阅读说明：本技术 一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系 (Dynamic balancing machine shafting with coexisting cantilever beam and simply supported beam ) 是由 王成贵 吴启 刘万峰 张云奎 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系,涉及平衡机技术领域。为解决现有的车轮动平衡机轴系受到外悬臂梁结构的限制时,平面分离性能不佳,长期使用时,压电传感器的性能会发生变化,由于力的关联效应,导致分离精度降低,设备的稳定性较差,并且现有的装置通用性较差的问题。底座的上表面均匀的设有一号摆架和二号摆架,且一号摆架和二号摆架同轴设置,传动组件的一端依次穿过一号摆架和二号摆架,与机械制动单元连接,二号摆架侧面的一端设有电磁制动单元,二号摆架另一侧面一端通过螺栓与光电板支架连接,光电板支架上设有光电板。本发明适用于针对车轮动平衡的检测。(A dynamic balancing machine shafting with a cantilever beam and a simply supported beam coexists relates to the technical field of balancing machines. The device aims to solve the problems that when an existing wheel dynamic balancing machine shafting is limited by an outer cantilever beam structure, the plane separation performance is poor, when the device is used for a long time, the performance of a piezoelectric sensor can be changed, the separation precision is reduced due to the force correlation effect, the stability of the device is poor, and the universality of the existing device is poor. The upper surface of base is even is equipped with a rocker and No. two rockers, and a rocker and No. two coaxial settings of rocker, and No. one end of drive assembly passes a rocker and No. two rockers in proper order, is connected with the mechanical braking unit, and the one end of No. two rocker sides is equipped with the electromagnetic braking unit, and No. two rocker another side one end is passed through the bolt and is connected with the photoelectricity board leg, is equipped with the photoelectricity board on the photoelectricity board support. The invention is suitable for detecting the dynamic balance of the wheel.)

一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系

技术领域

本发明涉及平衡机技术领域，具体涉及一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系。

背景技术

现有的车轮动平衡机轴系都属于悬臂梁结构，悬臂梁结构是指测试工件的两个校正平面位于两个支承点的外侧的一种振动系统结构。通常用两种形式来实现，一种形式是压电传感器为丁字形结构的，另外一种形式是压电传感器为一字结构的，轴系的两个支撑点都在测试工件的一侧。

综上所述，现有的车轮动平衡机轴系受到外悬臂梁结构的限制时，平面分离性能不佳，长期使用时，压电传感器的性能会发生变化，由于力的关联效应，导致分离精度降低，设备的稳定性较差，并且现有的装置通用性较差的问题。

发明内容

本发明为解决现有的车轮动平衡机轴系受到外悬臂梁结构的限制时，平面分离性能不佳，长期使用时，压电传感器的性能会发生变化，由于力的关联效应，导致分离精度降低，设备的稳定性较差，并且现有的装置通用性较差的问题，而提出一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系。

本发明的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的车轮动平衡机轴系包括传动组件、一号摆架、二号摆架、机械制动单元、电磁制动单元、光电板支架、光电板和底座；

底座的上表面均匀的设有一号摆架和二号摆架，且一号摆架和二号摆架同轴设置，传动组件的一端依次穿过一号摆架和二号摆架，与机械制动单元连接，二号摆架侧面的一端设有电磁制动单元，二号摆架另一侧面一端通过螺栓与光电板支架连接，光电板支架上设有光电板；

进一步的，所述的传动组件包括扁轴、匹配器和传动轴；传动轴的一端与扁轴的一端固定连接，扁轴的另一端与机械制动单元连接，传动轴的另一端上设有匹配器；

进一步的，所述的机械制动单元包括光栅盘、刹车盘、制动力调节螺母、止退垫圈和波形弹簧；

传动组件的扁轴的另一端依次穿过刹车盘、波形弹簧、止退垫圈和制动力调节螺母，与光栅盘的中心处固定连接；

进一步的，所述的刹车盘包括第一刹车压片、第一摩擦片、刹车片、第二摩擦片和第二刹车压片；扁轴上从左到右依次设有第一刹车压片、第一摩擦片、刹车片、第二摩擦片和第二刹车压片，且同轴设置，刹车片的端面沿圆周方向设有多个通孔；

