专利名称：一种立式轮毂动平衡机的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮毂动平衡检测领域，尤其涉及一种立式轮毂动平衡机。
背景技术：
由于材料和制造工艺的限制，轮毂不同程度都会存在质量分布不均匀或质量中心与轮胎集合中心不重合的问题，即轮毂动不平衡。根据相关的力学原理，存在一定质量偏心的轮毂，在高速旋转的情况下必定会产生交变的径向力，从而引起汽车的振动或产生很大的噪声，也会影响到汽车运行的速度、舒适度或平稳度。如果轮胎的动不平衡量过大，严重的还会损坏汽车零部件，甚至引起交通事故。
中国专利申请200410023842.5公开了一种轮胎动不平衡的测量方法，该方法通过多传感器测得的信号与轮胎动不平衡量建立线性模型，可以准确测得动不平衡量的大小。
上述方法只是一种简单的静力学分析的方法，它实际上只能作为动平衡测量原理的一部分，根据这个原理是无法独立测量出动不平衡量的。其缺点一是原理简单，没有考虑动不平衡可能存在相位，可以在不同的垂直平面上，无法使用力矩平衡原理，同时只测量两个力传感器的幅度，没有考虑力传感器输出随着时间变化存在的相位概念，无法使用力的平衡原理，因此它不是可以独立应用的动平衡测量原理。第二，这个方法虽然是立式动不平衡机的结构，也具有传感器无需承受重量的优点，但是它由于它采用的两个传感器都是水平的，无法通过数学方法解耦测量上下不平衡量与两路传感器测量值之间的关系，使得需要考虑的传导比例更多，其传导函数也较解耦测量复杂，造成标定步骤比较多，而且标定的结果精度不如解耦测量高。
发明内容
本发明提供了一种立式轮毂动平衡机，该动平衡机将力传感器的测量值与轮毂动不平衡量建立线性模型，可以准确知道动不平衡量的大小和位置。
一种立式轮毂动平衡机，包括机架和控制机构，机架上设有竖直设置用于支承轮毂并带动轮毂转动的主轴，主轴由电机驱动，顶部设有由气缸驱动用于夹紧轮毂的夹套，所述的主轴底端连接有水平的应力板，应力板附近设有分别测量轮毂振动竖直分量和水平分量的竖直力传感器和水平力传感器，控制机构接收竖直力传感器和水平力传感器的测量值，根据公式(I)计算求出轮毂上、下两个端面动不平衡量的大小和相位， (I)
表示轮毂上端面动不平衡量的大小和相位，
表示轮毂下端面动不平衡量的大小和相位；
分别表示水平力传感器和竖直传感器的测量值；
表示机械结构不均匀造成的轮毂上端面动不平衡量的大小和相位，
表示机械结构不均匀造成的轮毂下端面动不平衡量的大小和相位；
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数。
由运动学计算可以得到，
和
是大小随时间成正弦变化的矢量，轮毂旋转一周正好是
和
正弦变化一个周期，因为轮毂的匀速转动，
和
也可以看成大小随轮毂旋转相位变化的矢量。
跟据力的平衡以及力矩平衡原理，以
为例，它由三部分组成，第一部分是轮毂上端面不平衡量形成的上不平衡离心力对水平分量
的贡献，可以表述为第二部分是轮毂下端面不平衡量形成的下不平衡离心力对水平分量
的贡献，可以表示为第三部分为静受力(机械结构形成的内应力)
所以水平分量
可以表是为同理竖直力传感器的测量值可以表示为如此便可以得到如下方程(II) 当测量的轮毂型号以及机器确定时，
均为常数，在测量前，这些参数是未知，需要通过标定程序来确定，具体操作步骤如下 选取任一与被测轮毂同类型的轮毂，并在该轮毂上下两个端面的不同位置多次加载标准不平衡块(比如已知重量的标准砝码)，驱动轮毂转动，读取水平力传感器的测量值
和竖直力传感器的测量值
，因为轮毂的动不平衡量的大小和相位是已知的(就是不平衡块的大小和位置)，直接输入方程(II)，联立方程组。有时为了解算方程(II)更加精确，方程的数目会超过未知参数的数目，此时需用最小二乘法来求解方程(II)的未知参数。
