УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СИЛОВОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОКРЫШЕК ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН

Заявляемая полезная модель относится к области производства пневматических шин, а именно к устройствам для контроля силовой неоднородности покрышек пневматических шин, а также к приборам измерения силы.
Известно устройство для измерения радиальных сил, содержащее тензометрический силоизмерительный датчик, имеющий форму втулки (а.с. СССР N 1775623, G01L 1/22,1992г.) Недостатком устройства является то, что оно может измерять только радиальные усилия, в то время как для определения силовых неоднородностей покрышек необходимы двухкомпонентные датчики, измеряющие как радиальные силы, так и силы, действующие вдоль оси.
Наиболее близким к заявляемому является известное устройство для контроля силовой неоднородности покрышек пневматических шин, содержащее станину, узел вращения контролируемой покрышки, нажимной маховик, устанавливаемый с возможностью вращения на неподвижной вертикальной оси, верхний и нижний конец которой связаны с двухкомпонентными тензометрическими силоизмерительными датчиками, закрепленными на базисной плите, жестко соединенной с кареткой, перемещающейся вдоль линии, перпендикулярной к осям вращения маховика и покрышки. В указанном устройстве двухкомпонентные тензометрические силоизмерительные датчики представляют собой выполненные из монолитной заготовки путем механической обработки два концентричных кольца, связанных между собой четырьмя взаимно перпендекулярными балками постоянного поперечного сечения, при этом периферийные концы балок, обращенные к наружному кольцу, связаны с последним тонкостенными мембранами, перпендекулярными продольной оси балок.
Упомянутое устройство изготовляется фирмой Гоффман (Германия) и эксплуатируется на ряде заводов СНГ (см. каталог чертежей фирмы Hofmann (RGM-S Model 83.1.2). Недостатками упомянутых датчиков указанного устройства является:
-/
-критичность к несту наклейки тензорезисторов, поскольку значение изгибающего момента и, следовательно, величина деформации балки в сечении является величиной переменной и зависит от удаления рассматриваемого сечения от плоскости заделки.
-незащищенность конструкции датчика от механической перегрузки, поскольку при каждом цикле измерения каретка, несущая маховик и датчики, винтовым приводом перемещается к контролируемой покрышке и поджимается к нему с заданным усилием. Отказ в схеме управления приводом каретки приводит к многократной перегрузке датчиков и возникновению остаточных деформаций его элементов, то есть к выводу из строя.
Заявляемая полезная модель направлена на:
-упрощение конструкции датчиков, обеспечение технологичности их изготовления.
-обеспечение некритичности к месту наклейки тензорезисторов.
-обеспечение защиты конструкции датчиков от возможной механической перегрузки.
Указанные результаты достигаются тем, что устройство контроля силовой неоднородности покрышек пневматических шин содержит станину, узел вращения контролируемой покрышки, нажимной маховик, контактирующий своей цилиндрической поверхностью с беговой дорожкой покрышки и установленный с возможностью вращения на вертикальной неподвижной оси, концы которой связаны с двухкомпонентными тензометрическими силоизмерительными датчиками, закрепленными на жестко соединенных между собой базисных плитах, размещенных на каретке, перемещаемой вдоль прямой, соединяющей оси вращения маховика и покрышки и перпендекулярной к ним, при этом каждый из датчиков выполнен из двух идентичных блоков, каждый из которых выполнен из двух установленных параллельно друг другу и соединенных концами балок равного сопротивления изгибу, при этом блок измерения радиального усилия соединен с осью маховика посредством двухшарнирной связи, а блок измерения осевого усилия - посредством упругой связи, выполненной в виде пластин, при этом обе связи выполнены с обеспечением передачи усилия вдоль оси симметрии блока.
Кроме того указанные результаты достигаются тем, что в осях симметрии балок, перпендикулярных их длине, выполнены выступы, балки установлены с ориентацией упомянутых выступов навстречу друг другу с зазором между ними, не превышающим максимально допустимую упругую деформацию балок.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются: выполнение датчиков из двух идентичных блоков, каждый из которых представляет собой соединенные концами две балки равного сопротивления изгибу; соединение блока измерения радиального усилия с осью
маховика посредством двухшарнирной связи; соединение блока измерения осевого усилия с осью маховика посредством упругой связи, выполненной в виде пластины; выполнение связей оси маховика с блоками таким образом, что усилие от нее передается на блок вдоль оси симметрии блока.
Выполнение двухкомпонентного датчика из двух самостоятельных независимых друг от друга блоков позволяет упростить конструктивное выполнение самих датчиков и обеспечивает повышение точности измерений, так как каждый блок измеряет только одну компоненту силы, действзпощую на контролируемый обект.
Выполнение датчика из двух балок равного сопротивления изгибу позволяет легко изменить пределы чувствительности датчиков, их подстройку и измеряемые диапазоны величин. Для этого достаточно изменить высоту поперечного сечения балки, подвергаемой изгибу. А это можно осуществить механической обработкой балки - фрезерованием (грубо) или шлифованием (точно) только одной плоскости балки. Соединение блока измерения радиального усилия с осью маховика посредством двухшарнирной связи позволяет повысить точность определения измеряемого усилия за счет исключения влияния на датчик боковых нагрузок. Выполнение связи блока измерения осевого усилия в виде упругого элемента пластинчатой формы обеспечивает с одной стороны непрерывно монотонную передачу знакопеременного усилия от оси маховика на измерительный блок, а с другой стороны препятствует передаче боковых усилий радиального направления.