进一步的，所述的电磁制动单元包括电磁铁支架、制动螺栓、弹簧、制动销和电磁铁；

电磁铁支架为L型支架，电磁铁支架的短边端面设有圆形通孔，二号摆架一侧面的一端设有通孔，制动螺栓的小径端依次穿过电磁铁支架上的通孔和二号摆架侧面的一端的通孔，与螺母紧固连接，制动螺栓的大径端沿轴线方向设有空腔，制动销的一端穿过弹簧，插入制动螺栓的空腔中，制动销的另一端与电磁铁的电磁铁轴接触，且电磁铁的下表面与电磁铁支架的长边上表面固定连接；

进一步的，所述的二号摆架的另一端下部设有通孔，二号摆架侧面的另一端设有空腔，空腔内部从左到右依次设有第二钢球、压电传感器和第一钢球，且同轴设置，凹端紧定螺钉的一端穿过二号摆架的另一端下部的通孔，与第一钢球的球面接触；

进一步的，所述的一号摆架和二号摆架的机械结构相同；

进一步的，所述的一号摆架与匹配器端面的距离为110mm～230mm；

进一步的，在使用时，将车轮安装在传动组件上，当车轮宽度较大时，车轮的后距空间(轮毂安装面到轮圈内缘的距离)超过一号摆架进入简支梁和悬臂梁共存的测量状态，当车轮宽度较小时，车轮的后距空间不超过一号摆架进入悬臂梁测量状态，用电机或手动转动车轮旋转,系统通过光电板检测光栅盘的角速度，当达到一定的角速度时，平衡机处于滑行采样阶段，车轮的动不平衡量引起传动组件振动，带动一号摆架和二号摆架振动，由两个压电传感器采集振动量，就可以计算得到车轮的动不平衡量。采样完毕后，将电磁铁通电，推动制动销动作，制动销的尾端伸入刹车片端面上的通孔中，使刹车片停止转动，而第一刹车压片和第二刹车压片会随着传动组件一起转动，第一摩擦片在第一刹车压片和刹车片间产生摩擦力，第二摩擦片在第二刹车压片和刹车片间产生摩擦力，使传动组件停止旋转；

当车轮宽度较小时，内侧校正平面没有超过一号摆架，振动系统仍然属于悬臂梁结构，仍旧按照原来悬臂梁的形式进行车轮动平衡的计算。当车轮宽度较大时，内侧校正平面超过了一号摆架，处于两个摆架之间，此时的振动系统是悬臂梁与简支梁共存的一种结构，结合附图六至图八说明车轮动不平衡量的计算原理；

具体的动平衡的计算方法如下：车轮动平衡机的支承刚度很高，接近于转子的轴承刚度，可使平衡工况与车轮实际工况相近。转子有二个校正平面，所以有必要把支承平面处测量到的不平衡力信号换算到二个校正平面上去。如附图六所示：

F₁，F₂—分别为两支承平面上承受的动压力

f₁，f₂—分别为车轮校正平面上的不平衡质量产生的离心力

m₁，m₂—分别为车轮两校正平面上的不平衡质量

a，b，c—如图中相关位置间的距离(b即为转子厚度)

r₁，r₂—转子平面的校正半径，即校正用不平衡质量m₁、m₂的位置至转动轴线的距离

ω—主轴旋转的角速度

从该结构出发，根据静力学原理，上图力系中应满足平衡条件(代表力矩)，分别对附图的O2和O1支点取力矩，则有：

将其改写为：

当测试车轮固定时，a、b、c的尺寸都是已知的，令：

K₁₁＝(c-a)/c

K₁₂＝(b-a+c)/c

K₂₁＝a/c

K₂₂＝-(b-a)/c

可以将式(2)写为：

由(3)式可以解出：

式(4)中为不平衡量产生的离心力，即：

所以：

上述计算说明，如果转子的几何参数和平衡转速确定，则转子两校正平面上的不平衡量和应加的校正质量m(g)可以由压电传感器的测量信号计算出来。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明克服了现有技术的缺点，采用将车轮安装在传动组件上，用电机或手动转动车轮旋转,系统通过光电板检测光栅盘的角速度，当达到一定的角速度时，平衡机处于滑行采样阶段，车轮的动不平衡量引起传动组件振动，并由两个压电传感器采集振动量，可准确测得轴系的平衡状态，提高分离精准度，从而提高装置的稳定性。

