CN104729861B - 直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置，属于汽车工业领域中的汽车四轮定位仪检定装置。包括空间转角调整部分、机械接口及水平调整机构和主销倾角调整部分，利用两个高精度直驱电机，既是驱动原件又是测量元件，驱动一个简单的二维机械臂式结构，优点是结构新颖简单，体积小重量轻，得到每个电机的角度转动量，形成使用者要求的主销内倾角和主销后倾角，不仅克服了现有校准装置结构复杂导致的体积大自重大误差大的不足，更是提高了四轮定位仪的检测精度，为汽车检测行业的发展提供了保障基础。

Description

直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置

技术领域

本发明涉及汽车工业领域一种汽车检测设备的校准装置，更具体的说，它涉及一种汽车四轮定位仪主销内倾角和主销后倾角的校准装置。

背景技术

汽车操纵稳定性和直线行驶性是由汽车车轮定位参数的合理匹配保证的，参数的任何一项失准便会导致汽车失去操纵稳定性和直线行驶能力，加快轮胎磨损，油耗上升，安全性下降等问题。

四轮定位仪是检验车轮定位参数的最重要的检测设备。目前全国四轮定位仪的保有量达30000多台，并且以每年30％的速度在递增。然而不论是其生产过程还是其使用过程，目前都难以对各种四轮定位仪进行精确校准，无法保证四轮定位仪本身的检测精度。四轮定位仪能够检测多个车轮定位参数，最重要的四个参数是车轮外倾角、前束角、主销内倾角和主销后倾角。其中车轮外倾角和前束角可以直接测量，校准也相对简单。主销内倾角和主销后倾角不能由四轮定位仪的传感器直接测量，而是通过间接测量由相应的数学模型计算得到的。这个表达空间关系的数学模型极其复杂，无法化成直接关系的数学表达式，需要忽略很多影响相对小的参数才能实际应用。这样造成表达式多种多样，对检测数据的准确性影响很大，可见这两个参数的校准非常重要。对不同原理的四轮定位仪主销内倾角和主销后倾角现场校准异常困难。目前，四轮定位仪生产厂家使用的检验装置主要包括以下几种:

1、吉林大学研究开发的四轮定位仪的检验装置，发明专利号:ZL03110944.6，实用新型专利号:ZL03211159.9,该专利通过一系列杆系完成对车轮定位角的模拟，该装置在使用中存在以下问题：

(1)结构复杂，加工精度要求高，增加了成本；

(2)传动链长，累积误差大；

(3)主销内倾及主销外倾角计量方式为游标计量，制造复杂；

(4)自重、体积太大，无法携带到汽车修理现场进行校准。

2、长春市吉尔科技有限公司研究开发的整体型车载数显式四轮定位仪的检定装置，发明专利号：ZL 200710055868.1，实用新型专利号：ZL 200720094051.0，该装置在使用中存在以下问题：

(1)采用弧形导轨调整主销内倾角和主销后倾角，该弧形导轨加工精度高，增加了加工成本；

(2)通过丝杠螺母调整主销倾角角度，该套传动机构增加了设备重量和加工成本；

(3)模拟主销下端通过上转向又与十字轴连接，增加了连接环节，由于该设备要求模拟主销轴线通过十字轴中心，因此装配难度较大。

3、长春市吉尔科技有限公司研究开发的便携型数显式汽车四轮定位仪的检定装置，发明专利号：ZL 200710055875.1，实用新型专利号：ZL 200720094093.4，该装置在使用中存在以下问题：

(1)整体设备体积大，不便于运输；

(2)在零点检验过程中，传感器易出现示数不稳或无示数现象，影响四轮定位仪的检定质量；

(3)上、下滑轨锁紧机构结构复杂，增加了加工、装配成本。

4、南京吉拓测量仪器有限公司开发的固定式汽车四轮定位仪检定装置，中国专利公告号为CN 202994481U，该装置在使用中存在以下问题：

(1)采用水平回转台、主销内倾回转台和主销后倾回转台实现角度定位，增加了设备整体重量；

(2)该设备较适用于四轮定位仪生产厂家对于四轮定位仪生产线质量检测，不能满足国家质检部门对四轮定位仪质量检定便携性的要求。

发明内容

本发明提供一种直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置，以解决现有设备存在的结构复杂、体积和重量大、装配难度较大的问题。

