RU2036449C1 - Bed for dynamic balancing of wheels - Google Patents
Bed for dynamic balancing of wheels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2036449C1 RU2036449C1 SU5009493A RU2036449C1 RU 2036449 C1 RU2036449 C1 RU 2036449C1 SU 5009493 A SU5009493 A SU 5009493A RU 2036449 C1 RU2036449 C1 RU 2036449C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- counting
- inputs
- trigger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в низкоскоростных стендах для балансировки автомобильных колес с ручным приводом. The invention relates to balancing equipment and can be used in low-speed stands for balancing automobile wheels with a manual drive.
Известны стенды для динамической балансировки колес автомобилей с электромеханическим приводом, обеспечивающим стабильную скорость вращения балансируемого колеса при измерении величины дисбаланса по двум плоскостям балансировки [1] [2]
Эти стенды содержат вращающийся в подшипниках шпиндель, на котором крепится балансируемое колесо. Подшипники разнесены по длине шпинделя и связаны с основанием стенда через упругие элементы, ограничивающие линейные перемещения шпинделя в местах установки подшипников в направлении, перпендикулярном оси шпинделя. На упругих элементах установлены датчики линейных перемещений, преобразующие эти перемещения в электрический сигнал. Стенды содержат также импульсный датчик, обеспечивающий определение угла поворота шпинделя. Стенды снабжены электронными блоками измерения величины дисбаланса и определения положения дисбаланса по двум выбранным плоскостям балансировки. В стендах используется привод шпинделя от электрического двигателя. Величина дисбаланса по каждой плоскости балансировки определяется в электронном блоке измерения величины дисбаланса выделением среднего значения сигнала после его детектирования. Замеренная величина дисбаланса выводится на индикатор.Known stands for dynamic balancing of the wheels of cars with an electromechanical drive, providing a stable speed of rotation of the balanced wheel when measuring the imbalance on two planes of balancing [1] [2]
These stands contain a spindle rotating in bearings, on which a balanced wheel is mounted. The bearings are spaced along the length of the spindle and are connected to the base of the stand through elastic elements that limit the linear movement of the spindle at the locations of the bearings in the direction perpendicular to the axis of the spindle. Linear displacement sensors are installed on the elastic elements, converting these displacements into an electrical signal. The stands also contain a pulsed sensor, which determines the angle of rotation of the spindle. The stands are equipped with electronic units for measuring the imbalance and determining the position of the imbalance on two selected balancing planes. The stands use a spindle drive from an electric motor. The imbalance value for each balancing plane is determined in the electronic unit for measuring the imbalance value by highlighting the average value of the signal after its detection. The measured imbalance value is displayed on the indicator.
В таких стендах с электрическим приводом устанавливается достаточно высокая и постоянная скорость вращения шпинделя, что обеспечивает необходимое соотношение сигнал-шум и не требует дополнительных функциональных преобразований сигнала, связанных с величиной скорости вращения. In such stands with an electric drive, a sufficiently high and constant spindle speed is established, which provides the necessary signal-to-noise ratio and does not require additional functional signal transformations associated with the value of the rotation speed.
Однако наличие электромеханического привода помимо усложнения устройства влечет за собой повышенную трудоемкость и продолжительность процесса балансировки, а также низкий уровень безопасности работы на стенде. However, the presence of an electromechanical drive, in addition to complicating the device, entails an increased complexity and duration of the balancing process, as well as a low level of safety at the stand.
Известен также балансировочный стенд с ручны приводом, в котором указанные недостатки отсутствуют [3] Этот стенд отличается отсутствием электромеханического привода, плоскими упругими элементами линейного перемещения опор шпинделя и характеризуется малыми рабочими скоростями вращения шпинделя, а также неопределенностью и нестабильностью этой скорости в процессе измерения. A balancing stand with a manual drive is also known, in which these drawbacks are absent [3] This stand is distinguished by the absence of an electromechanical drive, flat elastic elements of linear movement of the spindle bearings and is characterized by low operating spindle rotation speeds, as well as the uncertainty and instability of this speed during measurement.
Такой стенд имеет ограниченную точность, связанную с малой величиной полезного сигнала относительно уровня шумов, а также с погрешностью, вызванной отклонением фактической скорости вращения колеса от ее номинального значения при каждом измерении и искажением гармонического закона изменения измеряемого сигнала при вращении колеса по инерции. Such a bench has limited accuracy associated with the small value of the useful signal relative to the noise level, as well as with the error caused by the deviation of the actual wheel speed from its nominal value during each measurement and the distortion of the harmonic law of change of the measured signal when the wheel rotates by inertia.
Технический результат изобретения повышение точности балансировки путем повышения соотношения сигнал-шум при измерении дисбаланса на малых скоростях вращения колеса и исключение влияния на точность измерения нелинейных искажений гармонического сигнала. The technical result of the invention improves the accuracy of balancing by increasing the signal-to-noise ratio when measuring imbalance at low wheel speeds and eliminating the influence on the measurement accuracy of non-linear distortions of a harmonic signal.
