CN105445042B - 轮胎试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆轮胎测试领域，公开了一种轮胎试验机，其包括机架、伸缩机构、运动头、驱动制动装置和路面模拟装置，机架上竖直设有支撑台，运动头设于支撑台的支撑面相对的一侧，驱动制动装置安装于运动头内部，待试验的轮胎安装于运动头的端部；运动头和支撑台之间设有三个周向布置的伸缩机构，且每个伸缩机构的两端分别与运动头和支撑台连接，伸缩机构上安装有用于测量其轴向力的测力装置和用于测量其伸缩量的第一位移检测装置。本发明采用三个伸缩机构即可实现轮胎的左右运动、侧偏运动和侧倾运动，较少的部件就能够进行轮胎力学特性的试验，其结构简单、紧凑，运动控制较简单，易于操作，设备的整体刚度高。

Description

轮胎试验机

技术领域

本发明涉及车辆轮胎测试领域，特别是涉及一种轮胎试验机。

背景技术

轮胎力学特性在汽车性能分析和设计过程中具有重要的意义和作用，使用轮胎试验机模拟轮胎工况，可以测量轮胎的力学特性参数。

早期的轮胎特性试验机，其通过控制轮胎姿态和控制路面姿态相结合的方式模拟轮胎工况，并使用六分力传感器来测量轮胎力学特性参数。

目前，轮胎试验机有采用六个横向和纵向设置的运动执行测力机构来模拟轮胎的工况，每个运动执行测力机构均包括作动缸、设置在作动缸上的力传感器和位移传感器以及用于独立控制作动缸的伺服电机，通过该六个运动执行测力机构来调节轮胎的侧倾和侧偏姿态，根据各作动缸的长度变化来估算轮胎姿态角的变化，并根据所测得的各作动缸轴向力数值算得轮胎上的六分力。

现有的轮胎试验机不需要控制路面姿态也可模拟轮胎的工况，其在一定程度上简化了试验机的结构，但该试验机的部件较多，结构还比较复杂，需要采用六个运动执行测力机构对轮胎进行调节，其运动控制较复杂，对操作人员的要求较高，设备整体结构刚度较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构简单、紧凑的轮胎试验机，以提高轮胎试验机的结构刚度和可操作性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种轮胎试验机，其包括机架、伸缩机构、运动头、驱动制动装置和路面模拟装置；所述机架上竖直设有支撑台；所述运动头设于所述支撑台的支撑面相对的一侧，所述驱动制动装置安装于所述运动头内部，待试验的轮胎安装于所述运动头的端部；所述运动头和支撑台之间设有三个周向布置的所述伸缩机构，且每个所述伸缩机构的两端分别与所述运动头和支撑台连接；所述伸缩机构上安装有用于测量其轴向力的测力装置和用于测量其伸缩量的第一位移检测装置。

上述的一种轮胎试验机中，三个所述伸缩机构周向均匀布置，且三个所述伸缩机构均向所述支撑台的中心倾斜设置，并形成正三角架结构。

上述的一种轮胎试验机中，三个所述伸缩机构中的一个伸缩机构位于其它两个伸缩机构的上方，且位于下方的两个伸缩机构对称设于位于上方的伸缩机构所在的竖直平面的两侧。

上述的一种轮胎试验机中，所述伸缩机构包括伸缩支链和第一伺服电机；所述伸缩支链包括第一丝杠和套筒，所述套筒的一端开口，另一端封闭，所述套筒的封闭端通过万向铰链与所述运动头连接；所述第一丝杠的一端与第一伺服电机前端的转轴固定连接，其另一端从所述套筒的开口端插入并与所述套筒通过螺纹连接；所述第一伺服电机的后端通过转动副与支撑台连接，所述测力装置安装在所述套筒和万向铰链之间，所述第一位移检测装置安装在所述套筒的外侧。

上述的一种轮胎试验机中，所述第一丝杠设有外螺纹，所述套筒的开口端设有与所述第一丝杠相匹配的螺母，所述第一丝杠与所述螺母螺纹连接。

上述的一种轮胎试验机中，所述伸缩机构还包括可伸缩的防尘套，所述防尘套设于所述伸缩支链的外部。

上述的一种轮胎试验机中，所述机架上还设有升降机构，所述支撑台安装在升降机构上，所述升降机构驱动所述支撑台做升降运动，所述支撑台上设有用于检测支撑台高度位置信息的第二位移检测装置。