二、本发明克服了现有技术的缺点，轴系的前端摆架可以伸入到测试车轮的轮辋中，两个摆架之间的距离可以被有效利用，底座还可以加强轴系的强度，可同时满足测试轿车、客车、货车车轮的需要，提高通用性，增强系统稳定性。

三、本发明操作简单，使用方便。

附图说明

图1是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的三维立体示意图；

图2是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的正视图；

图3是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系中A-A的放大示意图；

图4是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的三维爆炸图；

图5是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系中一号摆架的正视图；

图6是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的车轮受力示意图；

图7是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的简支梁受力示意图；

图8是本发明所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系的悬臂梁受力示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的车轮动平衡机轴系包括传动组件1、一号摆架2、二号摆架3、机械制动单元、电磁制动单元、光电板支架4、光电板5和底座13；

底座13的上表面均匀的设有一号摆架2和二号摆架3，且一号摆架2和二号摆架3同轴设置，传动组件1的一端依次穿过一号摆架2和二号摆架3，与机械制动单元连接，二号摆架3侧面的一端设有电磁制动单元，二号摆架3另一侧面一端通过螺栓与光电板支架4连接，光电板支架4上设有光电板5；

本具体实施方式，在使用时，将车轮36安装在传动组件1上，当车轮36宽度较大时，车轮36的后距空间超过一号摆架2进入简支梁和悬臂梁共存的测量状态，当车轮36宽度较小时，车轮36的后距空间不超过一号摆架2进入悬臂梁测量状态，用电机或手动转动车轮旋转,系统通过光电板5检测光栅盘6的角速度，当达到一定的角速度时，平衡机处于滑行采样阶段，车轮的动不平衡量引起传动组件1振动，带动一号摆架2和二号摆架3振动，由两个压电传感器23采集振动量，就可以计算得到车轮的动不平衡量。采样完毕后，将电磁铁12通电，推动制动销11动作，制动销11的尾端伸入刹车片19端面上的通孔中，使刹车片19停止转动，而第一刹车压片17和第二刹车压片21会随着传动组件一起转动，第一摩擦片18在第一刹车压片17和刹车片19间产生摩擦力，第二摩擦片20在第二刹车压片21和刹车片19间产生摩擦力，使传动组件停止旋转。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的传动组件1包括扁轴1-1、匹配器1-2和传动轴1-3；传动轴1-3的一端与扁轴1-1的一端固定连接，扁轴1-1的另一端与机械制动单元连接，传动轴1-3的另一端上设有匹配器1-2。

具体实施方式三：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的机械制动单元包括光栅盘6、刹车盘7、制动力调节螺母14、止退垫圈15和波形弹簧16；

传动组件1的扁轴1-1的另一端依次穿过刹车盘7、波形弹簧16、止退垫圈15和制动力调节螺母14，与光栅盘6的中心处固定连接；

本具体实施方式，采用传动组件1的扁轴1-1的另一端依次穿过刹车盘7、波形弹簧16、止退垫圈15和制动力调节螺母14，与光栅盘6的中心处固定连接，提高轴系的制动力，提高稳定性。

具体实施方式四：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的刹车盘7包括第一刹车压片17、第一摩擦片18、刹车片19、第二摩擦片20和第二刹车压片21；扁轴1-1上从左到右依次设有第一刹车压片17、第一摩擦片18、刹车片19、第二摩擦片20和第二刹车压片21，且同轴设置，刹车片19的端面沿圆周方向设有多个通孔；

本具体实施方式，采用此种设置，提高轴系的制动力，提高稳定性。

具体实施方式五：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的电磁制动单元包括电磁铁支架8、制动螺栓9、弹簧10、制动销11和电磁铁12；

电磁铁支架8为L型支架，电磁铁支架8的短边端面设有圆形通孔，二号摆架3一侧面的一端设有通孔，制动螺栓9的小径端依次穿过电磁铁支架8上的通孔和二号摆架3侧面的一端的通孔，与螺母紧固连接，制动螺栓9的大径端沿轴线方向设有空腔，制动销11的一端穿过弹簧10，插入制动螺栓9的空腔中，制动销11的另一端与电磁铁12的电磁铁轴接触，且电磁铁12的下表面与电磁铁支架8的长边上表面固定连接；