本发明采取的技术方案是：包括空间转角调整部分、机械接口及水平调整机构和主销倾角调整部分；

所述的空间转角调整部分中的前台组焊架底座两侧面均是梯形形状，前后回转盘轴承座固定安装在前台组焊架底座上，在前后回转盘轴承座的上下两端口分别插接一个石墨止推滑动轴套，后回转盘轴承轴与石墨止推滑动轴套固定插接，主销底座是一个两侧面带有通孔中间是阶梯孔的长方体，与后回转盘轴承轴固定连接，主销底座两侧面的通孔与摆臂伸出部分的通孔通过销转动连接，主销座压盖通过六角螺栓和调整垫与主销底座的四个螺纹孔固定连接，机械臂式主销杆最底端是扁球，主干部分是个圆柱杆，靠下的位置有个块，机械臂式主销杆底端的扁球伸入主销底座内部转动插接，主销锁紧螺钉与机械臂式主销杆的块侧面的螺旋孔螺纹连接；

所述的机械接口及水平调整机构中摆臂是一个叉形构件，摆臂的伸出部分两端部的通孔分别与主销底座两侧的通孔通过销转动连接，传感器夹套横轴一端与摆臂固定连接，另一端与传感器夹套插接、并通过传感器锁紧旋钮固定连接，传感器夹套是一个套筒，横轴连接块与传感器夹套横轴固定套接，拉杆是一个弯板形构件，横轴连接块与拉杆通过螺钉固定连接，拉杆的另一端有槽孔，主销锁紧螺钉与拉杆的槽孔穿接，零点定位块的下端面放在前台组焊架底座的台面上，零点定位块的上端与摆臂的下方顶接，垂直测量盘与机械臂式主销杆的上端固定连接；

所述的主销倾角调整部分结构是：竖直电机和水平电机分别既是测量元件又是驱动元件，直角板的两个板面呈直角且有加强筋，竖直电机与前台组焊架底座固定连接，其输出端面和直角板的水平面固定连接，直角板的竖直面和水平电机固定连接，水平电机的输出端面和圆板固定连接，竖直电机的轴线与圆板的对称中心在同一条垂线上，机械臂主销连接件是一个叉形构件，圆板的长臂末端与机械臂主销连接件转动连接，机械臂主销连接块是一个中间带有通孔侧面有螺纹孔的长方体，机械臂主销连接件与机械臂主销连接块转动连接，机械臂主销连接块与直线轴承固定套接，直线轴承与机械臂式主销杆滑动连接。

本发明的优点在于：结构新颖，没有单独的角度测量元件，机械结构简单体积小重量轻；充分利用两个高精度直驱电机，既是驱动原件又是测量元件，驱动一个简单的二维机械臂式结构，根据数学模型计算得到每个电机的角度转动量，自动形成使用者要求的主销内倾角和主销后倾角，这样就克服了现有校准装置结构复杂导致的体积大自重大的不足，为精确测量车轮定位参数提供了保障基础。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明空间转角部分的局部装配的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明的原理图；

图中：前台组焊架底座1，2传感器夹套横轴，传感器夹套3，零点定位块4，传感器锁紧旋钮5，横轴连接块6，拉杆7，槽孔701，水平电机8，石墨止推滑动轴套9，竖直电机10，直角板11，圆板12，机械臂主销连接块13，机械臂主销连接件14，垂直测量盘15，直线轴承16，机械臂式主销杆17，块1701，扁球1702，主销锁紧螺钉18，摆臂19，主销座压盖20，后回转盘轴承轴21，主销底座22，前后回转盘轴承23。

具体实施方式

包括空间转角调整部分、机械接口及水平调整机构和主销倾角调整部分；

所述的空间转角调整部分中的前台组焊架底座1两侧面均是梯形形状，前后回转盘轴承座23固定安装在前台组焊架底座1上，在前后回转盘轴承座23的上下两端口分别插接一个石墨止推滑动轴套9，后回转盘轴承轴21与石墨止推滑动轴套9固定插接，主销底座22是一个两侧面带有通孔中间是阶梯孔的长方体，与后回转盘轴承轴21固定连接，主销底座22两侧面的通孔与摆臂19伸出部分的通孔通过销转动连接，主销座压盖20通过六角螺栓和调整垫与主销底座22的四个螺纹孔固定连接，机械臂式主销杆17最底端是扁球1702，主干部分是个圆柱杆，靠下的位置有个块1701，机械臂式主销杆17底端的扁球1702伸入主销底座22内部转动插接，主销锁紧螺钉18与机械臂式主销杆17的块1701侧面的螺旋孔螺纹连接；

