CN108437884A - 一种拖挂式房车铰接处角度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拖挂式房车铰接处角度测量装置，包括套筒、挂钩、转速传感器、轴承齿轮、直线位移传感器和旋转柱。本发明在房车套筒与牵引车挂钩上安装机械测量装置，当牵引车与房车铰接处产生水平铰接角时，套筒带动旋转柱水平方向旋转，旋转柱通过旋转柱套带动轴承齿轮转动，转速传感器测量轴承齿轮的转速从而判断水平方向转动的角度。当牵引车与房车产生俯仰角时，旋转柱与其相连的滑移件沿着导轨纵向移动，直线位移传感器测量旋转柱纵向移动的位移以测量产生的俯仰角。本装置稳定可靠，在测量铰接角的同时可以测量俯仰角，可实现铰接处全方位角度测量。

Description

一种拖挂式房车铰接处角度测量装置

技术领域

本发明属于角度测量研究领域，具体涉及一种拖挂式房车铰接处角度测量装置。

背景技术

拖挂式房车铰接处铰接角和俯仰角对于拖挂式房车的稳定性，平顺性有着很大影响。得知铰接角，可以在制动时对房车制动力进行分配从而提高制动的稳定性，得知俯仰角，可以对房车主动悬架进行调整以获得较好的平顺性。由于拖挂式房车铰接处采用球头销，牵引车与房车在横向转动的同时还会产生纵向转动，直接安装接触式角度传感器的话前牵引车与房车的俯仰运动会对角度传感器进行干涉，这给铰接处直接安装角度传感器来测量角度带来了困难。现有的一些角度测量装置如专利申请号201410054273.4所述，采用定子，转子，转动轴，代码盘，摆锤质量体等进行角度测量，结构复杂，造价较高，不便安装于拖挂式房车球头销铰接处。又如专利申请号201710681877.5所述，采用角度位移测量机构与编码器，测量精度较高，但结构复杂且不能排除拖挂式房车牵引车与房车产生俯仰角时对测量装置的干涉。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种拖挂式房车铰接处角度测量装置，本发明在房车套筒与牵引车挂钩上安装机械测量装置，当牵引车与房车铰接处产生水平铰接角时，套筒带动旋转柱水平方向旋转，旋转柱通过旋转柱套带动轴承齿轮转动，转速传感器测量轴承齿轮的转速从而判断水平方向转动的角度。当牵引车与房车产生俯仰角时，旋转柱与其相连的滑移件沿着导轨纵向移动，直线位移传感器测量旋转柱纵向移动的位移以测量产生的俯仰角。本装置稳定可靠，该装置在测量拖挂式房车铰接处横向铰接角的同时还能测得牵引车与房车的俯仰角，可实现铰接处全方位角度测量。

本发明的技术方案是：一种拖挂式房车铰接处角度测量装置，包括套筒、挂钩、转速传感器、轴承齿轮、直线位移传感器和旋转柱；

所述套筒与旋转柱的一端滑动连接，且可带动旋转柱同向转动；所述旋转柱的另一端套有旋转柱套，旋转柱套通过连接肋板与轴承齿轮外圈未加工齿的一端连接；轴承齿轮内圈固定套在挂钩的一端，挂钩另一端的球头销与套筒铰接；

所述转速传感器安装在轴承齿轮旁，测量轴承齿轮的转速和转向；

所述直线位移传感器安装在旋转柱旁，测量旋转柱的位移。

上述方案中，所述套筒上开有导轨；

所述旋转柱的一端与滑移件连接；所述滑移件安装在导轨上、且可在导轨中滑移。

上述方案中，所述滑移件呈阶梯状依次分成第一圆台、第二圆台和圆柱；第一圆台的直径大于第二圆台，所述第一圆台与导轨啮合，可在导轨中滑动；所述第二圆台端面高于套筒端面，所述圆柱上设有螺纹；