本具体实施方式，采用此种设置，提高轴系的制动力，提高稳定性。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的二号摆架3的另一端下部设有通孔，二号摆架3侧面的另一端设有空腔，空腔内部从左到右依次设有第二钢球22、压电传感器23和第一钢球24，且同轴设置，凹端紧定螺钉25的一端穿过二号摆架3的另一端下部的通孔，与第一钢球24的球面接触；

本具体实施方式，采用轴系的前端摆架可以伸入到测试车轮的轮辋中，两个摆架之间的距离可以被有效利用，底座还可以加强轴系的强度，可同时满足测试轿车、客车、货车车轮的需要，提高通用性，增强系统稳定性。

具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的一号摆架2和二号摆架3的机械结构相同；

本具体实施方式，采用一号摆架2和二号摆架3的机械结构相同，在使用一定时间后更换较为方便。

具体实施方式八：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，所述的一号摆架2与匹配器1-2端面的距离为110mm～230mm；

本具体实施方式，采用一号摆架2与匹配器1-2端面的距离为110mm～230mm，实现将车轮36安装在传动组件1上，当车轮36宽度较大时，车轮36的后距空间超过一号摆架2进入简支梁和悬臂梁共存的测量状态，，当车轮36宽度较小时，车轮36的后距空间不超过一号摆架2进入悬臂梁测量状态。

具体实施方式九：结合图6至图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的动平衡机轴系的进一步的限定，本实施方式所述的一种具有悬臂梁与简支梁共存的动平衡机轴系，当车轮宽度较小时，内侧校正平面没有超过一号摆架，振动系统仍然属于悬臂梁结构，仍旧按照原来悬臂梁的形式进行车轮动平衡的计算。当车轮宽度较大时，内侧校正平面超过了一号摆架，处于两个摆架之间，此时的振动系统是悬臂梁与简支梁共存的一种结构，结合附图六说明这种状态下车轮动不平衡量的计算原理；

所述的动平衡机轴系的计算方法如下：车轮动平衡机的支承刚度很高，接近于转子的轴承刚度，可使平衡工况与车轮实际工况相近。转子有二个校正平面，所以有必要把支承平面处测量到的不平衡力信号换算到二个校正平面上去；

如附图六所示：

F₁，F₂—分别为两支承平面上承受的动压力

f₁，f₂—分别为车轮校正平面上的不平衡质量产生的离心力

m₁，m₂—分别为车轮两校正平面上的不平衡质量

a，b，c—如图中相关位置间的距离(b即为转子厚度)

r₁，r₂—转子平面的校正半径，即校正用不平衡质量m₁、m₂的位置至转动轴线的距离

ω—主轴旋转的角速度

从该结构出发，根据静力学原理，上图力系中应满足平衡条件(代表力矩)，分别对附图的O2和O1支点取力矩，则有：

将其改写为：

当测试车轮固定时，a、b、c的尺寸都是已知的，令：

K₁₁＝(c-a)/c

K₁₂＝(b-a+c)/c

K₂₁＝a/c

K₂₂＝-(b-a)/c

可以将式(2)写为：

由(3)式可以解出：

式(4)中为不平衡量产生的离心力，即：

所以：

上述计算说明，如果转子的几何参数和平衡转速确定，则转子两校正平面上的不平衡量和应加的校正质量m(g)可以由压电传感器的测量信号计算出来。

工作原理

在使用时，将车轮36安装在传动组件1上，当车轮36宽度较大时，车轮36的后距空间超过一号摆架2进入简支梁和悬臂梁共存的测量状态，，当车轮36宽度较小时，车轮36的后距空间不超过一号摆架2进入悬臂梁测量状态，用电机或手动转动车轮旋转,系统通过光电板5检测光栅盘6的角速度，当达到一定的角速度时，平衡机处于滑行采样阶段，车轮的动不平衡量引起传动组件1振动，由两个压电传感器23采集振动量，就可以计算得到车轮的动不平衡量。采样完毕后，将电磁铁12通电，推动制动销11动作，制动销11的尾端伸入刹车片19端面上的通孔中，使刹车片19停止转动，而第一刹车压片17和第二刹车压片21会随着传动组件一起转动，第一摩擦片18在第一刹车压片17和刹车片19间产生摩擦力，第二摩擦片20在第二刹车压片21和刹车片19间产生摩擦力，使传动组件停止旋转。