Сущность изобретения заключается в том, что в стенд для динамической балансировки колес, содержащий основание, шпиндель с балансируемым колесом, втулку, закрепленную на основании через два упругих элемента, два датчика деформации упругих элементов, импульсный датчик поворота шпинделя и соединенный с ним блок регистрации скорости вращения шпинделя, блок отображения информации, соединенный с блоком регистрации скорости, измерительную схему, соединенную с датчиками деформации, импульсным датчиком и блоком отображения информации, введено промежуточное звено в виде двухсторонней вилки, упругие элементы выполнены в виде торсионов, а датчики деформации в виде датчиков угловых перемещений, причем промежуточное звено на одной стороне одним торсионом через зубцы вилки связано с основанием, а на другой стороне другим торсионом с втулкой, торсионы расположены в вертикальной плоскости и перпендикулярны оси шпинделя, шпиндель установлен во втулке, а датчики угла в местах закрепления торсионов, измерительная схема включает схему разложения дисбаланса по плоскостям балансировки, блок определения места дисбаланса, генератор тактовых импульсов и два канала преобразования, причем схема разложения связана с датчиками угловых перемещений, а выходами с каналами преобразования и блоком определения места, генератор тактовых импульсов связан с блоком регистрации скорости и блоком отображения информации, а импульсный датчик связан с блоком определения места. The essence of the invention lies in the fact that in the stand for dynamic balancing of the wheels, containing a base, a spindle with a balanced wheel, a sleeve fixed to the base through two elastic elements, two deformation sensors of elastic elements, a pulse sensor of rotation of the spindle and the connected unit for recording rotation speed a spindle, an information display unit connected to a speed recording unit, a measuring circuit connected to deformation sensors, a pulse sensor and an information display unit, is introduced the intermediate link is in the form of a two-sided fork, the elastic elements are made in the form of torsion bars, and the strain gauges are in the form of angular displacement sensors, the intermediate link on one side through the tines of the fork connected to the base and on the other side by the other torsion with a sleeve, the torsion bars are located in vertical plane and perpendicular to the axis of the spindle, the spindle is installed in the sleeve, and the angle sensors in the places of fastening the torsion bars, the measuring circuit includes a scheme for decomposing the imbalance on the balancing planes , an imbalance location determining unit, a clock pulse generator and two conversion channels, wherein the decomposition circuit is connected with angular displacement sensors, and outputs with conversion channels and a location determining unit, a clock pulse generator is connected to a speed recording unit and an information display unit, and a pulse sensor is connected with a block for determining the place.
Кроме того, каждый канал преобразования содержит два компаратора, два интегратора, три счетных триггера, регистр сдвига с объемом разрядов, равным числу импульсов на один оборот импульсного датчика поворота шпинделя, схему ИЛИ, четыре электронных ключа, источник эталонного напряжения, разделительную емкость, причем в каждом канале преобразования аналоговый вход первого электронного ключа соединен с прямым выходом соответствующего канала схемы разложения дисбаланса и через разделительную емкость с прямым входом первого компаратора, аналоговый вход второго электронного ключа с инверсным выходом соответствующего канала схемы разложения, выходы первого и второго электронных ключей соединены между собой и с аналоговым входом первого интегратора, выход первого интегратора через третий электронный ключ присоединен к прямому входу второгоо интегратора, выход которогоо соединен с прямым входом второго компаратора, инверсный счетный вход первого счетного триггера соединен с выходом блока регистрации скорости вращения шпинделя, прямой счетный вход регистра сдвига с выходом датчика импульсов, выходы первого компаратора и первого счетного триггера присоединены соответственно к счетному и разрешающему входам второго счетного триггера, прямой выход которого соединен с входом разрешения сдвига регистра, а его инверсный выход с входом записи регистра сдвига, вход первого разряда данных регистра сдвига присоединен к уровню логической единицы, выходы разрядов, составляющих четверть и три четверти от объема разрядов регистра сдвига, соединены соответственно с цифровыми входами первого и второго электронных ключей и с двумя входами схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ соединен с цифровым входом третьего ключа и с инверсным входом установки нуля первого интегратора, выход старшего разряда регистра сдвига присоединен к входу установки нуля первого счетного триггера и к прямому счетному входу третьего счетного триггера, выход которого соединен с цифровым входом четвертого электронного ключа, источник эталонного напряжения присоединен к инверсному входу второго интегратора через четвертый электронный ключ, инверсный вход установки нуля третьего счетного триггера соединен с выходом второго компаратора, а инверсные входы обоих компараторов присоединены к общей точке с нулевым потенциалом. In addition, each conversion channel contains two comparators, two integrators, three counting triggers, a shift register with a discharge volume equal to the number of pulses per revolution of the pulse spindle rotation sensor, an OR circuit, four electronic keys, a reference voltage source, and a separation capacitance, and each conversion channel, the analog input of the first electronic key is connected to the direct output of the corresponding channel of the unbalance decomposition scheme and through a separation capacitance with a direct input of the first comparator, and the analog input of the second electronic key with the inverse output of the corresponding channel of the decomposition circuit, the outputs of the first and second electronic keys are interconnected with the analog input of the first integrator, the output of the first integrator through the third electronic key is connected to the direct input of the second integrator, the output of which is connected to the direct input of the second comparator, inverse counting input of the first counting trigger connected to the output of the spindle speed registration unit, direct counting input of the shift register with the output the pulse sensor house, the outputs of the first comparator and the first counting trigger are connected respectively to the counting and enabling inputs of the second counting trigger, the direct output of which is connected to the register shift enable input, and its inverse output to the shift register write input, the input of the first bit of the shift register data is connected to the level of a logical unit, the outputs of the discharges comprising a quarter and three quarters of the volume of the discharges in the shift register are connected respectively to the digital inputs of the first and second electronic keys and with two inputs of the OR circuit, the output of the OR circuit is connected to the digital input of the third key and with the inverse input of the zero setting of the first integrator, the high-order output of the shift register is connected to the input of the zero setting of the first counting trigger and to the direct counting input of the third counting trigger, the output of which connected to the digital input of the fourth electronic key, the reference voltage source is connected to the inverse input of the second integrator through the fourth electronic key, the inverse input of the zero setting of the third account A trigger is connected to the output of the second comparator, and the inverse inputs of both comparators are connected to a common point with zero potential.