所述旋转柱的一端为长方体，长方体上开孔，第二圆台穿过孔，并用螺母拧紧。

上述方案中，所述轴承齿轮的外圈加工出300度的齿。

上述方案中，所述轴承齿轮内圈通过焊接肋板与挂钩同轴固定连接。

上述方案中，所述转速传感器的一端与固定钢件a的一端连接，固定钢件a的另一端与挂钩连接。

上述方案中，所述转速传感器为双极型霍尔传感器。

上述方案中，所述直线位移传感器的一端连接在旋转柱的底部，另一端通过固定钢件b与连接肋板连接。

上述方案中，所述转速传感器测得轴承齿轮外圈转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式一计算，

θ＝∫wdt 公式一

其中t表示时间，轴承齿轮外圈顺时针转动时，角速度w为正值，铰接角θ为正值，轴承齿轮外圈逆时针转动时，角速度w为负值，铰接角θ为负值。

上述方案中，所述直线位移传感器测量旋转柱的位移s，俯仰角θ1可用公式二计算，

其中，d为旋转柱套中心到轴承齿轮中心距离，旋转柱随滑移件沿导轨进行竖直向下方向移动时，位移s为正，俯仰角θ1为正，旋转柱随滑移件沿导轨进行竖直向上方向移动时，位移s为负，俯仰角θ1为负。

与现有技术相比，本发明的有益效果是

1.本装置轴承齿轮的转动方向可以通过转速传感器的测得转速的正负来表示，从而判断牵引车与房车铰接处旋转方向的顺逆，角速度w为正值，θ为正，则房车相对于牵引车顺时针产生铰接角；角速度w为负值，θ为负，房车相对于牵引车逆时针产生铰接角。当牵引车与房车产生俯仰角时，由于旋转柱套中心到轴承齿轮中心距离d固定，旋转柱会随滑移件沿导轨进行竖直方向移动，直线位移传感器感知旋转柱位移的s，位移s的正负代表了牵引车与房车俯仰旋转方向的顺逆，位移s为正值，θ1为正，房车相对于牵引车是顺时针产生俯仰；位移s为负值，θ1为负，房车相对于牵引车逆时针产生俯仰。本装置在测得拖挂式房车铰接处铰接角的同时还可以测得牵引车与房车的俯仰角。

2.本装置轴承齿轮的齿有300度，本装置理论上可以实现拖挂式房车牵引车与房车铰接角顺逆时针各150度的测量，完全满足拖挂式房车铰接处角度测量的需求。

3.本装置的轴承齿轮内圈通过焊接肋板焊接在挂钩上，保证轴承齿轮与挂钩的同轴度以减小误差。

4.本装置所述第二圆台端面略高于套筒端面，用于给旋转柱的顶端夹紧和限位，使其与套筒端面平行，保证旋转柱在运动过程中不与套筒端面接触以减小摩擦。

5.本装置采用机械传动的方法，来测量房车铰接处的铰接角与俯仰角，结构简单，工作稳定，可靠性高，造价便宜，易于安装，拆卸与维修，测量精度较高。

6.本装置测得铰接角的精度较高，误差较小。

7.通过角度的测量，反映了牵引车与房车的实时状态，为拖挂式房车整车的控制提供了依据。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为图1中A-A角度所看到的旋转件结构图；

图3为图1中B-B角度所观测的滑移件与滑轨、旋转柱、螺母装配视图；

图4为本发明三维结构示意图。

图中：1、套筒；2、球头销；3、挂钩；4、转速传感器；5、轴承齿轮；6、固定钢件a；7、焊接肋板；8、连接肋板；9、固定钢件b；10、直线位移传感器；11、旋转柱；12、旋转柱套；13、导轨；14、螺母；15、滑移件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1和图4所示为本发明所述拖挂式房车铰接处角度测量装置的一种实施方式，所述拖挂式房车铰接处角度测量装置包括套筒1、挂钩3、转速传感器4、轴承齿轮5、直线位移传感器10和旋转柱11。

