CN102706496B - 用于测量不平衡产生的力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量转子不平衡产生的力的装置，所述装置包括固定框架；第一轴承；围绕其轴线在第一轴承内转动地安装的测量轴；设置在测量轴上并设计用于附接转子的安装装置，其中转子被设计成在至少一个补偿平面内平衡；围绕与轴线相交的枢转轴线枢转地支承第一轴承并支承在固定框架上的第二轴承；用于测量转动转子的不平衡产生的且围绕枢转轴线作用的力的第一力传感器；以及用于测量转动转子的不平衡产生的且在与轴线相交的方向上作用在测量轴和第二轴承上的力的第二力传感器。

Description

用于测量不平衡产生的力的装置

技术领域

本发明涉及一种测量特别是车辆车轮(轮辋/轮胎组件)的转子的不平衡产生的力的装置。

背景技术

对于这种测量转子的不平衡产生的力的装置，从US4449407得知的是安装在两个轴承单元内转动的测量轴，轴承单元彼此布置在一轴向距离处，并且经由与中空轴承壳体相对的力传感器支承。这种测量轴的安装装置通过固定框架承载。

在从EP0133229A1已知的用于平衡机动车辆车轮的装置中，测量轴在具有力传输装置的安装装置内支承在固定框架上。为了实现动态平衡，同样布置有力换能器的两个安装平面设置用于测量轴的安装。

在已知装置中，在测量点处设置在安装平面内的力传感器提供与转子的不平衡造成的离心力成比例的传感器信号。通过用于车轮平衡机器的传统标准测量系统，浮动安装装置通常用于测量轴和夹紧在测量轴上的转子。基于静态的力杠杆原理，在转子的两个补偿平面上进行平移，以便对不平衡进行动态平衡。已知装置公开了多种结构和校正方法，其目的在于通过传感器在两个安装平面内进行的力测量是彼此独立的(平面分离)。

发明内容

本发明的技术问题在于提供一种开始段落提到类型的装置，其中由于力的动态性能，实现改进的平面分离。

根据本发明，该问题通过权利要求1的特征来解决。从属权利要求包括本发明的有利变型。

本发明提供一种用于测量转子的不平衡产生的力的装置，特别是轮胎维护机器，例如适用于平衡车辆车轮的车轮平衡器和/或轮胎更换机器。该装置包括固定框架和优选为管的形式的第一轴承，其中测量轴围绕其轴线转动安装。

测量轴接近或位于设计成附接例如车辆车轮的转子的安装装置的自由端。

转子被构造成在一个补偿平面内平衡(静态平衡)或两个补偿平面内平衡(动态平衡)。具有刚性结构的第二轴承围绕与该轴线相交(优选为垂直)的枢转轴线枢转地支承第一轴承，并支承在固定框架上。第一力传感器测量转子的不平衡产生的且围绕枢转轴线作用在测量轴上的力。第二力传感器测量转子的不平衡产生的且在与该轴线相交的方向上(例如优选地垂直于枢转轴线的方向)作用在轴和第二轴承上的力。

通过弹簧装置，特别是通过一个或多个扭转弹簧，实现第一轴承和第二轴承之间的枢转位移。通过优选地构造成板簧的弹簧装置，实现第二轴承和固定框架之间的位移。所使用的弹簧装置允许当前可用的载荷单元或力换能器测量力所需的例如在μm位移范围内的位移。这种载荷单元或力换能器可包括作为力感测元件的压电晶体或霍尔元件。

为了形成第二轴承围绕其枢转地支承的枢转轴线，优选地设置两个扭转弹簧，其中该轴线在两个扭转弹簧之间的中部延伸。

优选地，第一力传感器被放置(特别是张紧)在第一轴承和第二轴承之间，并且第二力传感器放置(特别是张紧)在第二轴承和固定框架之间。

第一力传感器和第二力传感器的测量方向优选地在经过该轴线的一个公共平面内延伸。

第一力传感器的测量方向可以相对于垂直于该轴线的方向以特定角度倾斜。可以确定该倾斜角度的范围在80°-100°，优选在85°-95°。甚至更优选地，该倾斜角度是90°，在这种情况下，第一力传感器的测量方向平行于该轴线延伸。

第二力传感器的测量方向可以相对于该轴线以特定角度倾斜，其中第一力传感器的测量方向大致平行于该轴线。可以确定第二力传感器的测量方向相对于该轴线的倾斜角度的范围在60°-120°，例如是65°-115°，特别是70°-110°。在优选实施方式中，该倾斜角度是75°或105°。

