专用大型车轮动平衡机研制

　　0　引言

　　随着高速公路的普及,道路的拓宽,车速极大加快,当车速达到每小时一百公里以上的时候,车轮平衡与否就会严重影响车辆的运行情况,甚至成为人车安全的关键因素。伴随着车轮动平衡工作的兴起,这种新式的汽车检测工具———汽车车轮动平衡试验机也在90年代初期悄然进入了我国内地汽车制造企业和修理企业,成为一种必不可少的检测工具,并且作为一种新型计量器具,被纳入计量管理的范畴。

　　目前使用的车轮动平衡机主要是针对小型汽车车轮。本课题是受某汽车厂委托,研制出一种测量大型载重汽车车轮动平衡的车轮动平衡机。

　　1　机械系统设计

　　车轮动平衡机机械系统主要分为驱动系统和摆架系统两个部分(如图1所示)。驱动系统:驱动转子,使转子在额定的平衡转速下旋转,从而使转子处于能够表征共不平衡状态的环境中。摆架系统:支承转子,产生包含转子不平衡信息的振动信号,并将该振动信号传递给测量系统,从而起到信息传递的桥梁作用。

　　驱动系统中,包括有电机、变速装置(传动装置)、制动装置、主轴及联轴节等。主轴的一端安装角度刻度盘,用来指示测得的不平衡相位在被平衡车轮上的位置。另外,主轴上还装有光电盘,用来产生基准信号。

　　由于车轮质量较大的原因,采用普通摩擦方式已经无法带动车轮旋转,而必须采用较大功率的电机通过皮带传动机构来驱动车轮旋转,同时转轴与轴承的尺寸都相应加大。

　　为了便于FFT分析,我们在传动轴上安装一个64等分齿和一个零位齿,通过三个光电管将齿形变化转换成电压变化,见图2所示。随着主轴的转动,光电传感器感知信号,经整形后得到一路零位信号S0和两路方波S+及S-。S0是每个旋转周期产生一个脉冲信号,用来控制信号的整周期采样。S+及S-是由64个齿的产生的相位相差90°的两路方波信号,与S0配合可以实现主轴的正反判断和360°定位,摆架系统包括轴承、摆架、摆架座、弹性元件等。轴承与摆架连成一体,通过弹性元件(弹簧片)与支架连接。车轮安装在旋转轴上,与摆架组成振动系统,在车轮的不平衡力作用下受迫振动。摆架与传感器相连接,通过传感器将摆架的振动变为电信号,输入测量回路。

　　在摆架系统的结构设计中,要选择适当的支撑方式,确定框架的结构形式以及与之相适应的弹性元件。在被平衡的车轮重量范围内,摆架应有一定的尺寸,保证有足够的刚度。同时为确保平衡机有较高的灵敏度,又要求摆架重量适当。振动系统的动力特性直接关系到平衡机的性能,所以,摆架系统设计是平衡机结构中非常关键的一个环节。