上述的一种轮胎试验机中，所述升降机构包括滑道、第二丝杠和第二伺服电机，所述滑道竖直设于所述机架上，所述第二丝杠竖直设于所述滑道内，所述第二丝杠的一端与第二伺服电机的转轴连接，其另一端可旋转地安装在机架上，所述支撑台通过滑块安装在所述滑道上，所述第二丝杠穿过所述滑块并与所述滑块螺纹连接。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的一种轮胎测试机，采用三个伸缩机构即可实现轮胎的左右运动、侧偏运动和侧倾运动，轮胎的侧偏角和侧倾角可通过伸缩机构的伸缩量来计算得出，而伸缩机构作用在轮胎上的分力则可通过安装伸缩机构的测力装置所测得的轴向力来进行计算，由此较少的部件就能够进行轮胎力学特性的试验，该试验机结构简单、紧凑，成本较低，运动控制较简单，易于操作，该三个伸缩机构连接在支撑台和运动头之间，调节轮胎的姿态时仅需作用于运动头，使得设备的整体刚度高。

附图说明

图1是本发明轮胎试验机的轴测图；

图2是本发明轮胎试验机的主视图；

图3是本发明轮胎试验机的右视图(未示出路面模拟装置)；

图4是本发明伸缩机构的剖视图。

其中，1、机架；11、支撑台；12、滑道；13、第二丝杠；14、第二伺服电机；15、滑块；2、伸缩机构；21、伸缩支链；211、第一丝杠；212、套筒；213、螺母；214、导向套；22、第一伺服电机；23、万向铰链；24、转动副；25、防尘套；3、运动头；4、路面模拟装置；5、轮胎。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，作为本发明优选实施例的一种轮胎试验机，其包括机架1、伸缩机构2、运动头3、驱动制动装置和路面模拟装置4，机架1上竖直设有支撑台11，该支撑台11可进行升降运动，运动头3设于支撑台11的支撑面相对的一侧，运动头3和支撑台11之间设有三个周向布置的伸缩机构2，且每个伸缩机构2的两端分别与运动头3和支撑台11连接，伸缩机构用于实现轮胎5左右、侧倾和侧偏方向的运动；驱动制动装置安装在运动头3的内部，待试验的轮胎5则安装于运动头3的端部，路面模拟装置4设于驱动制动装置的下方，其中，该路面模拟装置4为现有设备，在此对其结构不做具体描述，其可采用平板式、转鼓式或平带式结构，该路面模拟装置4用于模拟路面的移动，当轮胎运动时可带动路面模拟装置上的路面进行移动。此外，伸缩机构2上还安装有测力装置和第一位移检测装置，测力装置用于测量伸缩机构的轴向力，而第一位移检测装置用于检测伸缩机构的伸缩量。其中，第一位移检测装置可采用位移传感器，而测力装置可采用力传感器。

试验时，轮胎5被安装在驱动制动装置上，采用三个伸缩机构2则可实现轮胎的左右运动、侧偏运动和侧倾运动，轮胎的姿态与伸缩机构的伸缩量相对应，轮胎的侧偏角和侧倾角可通过伸缩机构的伸缩量来计算得出，而伸缩机构作用在轮胎上的分力则可通过安装伸缩机构的测力装置所测得的轴向力来进行计算，该试验机结构简单、紧凑，易于操作，该三个伸缩机构连接在支撑台和运动头之间，调节轮胎的姿态时仅需作用于运动头，使得设备的整体结构刚度高。

本实施例的三个伸缩机构2周向均匀布置，间距相等的伸缩机构2在进行轮胎试验过程中易于调节各个伸缩机构的伸缩量，且该三个伸缩机构2均向支撑台11的中心倾斜设置，并形成正三角架结构，该正三角架结构靠近支撑台11的一端为截面积较大的一端，由此，可减少伸缩机构2与运动头3的连接点所构成的区域，进而减少运动头3的尺寸，避免运动头对轮胎运动产生干扰，可提高试验的准确性。此外，该三个伸缩机构2中的一个设于其它两个的上方，且位于下方的两个伸缩机构对称设于位于上方的伸缩机构所在的竖直平面的两侧，如图3所示，使得三个伸缩机构2与支撑台11和运动头3的连接点的连线为正三角形，提高了伸缩机构对轮胎姿态调节的灵活性，方便轮胎姿态的调节，且可较简单地计算该三个伸缩机构2与地面以及和轮胎之间的角度，进而简化了运算步骤。运动头3的尺寸小于支撑台11，且运动头3和支撑台11的中心线重合，伸缩机构2与支撑台11的角部连接，由此可减少材料，并方便伸缩机构2的定位安装。