附图说明

结合附图给出的优选实施方式，更加详细地说明本发明，附图中：

图1是测量装置的一侧的透视图；

图2是测量装置的另一侧的透视图；

图3是测量装置的一侧的侧立视图；

图4是沿着图3的截线A-A的剖视图；

图5是测量装置的另一侧的侧立视图；

图6是测量装置的平面图；

图7是沿着图6的截线B-B的剖视图；以及

图8是表示测量装置的部件的分解视图。

具体实施方式

附图所示的实施方式是用于测量力(特别是离心力)的测量装置，所述力通过转子9的不平衡产生，如图6示意所示。转子9可以具有包括轮辋/轮胎组件的车辆车轮的构造。转子9能够在一个补偿平面内平衡(静态平衡)或在两个补偿平面10、11内平衡(动态平衡)。

测量装置可以安装在可以是能够平衡车辆车轮的车轮平衡器的壳体的固定框架7内。附图显示了固定框架7的多个部件或者刚性连接到固定框架7的多个部件。这些部件具有附图标记“7”。

测量装置包括管形式的第一轴承2，其中测量轴1围绕其轴线8转动安装。为此，测量轴1在管状第一轴承2内通过滚子轴承19支承。测量轴1在其自由端的区域内具有安装装置15，安装装置15可以按已知方式设计成附接转子9(特别是车辆车轮)。

用于测量轴1的第二轴承3具有刚性框架结构，并且围绕枢转轴线12枢转支承第一轴承2(图4、7、8)。枢转轴线12通过包括两个扭转弹簧13的弹簧装置形成。扭转弹簧13形成在刚性连接到第一轴承2和第二轴承3的安装螺栓20上。安装螺栓20从管状第一轴承2的表面径向延伸。安装螺栓20的一端(内端)连接到第一轴承2，并且安装螺栓20的另一端(外端)连接到第二轴承3。扭转弹簧13通过安装螺栓20的在安装螺栓20的内端和外端之间的减小直径形成。扭转弹簧13相对于测量轴1配置，使得轴线8在扭转弹簧13和与轴线8以垂直角度相交的枢转轴线12之间的中部延伸。

第二轴承3支承在固定框架7上，使得测量轴1(特别是第二轴承)和固定框架7之间的力的测量可以进行。为此，测量轴1的第二轴承3优选地通过具有板簧14的构造的弹簧装置支承。板簧14放置在轴1的两侧，并彼此平行延伸，而且相对于轴线8垂直。轴1的两侧上的板簧离开轴线8相同距离。板簧14的两端例如通过螺纹连接件刚性地连接到第二轴承3的框架结构。板簧14例如通过螺纹连接件在延伸部的中部刚性地连接到固定框架7或固定框架的相应部件。

弹簧装置13和14的具体配置使得测量轴1可以在两个自由度上进行位移，即围绕枢转轴线12的旋转，以及相对于固定框架7的平移运动。两个位移方向在经过轴线8的一个平面内延伸。

测量轴1的转动和平移位移通过力传感器测量，力传感器的测量方向在测量轴1的位移延伸方向所在的一个平面内。第一力传感器4测量转动转子9的不平衡产生且围绕枢转轴线12作用的力。第二力传感器5测量通过转动转子9的不平衡产生且在与轴线8相交的方向上作用在轴1和第二轴承3上的力。

第一力传感器4定位并张紧在第一轴承2和第二轴承3之间(图4)。力传感器4的测量方向相对于垂直于轴线8的方向以特定角度β倾斜，其中确定角度β的范围在80°-100°，优选为85°-95°。在所示实施方式中，确定角度β为大约90°，即在所示实施方式中，第一力传感器4的测量方向平行于轴线8延伸。轴1的转动位移通过刚性固定到管状第一轴承2的杆21传输。轴1的转动位移经由定位在管状第一轴承2的端部处的滚子轴承19(图4、7)传输到第一轴承2，并经由杆21传输到力传感器4的一端。为了传输运动，杆21围绕枢转轴线12转动。杆21沿着力传感器4、5的测量方向所处的一个平面延伸并且相对于轴线8垂直延伸。力传感器4的另一端通过与第二轴承3螺纹连接的支承板22刚性支承在第二轴承3上。

第二力传感器5在其一端以力传输方式连接到第二轴承3的中间侧部23。中间侧部23在第二轴承3的相同侧平行于板簧14延伸。力传感器5的另一端支承在优选通过螺纹连接件与固定框架7或固定框架的相应部件刚性连接的支承支架24上。第二力传感器5的测量方向相对于轴线8以特定角度α倾斜(图6)。可以确定角度α的范围在60°-120°，例如65°-115°，特别是70°-110°。在所示实施方式中，确定角度α为大约75°。