所述的机械接口及水平调整机构中摆臂19是一个叉形构件，摆臂19的伸出部分两端部的通孔分别与主销底座22两侧的通孔通过销转动连接，传感器夹套横轴2一端与摆臂19固定连接，另一端与传感器夹套3插接、并通过传感器锁紧旋钮5固定连接，传感器夹套3是一个套筒，横轴连接块6与传感器夹套横轴2固定套接，拉杆7是一个弯板形构件，横轴连接块6与拉杆7通过螺钉固定连接，拉杆7的另一端有槽孔701，主销锁紧螺钉18与拉杆7的槽孔701穿接，零点定位块4的下端面放在前台组焊架底座1的台面上，零点定位块4的上端与摆臂19的下方顶接，垂直测量盘15与机械臂式主销杆17的上端固定连接；

所述的主销倾角调整部分结构是：竖直电机10和水平电机8分别既是测量元件又是驱动元件，直角板11的两个板面呈直角且有加强筋，竖直电机10与前台组焊架底座1固定连接，其输出端面和直角板11的水平面固定连接，直角板11的竖直面和水平电机8固定连接，水平电机8的输出端面和圆板12固定连接，竖直电机10的轴线与圆板12的对称中心在同一条垂线上，机械臂主销连接件14是一个叉形构件，圆板12的长臂末端与机械臂主销连接件14转动连接，机械臂主销连接块13是一个中间带有通孔侧面有螺纹孔的长方体，机械臂主销连接件14与机械臂主销连接块13转动连接，机械臂主销连接块13与直线轴承16固定套接，直线轴承16与机械臂式主销杆17滑动连接。

本发明的操作方法：使用前首先要对整机进行调平工作，使直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置处于水平正常的工作状态；然后放松主销锁紧螺钉18和传感器锁紧旋钮5，将摆臂19置于零点定位块4上，将传感器测量头夹在传感器夹套3上，用传感器锁紧旋钮5固定，将水平仪放在垂直测量盘15上，调整成机械臂式主销杆17垂直于前台组焊架底座1的水平面，此时保证了主销内倾角和主销后倾角是零起始位置，旋紧主销锁紧螺钉18，撤掉零点定位块4。再把竖直电机10的角度转动量调成α，水平电机8的角度转动量调成β，此时装置自动形成使用者要求的主销内倾角和主销后倾角；将车轮主销内倾角和主销后倾角与四轮定位仪测得的车轮主销内倾角和主销后倾角相比较，即可对四轮定位仪车轮主销内倾角和主销后倾角进行检定。

工作原理参见图5，该图是由机械图抽象出的3D图，其中：

投影角度主销内倾角为θ₁，主销后倾角为θ_2，竖直电机10转动的角度为α，水平电机8转动的角度为β，圆板12下表面与机械臂主销连接件14的下表面所呈的角度为γ，L₀是竖直电机10的轴线与主销底座22的轴线之间的距离，过机械臂式主销杆17底端的扁球1702球心做平行于水平面的基准面，基准面到直角板11的水平上表面的距离是L₁，L₃是直角板11的水平上表面到水平电机8的轴线的距离，水平电机8的轴线到圆板12长臂末端与机械臂主销连接件14转动连接的轴的轴线距离是L₄，圆板12长臂末端的轴线与机械臂式主销杆17的轴线的垂直距离是L₂。(x₁,y₁,z₁)是C点的三维坐标，(x₂,y₂,z₂)是D点的三维坐标；

tanθ₁＝L₀+z₂/y₂

tanθ₂＝x₂/y₂

α＝∠KFE

β＝∠CBI

以H点向OP做垂线垂足是点P，根据线面垂直的原理HP垂直于OP所在面内的任何直线。则在直角三角形OPH中算得

a＝L₀*sin(90°-α)＝L₀*cosα同理算得

b＝[L₀ ²+(L₁+L₃)²-a²]^1/2

c＝[x₁ ²+y₁ ²+(L₀+z₁)²-a²]^1/2

d＝[x₁ ²+y₁ ²+(L₀+z₁)²-L₂ ²-a²]^1/2

由三角形关系算得：∠BCP＝γ₁＝arcos[(L₄ ²+c²-b²)/2*c*L₄]