求出未知参数后，求解方程(II)的反函数，得到方程(III) 其中表示机械结不均匀造成的动不平衡量。但在实际标定的过程中，一般不采用标准轮毂(本身没有不平衡量的轮毂)，而仅仅是取一个普通的有不平衡的轮毂来做标定，那么在上面标定步骤中求出的方程参数实际上不但包含机械结构不均匀造成的动不平衡量，还包括用于标定的轮毂含有的动不平衡量，造成实际测量不够精确的问题。
为了去除中用于标定的轮毂含有的动不平衡量，得到仅仅包含机械结构不均匀造成的动不平衡量，本发明标定之后需进行偏心补偿，将表示为如下等式 代表机械结构不均衡造成的动不平衡量，代表用于标定的轮毂所包含的动不平衡量，代入方程(III)，得到如下等式(IV)。
偏心补偿方法如下 (1)去除标定过程中加载在轮毂上的标准不平衡块，旋转测量一次。
(2)步骤(1)结束后，将轮毂相对于支撑机构旋转180步旋转，同样旋转测量一次。
(3)将轮毂从主轴上取下，空转主轴，测量一次。
分别让方程(IV)中轮毂所包含的不平衡量等于联立三个方程，将第一次测量得到的方程和第二次测量得到的方程相加，可以去除用于标定的轮毂所包含的不平衡量，从而精确计算机械结构不均匀所带来的动不平衡量 从而可以得到方程(I) 这个方程可以用于同类型轮毂的动平衡测量。
所述的主轴由设于中心的气缸、外套以及气缸与外套之间轴承组成，气缸的活塞杆与夹套相连。
所述的主轴的外圆周固套有皮带轮，皮带轮与电机通过皮带相连，电机工作时驱动皮带轮和主轴转动。
所述的电机底部设有用于跟踪电机转速和旋转角度的编码器。
所述的应力板下端面设有至少两个凸块，每个凸块与水平力传感器或竖直力传感器的感应部位接触。
本发明动平衡机采用立式动平衡机的结构，令传感器无需承担机器机械单元的重量，提高了传感器测量的灵敏度。
本发明动平衡机采用硬支撑结构可以让动平衡测量中无需对每个轮毂都进行标定，只要对一类轮毂进行标定就可以了。
本发明动平衡机数学模型完整地考虑了动不平衡量的幅度和相位，传感器的幅度和相位，并采用输入输出系统分析的方法，将前者作为输入，后者作为输出，求解传导函数，完整考虑零输入响应，也就是加载无不平衡时的轮毂时机械结构不均匀带来的不平衡导致的输出响应，所有输入输出的比例和相移关系，比较符合实际的机械结构。在测量机械结构不均匀带来的不平衡时，巧妙的用偏心补偿的三个步骤去除标定轮毂本身可能的不平衡量影响，可以让标定过程不必使用无不平衡的标准轮毂。
图1为本发明轮毂动平衡检测装置的结构示意图； 图2为图1所示装置应力板局部的结构示意图。
具体实施例方式 如图所示，一种立式轮毂动平衡机，包括机架1，机架上设有竖直设置的主轴2，主轴2由包括3层，内层为气缸3，外层为外套，中间层为轴承，外套可绕气缸3转动。
主轴2为一支承轮毂的平台，附近设有用于夹紧轮毂的夹套4，夹套4与气缸3的活塞杆相连，依靠气缸3驱动；外套下部固套有一皮带轮5，皮带轮5通过皮带6与一电机7相连，当电机工作时，驱动皮带轮5、主轴2以及夹套4一起转动。电机7底部设有一用于跟踪电机7转速和旋转角度的编码器12，依靠它可以将电机7和主轴2旋转至轮毂上、下两个端面动不平衡量，而在控制机构13上显示不平衡量的大小。
主轴2底部设有一水平的应力板8，应力板8下端面设有3个凸块11，附近设有2个水平力传感器9和1个竖直力传感器10，每个力传感器的感应部位分别与一凸块11接触。
上述动平衡机还包括一控制机构13，该控制机构13控制气缸3和电机7工作，并接收水平力传感器9和竖直力传感器10的测量值，计算得到轮毂14上下两个端面动不平衡量的大小和位置。
上述动平衡机的检测方法如下 将与待测轮毂同型号的任一轮毂置于转轴2上，控制机构13给电机7和气缸3发出信号，气缸3的活塞杆伸长，夹套4夹紧轮毂，驱动轮毂旋转，进行第一测量；测量结束，将主轴2停止在零度位置，在轮毂上端面0度位置加载10g砝码，驱动轮毂旋转，进行第二次测量；测量结束，将主轴2停止在180度位置，在轮毂上端面180度位置加载10g砝码，驱动轮毂旋转，进行第三次测量；测量结束，将主轴2停止在0度位置，在轮毂下端面0度位置加载10g砝码，驱动轮毂旋转，进行第四次测量；测量结束，将主轴2停止在180度位置，在轮毂下端面180度位置加载10g砝码，驱动轮毂旋转，进行第五次测量。