Стенд также имеет блок отображения информации, который выполнен в виде двух счетчиков импульсов, мультиплексора, дешифратора, цифрового индикатора и переключателя, причем счетные входы обоих счетчиков присоединены к выходу генератора тактовых импульсов, входы разрешения счета первого и второго счетчиков соответственно присоединены к выходу третьего счетного триггера соответствующего канала преобразования, а входы установки нуля этих счетчиков к выходу схем ИЛИ соответстующего канала преобразования, выходы счетчиков через мультиплексор и дешифратор подключены к цифровому индикатору, два вывода переключателя соединены с двумя входами выбора канала мультиплексора, вход гашения дешифратора соединен с выходом блока регистрации скорости. The stand also has an information display unit, which is made in the form of two pulse counters, a multiplexer, a decoder, a digital indicator and a switch, and the counting inputs of both counters are connected to the output of the clock pulse generator, the count resolution inputs of the first and second counters are respectively connected to the output of the third counting trigger the corresponding conversion channel, and the zero-setting inputs of these counters to the output of the circuits OR of the corresponding conversion channel, the outputs of the counters through multipl CORF and decoder connected to the digital display, the two output switches are connected to two channel select inputs of the multiplexer, input blanking decoder connected to the output speed of the recording unit.
Кроме того, блок регистрации скорости вращения стенда выполнен в виде двух дополнительных счетчиков импульсов и двух D-триггеров, причем счетный вход первого дополнительного счетчика импульсов соединен с выходом импульсного датчика поворота шпинделя, счетный вход второго дополнительного счетчика импульсов с выходом генератора тактовых импульсов, выход старшего разряда первого дополнительного счетчика импульсов присоединен к входу записи данных второго дополнительного счетчика импульсов и к инверсному счетному входу второго D-триггера, выход старшего разряда второго дополнительного счетчика импульсов соединен с прямым счетным входом первого D-триггера, прямой выход которого соединен к входу данных второго D-триггера, входы установки нуля первого дополнительного счетчика импульсов и обоих D-триггеров соединены с выходом переноса второго дополнительного счетчика импульсов, вход данных первого D-триггера присоединен к уровню логической единицы, инверсный выход второго D-триггера присоединен к входам разрядов данных второго дополнительного счетчика импульсов, а его прямой выход является выходом блока регистрации скорости вращения. In addition, the stand rotation speed registration unit is made in the form of two additional pulse counters and two D-flip-flops, and the counting input of the first additional pulse counter is connected to the output of the pulse spindle rotation sensor, the counting input of the second additional pulse counter with the output of the clock generator, the output of the senior the discharge of the first additional pulse counter is connected to the data recording input of the second additional pulse counter and to the inverse counter input of the second D-trigger Era, the high-order output of the second additional pulse counter is connected to the direct counter input of the first D-trigger, the direct output of which is connected to the data input of the second D-trigger, the zero-setting inputs of the first additional pulse counter and both D-triggers are connected to the transfer output of the second additional counter pulses, the data input of the first D-trigger is connected to the level of a logical unit, the inverse output of the second D-trigger is connected to the inputs of the bits of the data of the second additional pulse counter, and its direct output is the output of the rotation speed recording unit.
Выполнение упругих элементов в виде торсионов, а датчиков деформации в виде датчиков угловых перемещений позволяет повысить точность измерения дисбаланса. Торсион как упругий элемент характеризуется высокой линейностью зависимости деформации от момента, отсутствием люфтов и сухого трения в местах сопряжения упругого элемента с конструкцией стенда. Кроме того, ротор и статор датчика углового перемещения могут быть выполнены достаточно большого диаметра и обеспечить высокую крутизну в измерении малых угловых деформаций для достижения высокого соотношения сигнал-шум. Дополнительным техническим результатом использования торсиона и датчика углового перемещения является большая надежность устройства, так как применяемые в известных устройствах в качестве датчиков малых деформаций пьезодатчики характеризуются хрупкостью и поэтому малой надежностью в условиях эксплуатации. The implementation of the elastic elements in the form of torsions, and deformation sensors in the form of angular displacement sensors can improve the accuracy of measuring imbalance. Torsion as an elastic element is characterized by a high linearity of the dependence of deformation on the moment, the absence of backlash and dry friction at the junctions of the elastic element with the stand structure. In addition, the rotor and stator of the angular displacement sensor can be made of a sufficiently large diameter and provide high slope in the measurement of small angular strains to achieve a high signal to noise ratio. An additional technical result of the use of a torsion bar and an angular displacement sensor is the high reliability of the device, since the piezoelectric sensors used in known devices as sensors of small deformations are fragile and therefore have low reliability under operating conditions.