需要指出的是，本实施例的伸缩机构2可为任意可实现伸缩的结构，可采用气缸、作动缸或千斤顶等伸缩机构，为了实现伸缩运动的自动、精确地控制，优选地，本实施例的伸缩机构2包括伸缩支链21和第一伺服电机22，如图2和图4所示，伸缩支链21的一端通过万向铰链23与运动头3连接，其另一端则与第一伺服电机22前端的转轴连接，第一伺服电机22驱动伸缩支链21进行伸缩运动，该第一伺服电机22的后端通过转动副24与支撑台11连接。

伸缩机构2的伸缩支链21可采用直线运动式或螺旋式结构，当为如活塞式的直线运动式结构时，需要在伸缩支链21和第一伺服电机22之间增设换向机构，以将电机的转动运动变成直线运动，以实现伸缩支链的拉伸直线运动，为了简化整个伸缩机构的结构，优选地，本实施例的伸缩支链21为螺旋式结构，如图4所示，其包括第一丝杠211和套筒212，第一位移检测装置安装在套筒212的外侧，测力装置则安装在套筒212和万向铰链23之间，该套筒212的一端开口，另一端封闭，套筒212的封闭端通过万向铰链23与运动头3连接，第一丝杠211的一端与第一伺服电机22的转轴固定连接，其另一端从套筒212的开口端插入并与套筒螺纹连接，第一伺服电机22的后端通过转动副24与支撑台11连接，第一伺服电机22的转动可带动第一丝杠211转动，由于第一丝杠211与套筒212螺纹连接，第一丝杠211的转动可相对于套筒212旋进或旋出，通过螺旋式的伸缩结构可微调伸缩支链的伸缩量，进而可精确调节轮胎的姿态。具体地，第一丝杠211和套筒212的螺纹连接结构可为以下几种：第一丝杠上设置外螺纹，而套筒内设有与该外螺纹相匹配的内螺纹，第一伺服电机带动第一丝杠转动，第一丝杠的转动通过螺纹传动给套筒，使得第一丝杠相对于套筒旋进或旋出；或者为，第一丝杠211设有外螺纹，而在套筒212的开口端设置与第一丝杠211相匹配的螺母213，该螺母213与套筒212固定连接成为一整体，其具有与第一丝杠211的外螺纹相匹配的内螺纹，第一丝杠211与螺母213螺纹连接，第一丝杠211仅在螺母的位置具有螺纹连接关系，可减少丝杠旋进和旋出时的摩擦力，且套筒内不需要在加工内螺纹，使得套筒易于加工，丝杠不与套筒直接接触，可避免长期使用下对套筒的磨损。

本实施例的伸缩支链21还包括导向套214，该导向套214的一端与第一伺服电机22的转轴固定连接，其另一端开口，第一丝杠211设于导向套214的内部，且套筒212也插入该导向套214的内部，导向套214可以使得套筒212沿其进行伸缩，对套筒212的运动起到了导向的作用，同时也可以加强伸缩支链21的结构强度，避免丝杠容易被折断。

本实施例的伸缩机构还包括可伸缩的防尘套25，该防尘套25设于伸缩支链的外部，该防尘罩215用于防止粉尘、颗粒等杂物进入第一丝杠211、套筒212、螺母213以及导向套214内，避免杂物对伸缩支链的运动造成不利影响。该防尘套25优选为由橡胶制成的波纹管，易于加工制造，且成本较低，需要指出的是，该防尘套还可以为其它可伸缩套筒式结构。

为了实现轮胎相对于路面的上下位置可调，本实施例的机架1上还设有升降机构，支撑台11安装在升降机构上，升降机构驱动支撑台11做升降运动，而支撑台11又可以带动安装在驱动制动装置上的轮胎5做升降运动，支撑台11上还设有第二位移检测装置，该第二位移检测装置可为位移传感器，用于检测支撑台11的高度位置信息。

如图3所示，本实施例的升降机构包括滑道12、第二丝杠13和第二伺服电机14，滑道12竖直设于机架11上，第二丝杠13竖直设于滑道12内，第二丝杠13的一端与第二伺服电机14的转轴连接，其另一端可转动地安装在机架12上，支撑台11与伸缩机构2相反的一侧设有与滑道12相配合的滑块15，如图2所示，第二丝杠13穿过滑块15并与该滑块15螺纹连接，第二伺服电机14可带动第二丝杠13转动，第二丝杠13与滑块15螺纹连接，使得支撑台11可沿着第二丝杠13和滑道12做升降运动，进而带动轮胎做上下运动，采用丝杠螺旋传动的方式，可精确调节轮胎的高度。需要指出的是，本实施例的升降机构还可以为其它任意升降的结构，以实现支撑台升降为主，上述的结构只是其一种优选方式。