∠PCD＝γ₂＝arcos[(L₂ ²+c²-d²)/2*c*L₂]

∠BCD＝γ＝γ₁+γ₂

x₂＝x₁-L₂*sin[γ-(90°-β)]*sin(90°-α)＝x₁+L₂*cos(γ+β)*cosα

y₂＝y₁-L₂*cos[γ-(90°-β)]＝y₁-L₂*sin(γ+β)

z₂＝z₁-L₂*sin[γ-(90°-β)]*cos(90°-α)＝z₁+L₂*cos(γ+β)*sinα

(x₂,y₂,z₂)是D点的三维坐标，

x₁＝-L₄*cosβ*sin(90°-α)＝-L₄*cosβ*cosα

y₁＝L₄*sinβ+L₁+L₃

z₁＝-L₄*cosβ*cos(90°-α)＝-L₄*cosβ*sinα

(x₁,y₁,z₁)是C点的三维坐标。

为了得到使用者要求的主销内倾角θ₁和主销后倾角θ₂，根据数学模型利用试值逼近法得到α和β的值。

Claims (2)

1.一种直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置，其特征在于：包括空间转角调整部分、机械接口及水平调整机构和主销倾角调整部分；

所述的空间转角调整部分中的前台组焊架底座两侧面均是梯形形状，前后回转盘轴承座固定安装在前台组焊架底座上，在前后回转盘轴承座的上下两端口分别插接一个石墨止推滑动轴套，后回转盘轴承轴与石墨止推滑动轴套固定插接，主销底座是一个两侧面带有通孔中间是阶梯孔的长方体，与后回转盘轴承轴固定连接，主销底座两侧面的通孔与摆臂伸出部分的通孔通过销转动连接，主销座压盖通过六角螺栓和调整垫与主销底座的四个螺纹孔固定连接，机械臂式主销杆最底端是扁球，主干部分是个圆柱杆，靠下的位置有个块，机械臂式主销杆底端的扁球伸入主销底座内部转动插接，主销锁紧螺钉与机械臂式主销杆的块侧面的螺旋孔螺纹连接；

所述的机械接口及水平调整机构中摆臂是一个叉形构件，摆臂的伸出部分两端部的通孔分别与主销底座两侧的通孔通过销转动连接，传感器夹套横轴一端与摆臂固定连接，另一端与传感器夹套插接、并通过传感器锁紧旋钮固定连接，传感器夹套是一个套筒，横轴连接块与传感器夹套横轴固定套接，拉杆是一个弯板形构件，横轴连接块与拉杆的一端通过螺钉固定连接，拉杆的另一端有槽孔，主销锁紧螺钉与拉杆的槽孔穿接，零点定位块的下端面放在前台组焊架底座的台面上，零点定位块的上端与摆臂的下方顶接，垂直测量盘与机械臂式主销杆的上端固定连接；

所述的主销倾角调整部分结构是：包括竖直电机和水平电机，直角板的两个板面呈直角且有加强筋，竖直电机与前台组焊架底座固定连接，其输出端面和直角板的水平面固定连接，直角板的竖直面和水平电机固定连接，水平电机的输出端面和圆板固定连接，竖直电机的轴线与圆板的对称中心在同一条垂线上，机械臂主销连接件是一个叉形构件，圆板的长臂末端与机械臂主销连接件转动连接，机械臂主销连接块是一个中间带有通孔侧面有螺纹孔的长方体，机械臂主销连接件与机械臂主销连接块转动连接，机械臂主销连接块与直线轴承固定套接，直线轴承与机械臂式主销杆滑动连接。

2.根据权利要求1所述的直驱机械臂式单轮主销内倾角和主销后倾角校准装置，其特征在于：所述竖直电机和水平电机分别既是测量元件又是驱动元件。