Элементы, входящие в состав канала преобразования позволяют повысить точность предлагаемого стенда по сравнению с известными, полностью исключив погрешность от неравномерности вращения балансируемого колеса в балансировочных стендах с ручным приводом. Elements included in the conversion channel can improve the accuracy of the proposed bench compared to the known ones, completely eliminating the error from the uneven rotation of the balanced wheel in balancing stands with a manual drive.
Конкретное выполнение блока отображения информации и блока измерения скорости вращения позволяет упростить устройство за счет использования для преобразования аналогового сигнала в цифровой вид и его отображения второго интегратора, второго компаратора, третьего триггера, регистра сдвига и источника эталонного напряжения, а также организовать автоматический цикл измерений дисбаланса в уловиях переменной скорости вращения шпинделя. The specific implementation of the information display unit and the rotation speed measuring unit allows to simplify the device by using a second integrator, a second comparator, a third trigger, a shift register and a reference voltage source for converting an analog signal to a digital form, as well as organizing an automatic unbalance measurement cycle in conditions of variable spindle speed.
На фиг.1 показана механическая часть стенда; на фиг.2 схема электронной части стенда; на фиг.3 схема блока регистрации скорости вращения; на фиг.4 временные диаграммы работы узлов устройства; на фиг.5 схема, поясняющая принцип измерения дисбаланса по двум плоскостям балансировки. Figure 1 shows the mechanical part of the stand; figure 2 diagram of the electronic part of the stand; figure 3 diagram of a unit for recording rotation speed; figure 4 timing diagrams of the nodes of the device; 5 is a diagram explaining the principle of measuring imbalance on two planes of balancing.
Блоки, выполняющие логические операции, реализуемые на базе комбинации современных элементов цифровой техники и охватываются существующими стандартами СТ СЭВ 3735-82 и ГОСТ 2.743-82. Blocks performing logical operations implemented on the basis of a combination of modern elements of digital technology and are covered by the existing standards ST SEV 3735-82 and GOST 2.743-82.
Стенд содержит шпиндель 1 с закрепленным на нем балансируемым колесом 2. Шпиндель установлен во втулке 3 на подшипниковых опорах 4. Втулка связана с основанием 5 стенда через промежуточное звено 6 и два торсиона 7 и 8, причем одним концом промежуточное звено через торсион 7 закреплено на основании, а на другом конце промежуточного звена через торсион 8 закреплена втулка 3 со шпинделем 1. В местах закрепления торсионов 7 и 8 установлены соответственно датчики 9 и 10 угла закрутки торсионов. Н валу шпинделя установлен датчик 11 импульсов поворота шпинделя относительно втулки 3. The stand contains a
Электронная часть стенда содержит схему 12 разложения дисбаланса по плоскостям балансировки, схему измерения дисбаланса с двумя идентичными каналами 13 и 14 преобразования, блок 15 определения места дисбаланса, блок 16 регистрации скорости вращения, генератор 17 импульсов и блок 18 отображения информации. The electronic part of the stand contains an
Схема 12 разложения дисбаланса по плоскостям балансировки состоит из двух суммирующих усилителей 19 и 20, имеющих прямые и инверсные выходы. Два входа каждого усилителя соединены соответственно с выходами датчиков 9 и 10 угла. Весовые коэффициенты и их знаки для каждого входа установлены таким образом, чтобы амплитуда сигнала с каждого усилителя зависела только от величины дисбаланса по одной из плоскостей балансировки. Прямые выходы усилителей 19 и 20 соединены с входами блока 15 определения места дисбаланса и с аналоговыми входами первых электронных ключей 21 и через разделительные емкости 22 с входами первых компараторов 23 двух каналов 13 и 14 преобрзования соответственно. Инверсные выходы усилителей присоединены к аналоговым входам вторых электронных ключей 24 каналов преобразования. The
Каждый канал преобразования содержит также два интегратора 25 и 26, второй компаратор 27 и источник 28 эталонного напряжения. Выход первого интегратора 25 соединен через третий электронный ключ 29 с прямым входом второго интегратора 26. Вход первого интегратора соединен с выходами первого и второго электронных ключей, а выход второго интегратора с входом второго компаратора. Источник 28 эталонного напряжения присоединен к инверсному входу второго интегратора 26 через четвертый электронный ключ 30. В каждый канал преобразования входят также первый 31, второй 32 и третий 33 счетные триггеры, регистр 34 сдвига и схема ИЛИ 35. Инверсные счетные входы первых счетных триггеров 31 обоих каналов преобразования соединены с выходом блока 16 регистрации скорости вращения. В каждом канале преобразования выход первого счетного триггера соединен с входом разрешения счета второго счетного триггера 32, счетный вход которого присоединен к выходу первого компаратора 23. Прямой выход триггера 32 соединен с входом разрешения сдвига, а его инверсный выход с входом записи регистра 34. Счетные входы регистров сдвига обоих каналов присоединены к выходу импульсного датчика 11, а их входы установки первого разряда присоединены к уровням логичесокй единицы. Выходы регистра, составляющие 1/4 и 3/4 от его объема, являются управляющими для электронных ключей 21 и 24 и через схему ИЛИ 35 для ключа 29, выход третьего триггера 33 для ключа 30. Выход старшего разряда регистра соединен со счетным входом триггера 33 и входом установки нуля триггера 31. Each conversion channel also contains two