在房车的套筒1上加工出一个导轨13，滑移件15可以在导轨13中滑移，末端穿过旋转柱套12的旋转柱11的顶端开孔并通过螺母14固定在滑移件15上。在轴承外圈加工出300度的较为密集的齿形成轴承齿轮5，轴承齿轮5通过四个焊接肋板7同轴焊接在牵引车的挂钩3的一端，挂钩3另一端的球头销2与套筒1铰接；轴承齿轮5未加工齿的一端和旋转柱套12通过连接肋板8焊接在一起。转速传感器4近距离平行靠近轴承齿轮5，通过焊接在挂钩3上的固定钢件a6固定。所述的转速传感器4为双极型霍尔传感器，在测量轴承齿轮5转速的同时，还可以测量轴承齿轮5的转向。直线位移传感器10的一端连接在旋转柱11的底部，另一端通过焊接在连接肋板8上的固定钢件b9固定。

如图2所示，所述轴承齿轮5内圈通过焊接肋板7焊接在挂钩3上，保证轴承齿轮5与挂钩3的同轴度以减小误差。所述的旋转柱套12内部为圆柱形通孔，穿过旋转柱11并焊接在链接肋板8上，连接时需保证二者有较高的同轴度。所述旋转柱11采用圆柱形与旋转柱套12间隙配合，以在旋转柱11与旋转柱套12发生相对位移时减小摩擦。旋转柱套12与旋转柱11之间的间隙可在满足二者之间相对滑动的同时应尽可能小，以使房车与牵引车产生铰接角时能立刻反映到轴承齿轮5的转动上来，从而减小测量误差。

如图3所示，所述导轨13的长度根据拖挂式房车一般行驶中产生的俯仰角的大小来确定。在实际运用中，所述的导轨13中需要有润滑油以减少滑移件15在到过中滑动时产生的摩擦力。所述的滑移件15呈阶梯状分成第一圆台1501、第二圆台1502和圆柱1503，第一圆台1501的直径大于第二圆台1502，所述第一圆台1501用于与导轨13啮合，在导轨13中滑动；所述第二圆台1502端面略高于套筒1端面，用于给旋转柱11的顶端夹紧和限位，使其与套筒端面1平行，保证旋转柱11在运动过程中不与套筒端面1接触以减小摩擦。所述圆柱1503上须攻上螺纹，所述的螺母14用于通过圆柱1503将旋转柱11的顶端拧紧，防止其在运动过程中松动。所述的旋转柱11顶顶端采用长方体设计，在长方体上开孔，将其穿在第二圆台1502上，并用螺母14拧紧。旋转柱11末端穿过旋转柱套12以与旋转柱套12配合使用。

本发明的工作过程如下：

当牵引车与房车产生水平方向顺时针铰接角时，房车顺时针转动带动套筒1顺时针转动，套筒1通过转动带动滑移件15转动，旋转柱11由螺母14与滑移件15固定在滑轨13上且与滑移件15一起顺时针转动。进一步地，旋转柱11带动旋转柱套12顺时针转动。旋转柱套12通过连接肋板8带动轴承齿轮5外圈顺时针转动，此时，转速传感器4测得轴承齿轮5转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式

θ＝∫wdt 公式1

表示，其中t表示时间。此时，角速度w为正值，铰接角θ为正值。

当牵引车与房车产生水平方向逆时针铰接角时，房车逆时针转动带动套筒1逆时针转动，套筒1通过转动带动滑移件15转动，旋转柱11由螺母14与滑移件15固定在滑轨13上且与滑移件15一起逆时针转动。进一步地，旋转柱11带动旋转柱套12逆时针转动。旋转柱套12通过连接肋板8带动轴承齿轮5外圈逆时针转动，此时，转速传感器4测得轴承齿轮5转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式1表示。此时，角速度w为负值，铰接角θ为负值。