上述5次测量的动不平衡量分别等于
上述5次测量水平力传感器9和竖直力传感器10的测量值分别为
代入得到各参数
由于
不精确，不能代表机械机构不均匀造成的动不平衡量，需要进行偏心补偿，具体如下 接上述第5次测试，将轮毂相对主轴2旋转180度，并取下砝码，驱动轮毂旋转，进行第6次测试；测试结束，取下轮毂，机器在没有轮毂的情况下空转，进行第7次测试， 将第1、6、7次的测量结果分别为
三次测量中轮毂本身的动不平衡量分别等于 代入如下方程
求出
最终得到该类型的轮毂动不衡量计算方程为
将待测轮毂放置主轴2上，用夹套4夹紧，驱动轮毂旋转，得到垂直传感器输出信号为7.548Hz382.7mV48.2度；水平传感器输出信号为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别为
权利要求
1、一种立式轮毂动平衡机，包括机架(1)和控制机构(13)，机架(1)上设有竖直设置用于支承轮毂并带动轮毂转动的主轴(2)，主轴(2)由电机(7)驱动，顶部设有由气缸(3)驱动用于夹紧轮毂的夹套(4)，其特征在于所述的主轴(2)底端连接有水平的应力板(8)，应力板(8)附近设有分别测量轮毂振动竖直分量和水平分量的竖直力传感器(10)和水平力传感器(9)，控制机构(13)接收竖直力传感器(10)和水平力传感器(9)的测量值，根据公式(I)计算求出轮毂上、下两个端面动不平衡量的大小和相位，
(I)
表示轮毂上端面动不平衡量的大小和相位，
表示轮毂下端面动不平衡量的大小和相位；
分别表示水平力传感器和竖直力传感器的测量值；
表示机械结构不均匀造成的轮毂上端面动不平衡量的大小和相位，
表示机械结构不均匀造成的轮毂下端面动不平衡量的大小和相位；
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数，
表示
与
之间的线性关系系数。
2、根据权利要求1所述的立式轮毂动平衡机，其特征在于所述的主轴(2)由设于中心的气缸(3)、外套以及气缸与外套之间轴承组成，气缸(3)的活塞杆与夹套(4)相连。
3、根据权利要求1所述的立式轮毂动平衡机，其特征在于所述的主轴(2)的外圆周固套有皮带轮(5)，皮带轮(5)与电机(7)通过皮带(6)相连，电机(7)工作时驱动皮带轮(5)和主轴(2)转动。
4、根据权利要求1所述的立式轮毂动平衡机，其特征在于所述的电机(7)底部设有用于跟踪电机(7)转速和旋转角度的编码器(12)。
5、根据权利要求1所述的立式轮毂动平衡机，其特征在于所述的应力板(8)下端面设有至少两个凸块(11)，每个凸块(11)与水平力传感器(9)或竖直力传感器(10)的感应部位接触。
全文摘要
本发明公开了一种立式轮毂动平衡机，包括机架和控制机构，机架上设有竖直设置用于支承轮毂并带动轮毂转动的主轴，主轴由电机驱动，顶部设有由气缸驱动用于夹紧轮毂的夹套，所述的主轴底端连接有水平的应力板，应力板附近设有分别测量轮毂振动竖直分量和水平分量的竖直力传感器和水平力传感器，控制机构接收竖直力传感器和水平力传感器的测量值，根据公式(I)计算求出轮毂上、下两个端面动不平衡量的大小和相位。本发明动平衡机采用立式动平衡机的结构，令传感器无需承担机器机械单元的重量，提高了传感器测量的灵敏度。
文档编号G01M1/38GK101532900SQ20091009746
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者徐新民, 周妙云 申请人:浙江大学