轮胎不平衡质量的测试方法与流程

本发明涉及一种应用于轮胎不平衡质量的测试方法，属于橡胶机械与工业自动化领域。

背景技术

目前应用于航空、道路交通等领域的橡胶轮胎，在其制造工艺过程中均会使用到多种不同规格、材料配方的基础胶片。胶片的厚度尺寸、均匀性指标的不同必然导致存在不同程度的不均匀现象，即轮胎不平衡质量的产生。

因此，针对橡胶轮胎不平衡质量的测试是出厂使用前必须经过一个检测项目，通过不平衡质量的检测以获得其具体参数指标，进而准确地评判轮胎制造的质量等级。

现有测试系统中多采用测力传感器与基座的硬连接结构，测试系统在测量时需要自由振动，该连接方式限制了测试系统的自由振动，导致测量结果与真实值之间存在较大误差且不能有效的分离轮胎静、偶不平衡质量。

另外还有引入吊杆克服主轴系统重力产生的测试方法，但吊杆的引入限制了主轴系统的振动，且吊杆的松紧程度对测量结果影响较大；另外，吊杆为悬浮式支撑，这种支撑方式使得系统的可靠性会随工作时间的加长而降低，因此这种支撑方式对系统的可靠性、稳定性会产生不利的影响。

又如公开以下方案的在先专利申请，申请号cn201210568290.0，名称用于不平衡量的测量装置及其方法，其测量装置包括有连接于固定座与旋转轴外壳之间的振动件、传感器组；振动件的2个连接端，沿旋转轴的轴向中心线延伸方向排列；传感器组至少具有一个横向传感器和一个竖向传感器，竖向传感器平行于振动件设置，横向传感器垂直于振动件所在的平面。测试过程中，在旋转轴上装配被检测轮胎，由驱动轮带动旋转轴绕其轴向中心线、相对于旋转轴外壳旋转。将振动件、横向传感器和竖向传感器设置于固定座与旋转轴外壳之间；被检测轮胎旋转时，振动件在旋转轴外壳一侧的连接端沿振动件所在平面的正交方向往复振动；横向传感器检测振动件所在平面正交方向上的振幅，竖向传感器检测振动件沿旋转轴轴向中心线方向产生的振幅。

上述专利申请采取的是接触式测试方法，即在动平衡测试装置的延伸部设置平板式振动件，振动件在其所处平面的正交两个方向上产生振动，以屏蔽驱动轮产生的不规则颤动影响。在接收并测量得到不平衡质量引发的旋转振幅的同时，相应地存在被检测轮胎与旋转轴自重形成的振动，该振动数据的存在仍然会直接影响到检测数据的精度与效率。

有鉴于此特提出本专利申请。

技术实现要素：

本发明所述轮胎不平衡质量的测试方法，在于解决上述现有技术存在的问题而采取非接触式振幅测量手段，装载被测试轮胎的主轴组件仅在传感器轴向上因不平衡质量产生振幅，而在其他方向的振动可忽略不计，以避免其他作用力因素在传感器轴向上形成的干扰影响，最大限度地提高不平衡质量的测试精度。

为实现上述设计目的，所述的轮胎不平衡质量的测试方法，是将被测试轮胎、主轴、主轴壳体和传动端组装为一整体结构的主轴组件；

将主轴组件安装于弹性支撑，主轴组件的轴向与重力方向重合；

沿主轴组件的径向，通过驱动电机、主轴和套设于主轴组件轴端的传动端，向被测试轮胎施加旋转驱动力；

所述的弹性支撑，在重力方向和旋转驱动力方向上无弹性而不产生振动，在垂直于旋转驱动力的主轴组件径向上具有弹性而产生振动；

接近于主轴壳体的垂向两端，分别设置一组位移传感器；由位移传感器测量主轴壳体垂向两端随主轴组件旋转而形成的振动幅值，以测试得到被测试轮胎的不平衡质量与相位；

测试不平衡质量的动力学模型为，

其中，t是待定系数矩阵；当被测试轮胎(4)的规格型号、测试装置的结构与质量不变时，系数矩阵t是一个定值，其表达式如下，

基于上述不平衡质量测试方法，弹性支撑将主轴组件进行悬挂固定，弹性支撑在各个方向上的刚度并不同。具体地，仅在位移传感器的轴向上是具有弹性的，可近似地认为其是弹性体，而在其他方向上是刚性的。测试不平衡质量过程中，主轴组件的振动主要发生在所述位移传感器的轴向上，在此方向上振动受到的干扰最小、数据采集系统接收到振幅信号不受其它作用力的干扰，因此测试结果较为准确。

在重力方向上，弹性支撑的刚度大，足以支撑主轴系统及被测试轮胎的重量，垂向上应无振动；在旋转驱动力方向上，弹性支撑的刚度较大、弹性较小以克服所施加的驱动力，在此方向上的振幅较小，可忽略。因此，与传统力学模型相比、与现有动平衡测试系统相比，消除了测试系统的安装、支撑结构自身产生的振动造成的数据测试误差，能够从根本上解决测量精度难以提高的问题。

为进一步地提高悬挂安装主轴组件的稳定性能、最大限度地避免在非位移传感器轴向上产生振动，可将所述的主轴组件安装于两组对称分布的弹性支撑的中心位置。

为优化和放大在位移传感器轴向上所产生振动的效果，所述的弹性支撑，是在一组安装板之间设置至少一组矩形簧板。

综上内容，所述轮胎不平衡质量的测试方法具有以下优点与有益效果：

1、不同于现有技术，本申请采取非接触式振幅测量方式，即仅在位移传感器轴向上产生并测量出振幅，而在其他方向的振动可忽略不计，避免了其他干扰因素对测量数据的干扰，不平衡质量的测试精度较高。