Выполнение связей таким образом, чтобы усилие оси маховика передавалось на блоки измерения вдоль их поперечной оси симметрии обеспечивает возможность измерения усилия, поскольку отклонение от оси симметрии искажает показания первичных преобразователей (тензодатчиков), включаемых в полную мостовую схему измерения и вносит систематическую погрешность, которую невозможно устранить.
Выполнение на балках выступов, расположенных на оси симметрии, перпендикулярной их длине, позволяет наиболее просто решить проблему передачи усилия на балку вдоль оси симметрии, так ка приложение усилия к выступу в любой точке его плоскости за счет его жесткости и жесткости связи, передающей усилие, обеспечивает его перемещение перпендекулярно этой плоскости и симметричную деформацию балок. Ориентация выступов, выполненных в центрах балок навстречу друг другу и установка их с зазором между ними, не превышающим максимально допустимую упругую деформацию балок, позволяет предотвратить разрушение балок и соответственно выход датчика из строя при возникновении усилий, превышающих предельно допустимые значения. При их приложении к блоку измерения балки прогнутся до упора одного выступа в другой. Величина зазора рассчитывается исходя из геометрии балок и модуля упругости материала, из которого выполнены балки. -I
Сущность заявляемой полезности модели поясняется чертежами. На фиг.1 показан общий вид устройства для контроля силовой неоднородности покрышек пневматических шин, на фиг.2 - узел верхнего датчика, на фиг.3 - вид на датчики АА фиг.2.
Устройство содержит станину 1, узел 2 вращения контролируемой покрышки 3, нажимной маховик 4, установленный с возможностью вращения вокруг неподвижной вертикальной оси 5. Верхний тензометрический двухкомпонентный силоизмерительный датчик б и нижний тензометрический двухкомпонентный силоизмерительный датчик 7 установлены на базисных плитах 8, жестко соединенных с кареткой 9, перемещающийся вдоль линии, перпендекулярной к осям вращения 5 маховика 4 и покрышки 3 по направляющим 10 и снабженной винтовым приводом перемещения (на чертежах не указан и в данной заявке не рассматривается ). Каждый (верхний б или нижний 7) двухкомпонентный тензометрический датчик имеет два взаимно перпендикулярных направления: - радиальное 11, вдоль линии перемещения каретки 9 и
- осевое 12, вдоль оси вращения 5 маховика 4. Компоненты результирующего усилия по осевому 12 и радиальному 11 направлениям измеряются одинаковыми динамометрическими блоками 13, состоящими из двух зеркально подобных относительно плоскости соприкосновения балок равного сопротивления изгибу 14, жестко соединенных концами и изгибаемых силами, приложенными к выступам 15, выполненным в средней части балок 14, линия действия которых совпадает с радиальным -направлением 11 для измерения радиальной составляющей силы и осевым -направлением 12 для измерения осевой составляющей силы. На оси 5 с помощью пальца 16 закреплен сухарь 17, обеспечивающий шарнирное соединение оси маховика 5 с выступом 15 динамометрического блока 13 посредством двухшарнирной связи 18. Второй динамометрический блок 13, измеряющий осевое усилие, соединен выступом 15 с сухарем 17 с помощью закрепленных в обойме 19 упругих пластин 20. В качестве первичных преобразователей силоизмерительного датчика используются тензорезисторы 21, наклеенные на внутренние плоскости участков с переменной шириной поперечного сечения балок равного сопротивления изгибу, на которых деформации от изгиба одинаковы, как на каждом из четырех участков каждой балки, так и по длине каждого участка и зависят только от величины силы, изгибающей балку.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Контролируемая покрышка 3 устанавливается в узле 2, поддувается до номинального внутреннего давления и приводится во вращение. Включается винтовой привод подачи каретки 9 (на чертежах не показан) и маховик 4 прижимается к контролируемой покрышке 3. При достижении силы нажатия маховика заданного значения, контролируемого датчиками (радиальная составляющая суммарной силы) привод перемещения каретки отключается, включается электронная измерительная схема, с по/mmi
мощью которой оценивается колебание радиальной силы, а также угловой и конусный эффекты оцениваемые при колебаниях осевой составляющей. При этом усилие, действующее в радиальном направлении 11 передается от конца неподвижной оси вращения 5 маховика 4 через палец 16, осуществляющий шарнирное соединение оси 5 с сухарем 17, связанным с одним из выступов 15 динамометрического блока 13 двухшарнирным элементом связи 18, растягиваемом силами линии действия которых проходят через оси шарниров элемента 18. Усилие, действующее в осевом направлении 12 , передается от конца неподвижной оси вращения 5 маховика 4 через палец 16, осуществляющий шарнирное соединение оси 5 с сухарем 17, связанным с одним из выстзгпов 15 динамометрического блока 13 обоймой 19 с упругими элементами связи 20. В случае превышения предельного значения действующей в радиальном направлении силы, выступы 15 динамометрического блока 13 смыкаются и излишки силового потока, минуя изгибаемые упругие элементы балок 14 динамометрического блока 13, передаются через жесткие элементы датчика на станину 1 устройства. В результате возникающих усилий балки равного сопротивления изгибу 14 деформируются, и наклеенные на них тензорезисторные датчики 21 выдают сигнал, который постзшает в схему обработки и регистрации (на чертеже не показана). По окончании измерений маховик 4 отводится от покрышки 3, которая удаляется из устройства.