需要指出的是，本实施例中的驱动制动装置和运动头为现有设备，在此不再赘述，其用于实现轮胎的制动和驱动控制。

本实施例的轮胎试验机，在试验前，先将轮胎安装在驱动制动装置上，其具体试验过程为：

先通过升降机构驱动支撑台以使轮胎相对于路面的上、下运动，同时通过安装在支撑台上的第二位移检测装置来检测轮胎的高度位置信息并传递给计算机，计算机根据所测得的高度位置信息来控制第二伺服电机动作，以将轮胎调整到指定的高度；并通过同时伸长或收缩三个伸缩机构来实现轮胎的左、右运动，以使轮胎运动到指定的位置；

模拟轮胎侧倾状态：将位于上、下方的伸缩机构分别进行相反方向的运动可实现轮胎的侧倾，此时，可根据安装在伸缩机构上的第一位移检测装置所测得的伸缩量来计算出轮胎的侧倾角，并根据安装在伸缩机构上的测力装置所测得的轴向力来计算出伸缩机构对轮胎的分力；

模拟轮胎侧偏状态：将位于下方的其中一个伸缩机构进行伸长，将另一个位于下方的伸缩机构进行收缩，同时相应地伸长或收缩位于上方的伸缩机构，由此可实现轮胎的侧偏，此时，可根据安装在伸缩机构上的第一位移检测装置所测得的伸缩量来计算出轮胎的侧偏角，并根据安装在伸缩机构上的测力装置所测得的轴向力来计算出伸缩机构对轮胎的分力。

此外，还可以将上述的模拟轮胎侧倾状态试验和模拟轮胎侧偏状态试验结合起来，以实现轮胎复合运动姿态的调节。

综上，本发明的轮胎测试机，只需要三个伸缩机构即可实现轮胎的左右运动、侧偏运动和侧倾运动，较少的部件就能够进行轮胎力学特性的试验，其结构简单、紧凑，成本较低，运动控制较简单，易于操作，设备的整体刚度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种轮胎试验机，其特征在于，包括机架、伸缩机构、运动头、驱动制动装置和路面模拟装置；

所述机架上竖直设有支撑台；

所述运动头设于所述支撑台的支撑面相对的一侧，所述驱动制动装置安装于所述运动头内部，待试验的轮胎安装于所述运动头的端部；

所述运动头和支撑台之间设有三个周向布置的所述伸缩机构，且每个所述伸缩机构的两端分别与所述运动头和支撑台连接；所述伸缩机构上安装有用于测量其轴向力的测力装置和用于测量其伸缩量的第一位移检测装置。

2.如权利要求1所述的轮胎试验机，其特征在于，三个所述伸缩机构周向均匀布置，且三个所述伸缩机构均向所述支撑台的中心倾斜设置，并形成正三角架结构。

3.如权利要求2所述的轮胎试验机，其特征在于，三个所述伸缩机构中的一个伸缩机构位于其它两个伸缩机构的上方，且位于下方的两个伸缩机构对称设于位于上方的伸缩机构所在的竖直平面的两侧。

4.如权利要求1-3任一项所述的轮胎试验机，其特征在于，所述伸缩机构包括伸缩支链和第一伺服电机；

所述伸缩支链包括第一丝杠和套筒，所述套筒的一端开口，另一端封闭，所述套筒的封闭端通过万向铰链与所述运动头连接；所述第一丝杠的一端与第一伺服电机前端的转轴固定连接，其另一端从所述套筒的开口端插入并与所述套筒通过螺纹连接；

所述第一伺服电机的后端通过转动副与支撑台连接，所述测力装置安装在所述套筒和万向铰链之间，所述第一位移检测装置安装在所述套筒的外侧。

5.如权利要求4所述的轮胎试验机，其特征在于，所述第一丝杠设有外螺纹，所述套筒的开口端设有与所述第一丝杠相匹配的螺母，所述第一丝杠与所述螺母螺纹连接。

6.如权利要求4所述的轮胎试验机，其特征在于，所述伸缩机构还包括可伸缩的防尘套，所述防尘套设于所述伸缩支链的外部。

7.如权利要求1-3任一项所述的轮胎试验机，其特征在于，所述机架上还设有升降机构，所述支撑台安装在升降机构上，所述升降机构驱动所述支撑台做升降运动，所述支撑台上设有用于检测支撑台高度位置信息的第二位移检测装置。

8.如权利要求7所述的轮胎试验机，其特征在于，所述升降机构包括滑道、第二丝杠和第二伺服电机，所述滑道竖直设于所述机架上，所述第二丝杠竖直设于所述滑道内，所述第二丝杠的一端与第二伺服电机的转轴连接，其另一端可旋转地安装在机架上，所述支撑台通过滑块安装在所述滑道上，所述第二丝杠穿过所述滑块并与所述滑块螺纹连接。