2、基于本申请提供的动力学模型，在被测试轮胎上、下校正面的等效动不平衡质量与测量点的位移信号之间建立起数学映射关系。基于本申请的测试方法，可将位移传感器采集到的信号经放大滤波后带入该动力学模型中即可求得轮胎上、下校正面的等效动不平衡质量的大小和相位。测试结果准确、效率较高。

附图说明

图1是测试系统的示意图；

图2是不平衡质量测试过程中弹性支撑的受力示意图；

图3是如图2所示结构的工作简化示意图；

图4是弹性支撑的示意图；

如图1至图4所示，基座1，驱动电机2，联接装置3，被测试轮胎4，主轴5，主轴壳体6，弹性支撑7，皮带8，主轴组件9，轮胎不平衡质量10，位移传感器11，皮带轮12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，如图1所示的测试系统，将被测试轮胎4、主轴5、主轴壳体6和传动端12组装为一整体结构的主轴组件9。在测试过程中，主轴组件9中各部件位置不发生相对变化。

将驱动电机2和弹性支撑7的底端，分别固定于基座1；将主轴组件9固定于弹性支撑7的顶端；

弹性支撑7在垂直的z轴和水平x轴方向为刚性，在水平y轴方向为弹性，三个方向受力为正交。

即，弹性支撑7在垂直z轴方向上支撑所述的主轴组件9，在水平x轴方向施加驱动力，在水平y轴方向上测试由轮胎不平衡质量10引发系统振动的振幅。

测试时，驱动电机2通电开始旋转，通过皮带7带动皮带轮12、主轴5、轮胎4旋转，在垂直z轴和水平x轴方向上，各部件位置保持不变；在水平y轴方向上，由轮胎不平衡质量10引发系统振动，由位移传感器11测量主轴壳体6垂向顶端和底端伴随主轴组件9振动而形成的振幅大小，然后求解轮胎不平衡质量10的大小与相位。

如图2和图4所示，弹性支撑7设计为两组结构且对称分布在主轴组件9两侧，每组弹性支撑7具有2个矩形簧板72。

弹性支撑7在z轴方向刚度大，足以支撑整体测试系统及被测试轮胎4的重量，垂向上无振动；在x轴方向上设计为刚度大、弹性小，以克服驱动力，施加驱动力的方向是不变的，在此方向振幅较小而可忽略；弹性支撑7在y轴方向刚度较小，可近似认为是弹性体，测试系统在此方向上的振动受到的干扰最小。

在图2中，

fn，是弹性支撑对主轴系统的支撑力，单位n；

g，是主轴系统及被测试轮胎的重力，单位n；

au、al，分别是轮胎上、下不平衡质量初相位，单位rad。

测量的振幅可取至主轴壳体6的垂向顶端与底端，用位移传感器11进行测量。

设主轴的质心是o，根据力学原理，刚体的运动一般可以理解为两个运动的合成，即随同质心的平动和绕质心的转动，质心的平动可以由质心运动定理来确定，绕质心的转动可以由动量矩定理来确定。因此，依据质心运动定理和动量矩定理建立测试系统动力学方程如下所示：

式中：kp是簧板平动刚度，单位n/mm；

kz是簧板摆动刚度，单位n/mm；

l是轮胎下校正平面到质心o的距离，单位mm；

m是主轴和被测轮胎的质量和，单位kg；

j是主轴转动惯量，单位kg/m²；

c是质心o的在x轴方向平动位移，单位cm；

δ是主轴中轴线在x轴方向的摆动角，单位rad；

轮胎上、下校正平面等效动不平衡质量与测试系统平动位移和摆动角成线性关系，利用叠加原理解得：

式中：(4kz-jω²)/wrω²＝μ1；

l(4kp-mω²)/wrω²＝μ2；

(l+w)(4kp-mω²)/wrω²＝μ3；

整理得：

求解得：

当测试条件和被测试轮胎的规格型号不变时，μ1、μ2和μ3是固定常数。

根据建立的动力学模型可知，要求得上、下校准面不平衡质量的大小和相位，需已知式(4)的质心的平动位移c和测试系统的摆动角度δ。

根据图3所示测试系统中的几何关系以及传感器测得的位移信号得：

其中：c1是上位移传感器采集到的位移信号，单位cm；

c2是下位移传感器采集到的位移信号，单位cm；

l1是上位移传感器到质心的距离，单位cm；

l2是下位移传感器到质心的距离，单位cm。

因振动系统的摆动角δ很小，即有δ≈tanδ(6)

联立式(4)和式(5)、式(6)并将μ1、μ2、μ3代入可得：

将式(5)代入式(7)中可得：

其中t是系统待定系数矩阵，当被测试轮胎的规格型号和测试系统的结构与重量不变时，该矩阵值是一个定值，其数学表达式是：

通过上述测试系统进行动平衡检测时，将位移传感器11采集到的信号经放大滤波后带入式(8)中即可求得轮胎上、下校正面的等效动不平衡质量的大小和相位。

如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明的结构的方案内容，依据本发明的技术实质对以上描述所作的任何部件形状、尺寸、连接方式和安装结构的修改、等同变化与修饰及各组成部件位置和结构的轻微调整，均仍属于本发明技术方案的权利范围。