Блок отображения информации содержит два счетчика 36 и 37 импульсов, мультиплексоров 38, переключатель 39, дешифратор 40 и индикатор 41. Счетные входы счетчиков импульсов присоединены к генератору 17 тактовых импульсов. Входы разрешения счета первого и второго счетчиков соединены с выходами третьих счетных триггеров 33 соответствующих каналов преобразования, а входы установки нуля с выходом схемы ИЛИ 35. Поразрядно выходы счетчиков через мультиплексор присоединены к входу дешифратора 40. Входы выбора мультиплексора присоединены к переключателю 39. Выходы дешифратора 40 соединены с индикатором 41, вход гашения дешифратора соединен с выходом блока 16 регистрации скорости. The information display unit contains two
В блок 16 регистрации скорости вращения входят два дополнительных счетчика 42 и 43 импульсов и два D-триггера 44 и 45. Счетные входы счетчиков 42 и 43 присоединены соответственно к выходам импульсного датчика 11 и генератора 17 тактовых импульсов. Выход второго D-триггера 45 является выходом блока. The rotation
На схеме, поясняющей принцип работы стенда, показаны две несбалансированные массы Ма и Мб, приведенные к плоскостям балансировки колеса 1-1 и 2-2. Масса статического дисбаланса М на радиусе колеса R является геометрической суммой этих несбалансированных по плоскостям балансировки масс. При неравномерном вращении колеса в процессе измерения дисбаланса на каждую несбалансированную массу действуют нормальная Fн и тангенциальная Fт силы.The diagram explaining the principle of operation of the stand shows two unbalanced masses M a and M b reduced to the planes of balancing the wheels 1-1 and 2-2. The mass of static imbalance M on the radius of the wheel R is the geometric sum of these masses unbalanced along the planes of balancing. With uneven rotation of the wheel in the process of measuring imbalance, normal F n and tangential F t forces act on each unbalanced mass.
Работа стенда основана на измерении горизонтальных составляющих центробежных (нормальных) сил при наличии несбалансированных масс, действующих на упругие элементы, по их деформации. Известно, что несбалансированные распределенные массы колеса можно привести к двум сосредоточенным массам, расположенным по двум выбранным плоскостям балансировки на расстоянии R от оси вращения колеса. The work of the stand is based on measuring the horizontal components of the centrifugal (normal) forces in the presence of unbalanced masses acting on the elastic elements by their deformation. It is known that unbalanced distributed masses of the wheel can lead to two lumped masses located on two selected balancing planes at a distance R from the axis of rotation of the wheel.
В стендах с ручным приводом измерение дисбаланса осуществляется на вращающемся по инерции балансируемом колесе, при этом на закон вращения колеса влияет смещение центра масс относительно оси вращения (статический дисбаланс). Статический дисбаланс зависит от несбалансированных по плоскостям колеса масс (фиг.5) и относительно массы Ма описывается следующими математическими выражениями:
M , (1)
B= arctg , (2) где А угол между радиус-векторами масс дисбаланса в плоскостях балансировки;
В угол между радиус-векторами измеряемой массы Ма и массы статического дисбаланса Мб.In stands with a manual drive, the imbalance is measured on an inertia-rotating balanced wheel, while the law of rotation of the wheel is affected by the displacement of the center of mass relative to the axis of rotation (static imbalance). Static imbalance depends on the masses unbalanced along the planes of the wheel (Fig. 5) and relative to the mass M a is described by the following mathematical expressions:
M , (1)
B = arctg , (2) where A is the angle between the radius vectors of the mass of imbalance in the balancing planes;
In the angle between the radius vectors of the measured mass M a and the mass of static imbalance M b .
Дифференциальное уравнение свободного вращения колеса при наличии статического дисбаланса имеет вид
J+M·g·Rcos(c+в)=0, (3) где Jо осевой момент инерции колеса;
С текущее значение угла поворота несбалансированной массы Ма;
g ускорение свбодного падения;
R расстояние от несбалансированных масс до оси вращения колеса.The differential equation of free rotation of the wheel in the presence of static imbalance has the form
J + M · g · Rcos (c + c) = 0, (3) where J is the axial moment of inertia of the wheel;
With the current value of the angle of rotation of the unbalanced mass M a ;
g acceleration of free fall;
R is the distance from unbalanced masses to the axis of rotation of the wheel.
Приняв =ωo при С + В D, после однократного интегрирования получим:
= ω
= ω
Проекции нормальной и тангенциальной сил на горизонтальную плоскость определяются выражениями
Fн= MаRcos(c), Fт= -MаRsin(c), (5) где Fн проекция нормальной составляющей силы на горизонтальную плоскость;
Fт проекция тангенциальной составляющей силы на горизонтальную плос- кость.Projections of normal and tangential forces on the horizontal plane are determined by the expressions
F n = M a R cos (c), F t = -M and R sin (c), (5) where F n is the projection of the normal component of the force on the horizontal plane;
F t is the projection of the tangential component of the force on the horizontal plane.
