分量和水平分量的豎直力傳感器(10)和水平力傳感器(9)，控制機(jī)構(gòu)(13)接收豎直力傳感器(10)和水平力傳感器(9)的測量值，根據(jù)公式(I)計(jì)算求出輪轂上、下兩個(gè)端面動(dòng)不平衡量的大小和相位，
(I)
表示輪轂上端面動(dòng)不平衡量的大小和相位，
表示輪轂下端面動(dòng)不平衡量的大小和相位；
分別表示水平力傳感器和豎直力傳感器的測量值；
表示機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的輪轂上端面動(dòng)不平衡量的大小和相位，
表示機(jī)械結(jié)構(gòu)不均勻造成的輪轂下端面動(dòng)不平衡量的大小和相位；
表示
與
之間的線性關(guān)系系數(shù)，
表示
與
之間的線性關(guān)系系數(shù)，
表示
與
之間的線性關(guān)系系數(shù)，
表示
與
之間的線性關(guān)系系數(shù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，其特征在于所述的主軸(2)由設(shè)于中心的氣缸(3)、外套以及氣缸與外套之間軸承組成，氣缸(3)的活塞桿與夾套(4)相連。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，其特征在于所述的主軸(2)的外圓周固套有皮帶輪(5)，皮帶輪(5)與電機(jī)(7)通過皮帶(6)相連，電機(jī)(7)工作時(shí)驅(qū)動(dòng)皮帶輪(5)和主軸(2)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，其特征在于所述的電機(jī)(7)底部設(shè)有用于跟蹤電機(jī)(7)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角度的編碼器(12)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，其特征在于所述的應(yīng)力板(8)下端面設(shè)有至少兩個(gè)凸塊(11)，每個(gè)凸塊(11)與水平力傳感器(9)或豎直力傳感器(10)的感應(yīng)部位接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立式輪轂動(dòng)平衡機(jī)，包括機(jī)架和控制機(jī)構(gòu)，機(jī)架上設(shè)有豎直設(shè)置用于支承輪轂并帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸，主軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，頂部設(shè)有由氣缸驅(qū)動(dòng)用于夾緊輪轂的夾套，所述的主軸底端連接有水平的應(yīng)力板，應(yīng)力板附近設(shè)有分別測量輪轂振動(dòng)豎直分量和水平分量的豎直力傳感器和水平力傳感器，控制機(jī)構(gòu)接收豎直力傳感器和水平力傳感器的測量值，根據(jù)公式(I)計(jì)算求出輪轂上、下兩個(gè)端面動(dòng)不平衡量的大小和相位。本發(fā)明動(dòng)平衡機(jī)采用立式動(dòng)平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)，令傳感器無需承擔(dān)機(jī)器機(jī)械單元的重量，提高了傳感器測量的靈敏度。
文檔編號(hào)G01M1/38GK101532900SQ20091009746
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者徐新民, 周妙云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)