支承构件16刚性地连接到管状第一轴承2。支承构件16支承特别是电动马达的驱动马达17以及特别是带式传输装置的传输装置18，该传输装置将马达转矩传输到测量轴1，以便在测量过程中转动转子9。

相对于轴线与轴线8重合的转子9以特定转动角度测量的力与测量装置的已知尺寸参数(特别是补偿平面10、11离开枢转轴线12的距离)一起使用，以便计算要在转子9的一个或两个补偿平面10、11(图6)内施加的平衡质量。

测量装置的所有部件可以安装和连接成形成预先安装的测量单元，该测量单元在第二轴承3的框架结构的两侧刚性地连接到固定框架7，优选地通过如上所述的螺纹连接件。

部件列表

1测量轴

2第一轴承

3第二轴承

4第一力传感器

5第二力传感器

6驱动装置

7固定框架

8轴线

9转子(轮辋/轮胎组件)

10、11补偿平面

12枢转轴线

13弹簧装置(扭转弹簧)

14弹簧装置(板簧)

15安装装置

16支承构件

17马达(电动马达)

18传输装置

19滚子轴承

20安装螺栓

21杆

22支承板

23中间侧部

24支承支架

Claims (20)

1.一种用于测量转子的不平衡产生的力的装置，所述装置包括：

固定框架(7)；

第一轴承(2)；

测量轴(1)，所述测量轴(1)以能围绕其轴线(8)转动的方式安装在所述第一轴承(2)内；

安装装置(15)，所述安装装置(15)设置在所述测量轴(1)上，并设计成附接所述转子(9)，其中所述转子(9)被设计成在至少一个补偿平面(10，11)内平衡；

第二轴承(3)，所述第二轴承(3)具有刚性框架结构并围绕与所述轴线(8)相交的枢转轴线(12)枢转地支承所述第一轴承(2)，并支承在所述固定框架(7)上；

第一力传感器(4)，所述第一力传感器(4)被放置在第一轴承(2)和第二轴承(3)之间，以用于测量转动的转子(9)的不平衡产生且围绕所述枢转轴线(12)作用在所述测量轴(1)上的力；以及

第二力传感器(5)，所述第二力传感器(5)被放置在第二轴承(3)和固定框架(7)之间，以用于测量转动的转子(9)的不平衡产生且在与所述轴线(8)相交的方向上作用在所述测量轴(1)和所述第二轴承(3)上的力，其中弹簧装置(14)设置在第二轴承(3)和固定框架(7)之间以允许第二轴承( 3)和固定框架(7)之间的位移，使得第二力传感器(5)进行力的测量，

其特征在于所述第一轴承(2)通过形成枢转轴线(12)的一个或多个扭转弹簧(13)支承在所述第二轴承(3)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述弹簧装置(14)在第二轴承(3)和固定框架(7)之间具有板簧的构造。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一力传感器(4)和第二力传感器(5)的测量方向在经过所述轴线(8)的一个平面内延伸。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二力传感器(5)的测量方向相对于所述轴线(8)以特定角度(α)倾斜，其中确定所述角度(α)的范围在60°－120°。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，确定所述角度(α)的范围在65°－115°。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，确定所述角度(α)的范围在70°－110°。

7.根据权利要求4、5或6所述的装置，其中，所述角度(α)等于大约75°或大约105°。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一力传感器(4)的测量方向相对于垂直于所述轴线(8)的方向以特定角度(β)倾斜，其中确定所述角度(β)的范围在80°－100°。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，确定所述角度(β)的范围在85°－95°。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述角度(β)等于大约90°。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述枢转轴线(12)与所述轴线(8)垂直地相交。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二力传感器(5)测量通过转动的转子(9)的不平衡产生且在垂直于所述枢转轴线(12)的方向上作用在所述测量轴(1)和所述第二轴承(3)上的力。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，支承马达(17)的支承构件(16)和将所述马达(17)的转矩传输到所述测量轴(1)的传输装置(18)刚性地连接到所述第一轴承(2)。

14.根据权利要求2所述的装置，其中，被设计成板簧的所述弹簧装置(14)垂直于所述轴线(8)以平行方式延伸。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述板簧相对于所述轴线(8)定位在两侧上。

16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述板簧(14)在包括所述轴线(8)的平面内刚性地连接到所述固定框架(7)。

17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述板簧(14)在其延伸部的中部刚性地连接到所述固定框架(7)。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一轴承(2)具有管的形式。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二轴承(3)被枢转支承所围绕着的所述枢转轴线(12)通过两个扭转弹簧(13，13)形成，其中所述轴线(8)在所述两个扭转弹簧(13，13)之间的中部延伸。

20.根据权利要求1所述的装置在轮胎维护机器中的应用。