由于轴承齿轮5的齿有300度，本装置理论上可以实现拖挂式房车牵引车与房车铰接角顺逆时针各150度的测量。由于在现实使用过程中，牵引车相对于房车顺时针或逆时针转动的角度一般小于100度，所以本发明的测量量程完全满足拖挂式房车铰接处角度测量的需求。

当牵引车与房车产生顺时针产生俯仰角时，由于旋转柱套12中心到轴承齿轮5中心距离d固定，旋转柱11会随滑移件15沿导轨13进行竖直向下方向移动。直线位移传感器10感知旋转柱位移的s，俯仰角θ1可用公式

表示。此时，位移s为正，俯仰角θ1为正。

当牵引车与房车产生逆时针产生俯仰角时，由于旋转柱套12中心到轴承齿轮5中心距离d固定，旋转柱11会随滑移件15沿导轨13进行竖直向上方向移动。直线位移传感器10感知旋转柱位移的s，俯仰角θ1可用公式2表示。此时，位移s为负，俯仰角θ1为负。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，包括套筒(1)、挂钩(3)、转速传感器(4)、轴承齿轮(5)、直线位移传感器(10)和旋转柱(11)；

所述套筒(1)与旋转柱(11)的一端滑动连接，且可带动旋转柱(11)同向转动；所述旋转柱(11)的另一端套有旋转柱套(12)，旋转柱套(12)通过连接肋板(8)与轴承齿轮(5)外圈未加工齿的一端连接；轴承齿轮(5)内圈固定套在挂钩(3)的一端，挂钩(3)另一端的球头销(2)与套筒(1)铰接；

所述转速传感器(4)安装在轴承齿轮(5)旁，测量轴承齿轮(5)的转速和转向；

所述直线位移传感器(10)安装在旋转柱(11)旁，测量旋转柱(11)的位移。

2.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述套筒(1)上开有导轨(13)；

所述旋转柱(11)的一端与滑移件(15)连接；所述滑移件(15)安装在导轨(13)上、且可在导轨(13)中滑移。

3.根据权利要求2所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述滑移件(15)呈阶梯状依次分成第一圆台(1501)、第二圆台(1502)和圆柱(1503)；第一圆台(1501)的直径大于第二圆台(1502)，所述第一圆台(1501)与导轨(13)啮合，可在导轨(13)中滑动；所述第二圆台(1502)端面高于套筒(1)端面，所述圆柱(1503)上设有螺纹；

所述旋转柱(11)的一端为长方体，长方体上开孔，第二圆台(1502)穿过孔，并用螺母(14)拧紧。

4.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述轴承齿轮(5)的外圈加工出300度的齿。

5.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述轴承齿轮(5)内圈通过焊接肋板(7)与挂钩(3)同轴固定连接。

6.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述转速传感器(4)的一端与固定钢件a(6)的一端连接，固定钢件a(6)的另一端与挂钩(3)连接。

7.根据权利要求1或6所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述转速传感器(4)为双极型霍尔传感器。

8.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述直线位移传感器(10)的一端连接在旋转柱(11)的底部，另一端通过固定钢件b(9)与连接肋板(8)连接。

9.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述转速传感器(4)测得轴承齿轮(5)外圈转动的角速度w，则产生的铰接角θ可用公式一计算，

θ＝∫wdt 公式一

其中t表示时间，轴承齿轮(5)外圈顺时针转动时，角速度w为正值，铰接角θ为正值，轴承齿轮(5)外圈逆时针转动时，角速度w为负值，铰接角θ为负值。

10.根据权利要求1所述的拖挂式房车铰接处角度测量装置，其特征在于，所述直线位移传感器(10)测量旋转柱(11)的位移s，俯仰角θ1可用公式二计算，

其中，d为旋转柱套(12)中心到轴承齿轮(5)中心距离，旋转柱(11)随滑移件(15)沿导轨(13)进行竖直向下方向移动时，位移s为正，俯仰角θ1为正，旋转柱(11)随滑移件(15)沿导轨(13)进行竖直向上方向移动时，位移s为负，俯仰角θ1为负。