Суммируя проекции нормальной и тангенциальной силы и учитывая выражения (3) и (4), получим выражение измеряемой по плоскости балансировки 1-1 силы
F= Fн+Fт= MаRcos(c) [sin(в)+3 sin(2c+в)], (6) где L (MgR)/(J ωo 2) коэффициент, характеризующий влияние на результат измерения несбалансирвоанной массы по одной из плоскостей балансировки величины и взаимного углового расположения несбалансированной массы по другой плоскости. При L 0 взаимовлияние обеих масс отсутствует, выходной сигнал имеет гармонический характер и отсутствует погрешность измерения, вызванная взаимовлиянием несбалансированных масс.Summing up the projections of the normal and tangential forces and taking into account expressions (3) and (4), we obtain the expression of the force measured on the balance plane 1-1
F = F n + F t = M a R cos (c) [sin (c) +3 sin (2c + c)] , (6) where L (MgR) / (J ω o 2 ) is a coefficient characterizing the effect on the measurement result of an unbalanced mass along one of the planes of balancing the magnitude and relative angular location of the unbalanced mass on another plane. At L 0 there is no mutual influence of both masses, the output signal is harmonic and there is no measurement error caused by the mutual influence of unbalanced masses.
Анализ выражений (1).(6) показывает
ошибка измерения от взаимовлияния двух масс является случайной и не может быть учтена при конкретном измерении;
коэффициент L (степень взаимовлияния) обратно пропорционален квадрату угловой скорости вращения колеса и существенен при малых скоростях вращения, характерных для стендов с ручным приводом;
погрешность от взаимовлияния несбалансированных масс имеет постоянную составляющую и составляющую, зависящую от двойного значения угла поворота.Analysis of expressions (1). (6) shows
the measurement error from the interaction of two masses is random and cannot be taken into account in a specific measurement;
the coefficient L (degree of mutual influence) is inversely proportional to the square of the angular velocity of rotation of the wheel and is significant at low speeds of rotation, characteristic for stands with a manual drive;
the error from the mutual influence of unbalanced masses has a constant component and a component depending on the double value of the angle of rotation.
Стенд работает следующим образом. The stand works as follows.
В исходном состоянии все триггеры, счетчики импульсов и интеграторы установлены в нулевое состояние. Испытуемое колесо 2 закрепляется на шпинделе 1 и вручную приводится во вращение. На выходе импульсного датчика 11 поворота шпинделя формируются импульсы для дискретных значений угла поворота. Шаг квантования по углу для датчика импульсов с числом импульсов N на один оборот шпинделя составляет (360/N) град. In the initial state, all triggers, pulse counters, and integrators are set to zero. The
Несбалансированные массы колеса при его вращении создают силы, перпендикулярные оси шпинделя 1. Проекции этих сил на горизонтальную плоскость определяют моменты, закручивающие торсионы 7 и 8. Величина деформации торсионов находится в линейной зависимости от величины несбалансированных масс, приведенных к двум выбранным плоскостям балансировки. Деформация торсионов воспринимается соответствующими датчиками 9 и 10 угла, сигналы которых содержат линейную комбинацию о несбалансированных массах по двум плоскостям балансировки. Сигналы с датчиков угла поступают на суммирующие усилители 19 и 20 схемы 12 разложения. Схема разложения осуществляет линейное преобразование сигналов с датчиков 9 и 10 таким образом, что на выходе каждого из суммирующих усилителей 19 и 20 сигналы в идеальном случае оказываются пропорциональными силам, действующим только в выбранных плоскостях балансировки (диаграмма 1 на фиг.4). Раздельно, как показано выше, сигнал искажается от взаимовлияния несбалансированных по плоскостям балансировки масс. Эти искажения не могут быть исключены схемой 12 разложения. The unbalanced mass of the wheel during its rotation creates forces perpendicular to the axis of the
Сигналы с выходов усилителей 19 и 20 поступают на аналоговые входы электронных ключей 21 и 24 соответствующих каналов преобразования, при этом после отделения постоянной составляющей сигнала емкостями 22 сигнал с усилителей поступает на вход компараторов 23, который из сигнала формирует прямоугольные импульсы (диаграмма 2). The signals from the outputs of the
Процесс измерения дисбаланса осуществляется автоматически в процессе свободного выбега колеса после его ручной раскрутки. Начало цикла измерения задает блок 16 регистрации скорости. The process of measuring imbalance is carried out automatically in the process of free run-out of the wheel after manual spin. The beginning of the measurement cycle sets block 16 registration speed.
При вращении шпинделя 1 импульсный датчик 11 положения формирует на своем выходе импульсы, соответствующие его дискретным угловым положениям (диаграмма 3). В блоке 16 регистрации скорости анализируется длительность определенного числа этих импульсов. Это число определяется объемом счетчика 42. Число импульсов тактовой частоты, накопленное счетчиком 43 за каждый цикл, характеризует скорость вращения шпинделя 1. When the
При недостаточной скорости вращения или неподвижном шпинделе счетчик 43 переполняется, при этом на его выходе переноса появляется логическая единица, устанавливающая оба D-триггера 44 и 45 в нулевое состояние и оставливающая счетчик 42. При раскрутке шпинделя скорость достигает такого состояния, что счетчик 43 не заполняется полностью, сигнала переноса нет, в то же время на выходе старшего разряда появляется логическая единица, переводящая оба D-триггера в едининчое состояние с трансляцией этого состояния на выход блока 16 регистрации скорости. Дальнейшее увеличение скорости вращения не изменяет состояния на выходе регистратора. После разгона шпинделя в режиме свободного выбега скорость вращения снижается и достигает величины, при которой счетчик 43 вновь заполняется полностью, и импульсом переноса D-триггеры перебрасываются в нулевое состояние, которое передается на выход регистратора. If the rotation speed is insufficient or the spindle is stationary, the
Для исключения многократных срабатываний регистратора в условиях нестабильной скорости вращения шпинделя в нем организован гистерезис по скорости вращения с помощью связи инверсного выхода второго D-триггера 45 с разрядами предварительной установки счетчика 43. Такая связь в зависимости от состояния на выходе регистратора скорости изменяет объем счетчика 43. Гистерезис обеспечивает срабатывание регистратора на скорости вращения большей чем отпускание. To exclude multiple operations of the recorder under conditions of unstable spindle rotation speed, a hysteresis in rotation speed is organized in it by connecting the inverse output of the second D-trigger 45 with the preset bits of the
Таким образом, при ручной раскрутке балансируемого колеса после достижения некоторой скорости вращения появляющаяся на выходе блока 16 регистрации логическая единица подготавливает цикл измерений и гашением через дешифратор 40 цифрового индикатора 41 сигнализирует о достижении требуемой скорости вращения. После достижения угловой скоростью уровня порога отпускания нулевой логический уровень на выходе регистратора (диаграмма 4) через счетный триггер 31 (диаграмма 5) разрешает счет второму счетному триггеру 32. Следующий за разрешением переход сигнала дисбаланса через нуль переводит второй счетный триггер 32 в единичное состояние (диаграмма 6), разрешая тем самым сдвиг единицы с первого разряда регистра 34. Сдвиг единицы в следующий разряд регистра осуществляется по мере прохождения дискретных уровней угла поворота шпинделя. На выходе разряда, составляющего 1/4 от полного объема регистра, логическая единица появляется в месте амплитудного значения сигнала дисбаланса положительной полярности (диаграмма 7) по соответствующей плоскости балансировки (сдвиг на 90 электрических градусов), аналогично выход с разряда регистра 34, составляющего 3/4 от его объема (сдвиг на 270 электрических градусов), соответствует прохождению сигнала дисбаланса отрицательной амплитуды (диаграмма 8). Thus, when manually spinning the balancing wheel after reaching a certain rotation speed, the logical unit appearing at the output of the
Импульсы с выходов регистра 34 сдвига разрешают двойное интегрирование сигнала дисбаланса интеграторами 25 и 26 в интервале времени, соответствующем времени прохождения одного дискретного участка угла поворота шпинделя, причем при 90 электрических градусах, осуществляется интегрирование первым интегратором 25 прямого сигнала, а при 270 градусах инверсного. Интегрирование вторым интегратором 26 производится по выходным сигналам схемы ИЛИ (диаграмма 9). После завершения цикла интегрирования напряжение на выходе второго интегратора соответствует измеряемому по соответствующей плоскости балансировки дисбалансу. The pulses from the outputs of the
Аналогичным образом в том же цикле измерения вторым каналом преобразования осуществляется измерение дисбаланса по другой плоскости балансировки. Similarly, in the same measurement cycle, the second conversion channel measures the imbalance on another plane of balancing.
При отсутствии разрешающего интегрирование сигнала осуществляется обнуление первого интегратора 25. Второй интегратор 26 обнуляется разрядом интегратора от источника 28 эталонного напряжения. Управление разрядом интегратора 26 осуществляет третий счетный триггер 33, который перебрасывается в единичное состояние при поступлении логической единицы в старший разряд регистра 34 (диаграмма 10). В этом состоянии триггер 33 через четвертый электронный ключ 30 подключает источник 28 эталонного напряжения к входу второго интегратора 26. Разряд интегратора продолжается до достижения его выходным напряжением нулевого значения, при этом на выходе второго компаратора 27 появляется уровень логического нуля, триггер 33 перебрасывается в нулевое состояние (диаграмма 11) и источник 28 эталонного напряжения отключается от входа интегратора. Время разряда оказывается пропорциональным накопленному в процессе измерения напряжению второго интегратора 26 и, следовательно, характеризует измеряемый дисбаланс по соответствующей плоскости балансировки. In the absence of a signal permitting integration, the
Выходное напряжение на выходах интеграторов 25 и 26 в процессе измерения приведены соответственно на временных диаграммах 12 и 15. The output voltage at the outputs of the
Блок 18 отображения информации преобразует время разряда интеграторов обоих измерительных каналов в цифровое значение и отображает его на цифровом индикаторе. Преобразование осуществляется счетчками 36 и 37 импульсов, предварительно установленными в нуль сигналами со схем ИЛИ соответствующих каналов. Набранное за время разряда интегратора счетчиками число импульсов тактовой частоты с генератора 17 соответствует измеряемому дисбалансу. The
После завершения цикла измерения и остановки вращения колеса информации о величине дисбаланса колеса по каждой плоскости балансировки сохраняется в счетчиках 36 и 37. Соответствующей установкой переключателя 39 информация о дисбалансе по той или иной плоскости через мультиплексор 38 и дешифратор 40 может быть выведена на индикатор 41. After completing the measurement cycle and stopping the rotation of the wheel, information about the value of the wheel unbalance in each balancing plane is stored in the
Проведенное таким образом измерение дисбаланса характеризуется высокой точностью несмотря на низкую скорость вращения и нестабильность этой скорости. Действительно, измерения проводятся в угловых положениях 90 и 270 электрических градусов, где отношение полезного сигнала к сигналу погрешности от взаимовлияния плоскостей максимально;
интегрирование первым интегратором 25 сначала прямого, а затем инверсного сигнала подчеркивает полезную составляющую сигнала, в то же время сводит к нулю постоянную составляющую и составляющую, зависящую от двойного угла поворота шпинделя, являющихся источниками погрешности от взаимовлияния плоскостей балансировки;
последовательное двухкратное интегрирование исключает из выражения (6) множитель ω и тем самым в условиях непостоянства скорости вращения делает измерения независмыми от этой скорости.The imbalance measurement thus performed is characterized by high accuracy despite the low rotation speed and instability of this speed. Indeed, measurements are taken at angular positions of 90 and 270 electrical degrees, where the ratio of the useful signal to the error signal from the mutual influence of the planes is maximum;
integration of the direct and then the inverse signal by the
successive two-fold integration excludes the factor ω from expression (6) and, thus, under conditions of inconsistent rotation speed, makes the measurements independent of this speed.
После завершения измерения дисбаланса производится балансировка колеса, для чего по каждой балансировочной плоскости по результатам измерения величины дисбаланса для данной плоскости выбирается балансировочный груз, который закрепляется на ободе колеса на угловом положении, найденном с помощью блока определения места дисбаланса. After the imbalance measurement is completed, the wheel is balanced, for which, on each balancing plane, according to the results of measuring the imbalance value, a balancing weight is selected for this plane, which is fixed on the wheel rim at the angular position found using the imbalance location determining unit.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009493 RU2036449C1 (en) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | Bed for dynamic balancing of wheels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009493 RU2036449C1 (en) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | Bed for dynamic balancing of wheels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2036449C1 true RU2036449C1 (en) | 1995-05-27 |
Family
ID=21588961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5009493 RU2036449C1 (en) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | Bed for dynamic balancing of wheels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2036449C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698536C1 (en) * | 2018-10-09 | 2019-08-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Device for determining position of the center of mass and moments of inertia of objects |
RU2805249C1 (en) * | 2022-07-12 | 2023-10-12 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Device for determining position of center of mass and moments of inertia of objects |
-
1991
- 1991-11-19 RU SU5009493 patent/RU2036449C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Станок для балансировки колес WK-18. Технико-эксплуатационная документация. Завод оборудования для технического обслуживания автомобилей, Варшава. * |
2. Патент США N 3732737, кл. G 01M 1/22, 1973. * |
3. Патент США N 4507964, кл. G 01M 1/22, 1985. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698536C1 (en) * | 2018-10-09 | 2019-08-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Device for determining position of the center of mass and moments of inertia of objects |
RU2805249C1 (en) * | 2022-07-12 | 2023-10-12 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Device for determining position of center of mass and moments of inertia of objects |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4046017A (en) | Wheel balancing apparatus | |
US4213346A (en) | Method and apparatus for testing cyclically operated mechanical members for defects | |
US3194065A (en) | Digital vernier torquemeter | |
US4510809A (en) | Device for measurement of amplitude and angular position of an untrue running in a revolving system | |
US4450529A (en) | Method and apparatus for determining encoder accuracy margin in a wheel balancer | |
CN110186678A (en) | High-speed bearing measurement of friction torque system | |
JPH06281527A (en) | Method and equipment for balancing rotating body | |
US4450728A (en) | Vehicle force measurement system | |
US4004450A (en) | Device for measuring impact pulses | |
RU2036449C1 (en) | Bed for dynamic balancing of wheels | |
US4055842A (en) | Digital device for measuring single and multiple impact impulses | |
US4155255A (en) | Read-out system for wheel balancer | |
JPH0637186B2 (en) | Method and apparatus for determining the frequency of use of steering angles | |
CN100458397C (en) | Apparatus for measuring simultaneously vibration and rotation speed of traction motor and method thereof | |
US4157658A (en) | Engine horsepower measurement system | |
CN104792460A (en) | Horizontal test method for revolve-body polar moment of inertia | |
US3905223A (en) | Method of measuring moment of inertia | |
CN85100389B (en) | Dynamic testing method and its app. for the torque-speed characteristics of asynchronous motor | |
JPH0610813U (en) | Encoder device | |
US3663955A (en) | Apparatus for detecting error direction to establish the balanced state of a bridge circuit | |
Abbott | Design of a Moiré fringe torque transducer | |
JP2521563B2 (en) | Method and device for inputting the parameters of a rotating body to the evaluation means of a balance tester | |
JPH06100615B2 (en) | Angular velocity calibrator | |
CN114964312A (en) | Inertial device dynamic error index evaluation method based on high-dynamic centrifugal machine | |
SU1432771A1 (en) | Arrangement for automatically measuring the error of angle converter |