车轮动平衡检测.pptx
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车轮动平衡校验,车轮不平衡的产生旋转体的静平衡和动平衡及其物理模型测量静平衡和动平衡装置的数学模型车轮动平衡机的结构离车式动平衡机就车式动平衡机,把车轮看成一个旋转体,如果车轮的质量不均衡,那么当汽车行驶、车轮高速旋转时,不均衡的质量产生的离心力就会引起车轮的振动和偏摆,乃至整个汽车的行驶都受影响,而且车速越快,这种振动也越严重。
1.车轮不平衡的产生,引起车轮不平衡的主要原因如下:
1)因轮毂和轮辋定位误差使安装中心与旋转中心不重合。
轮胎和轮辋以及挡圈等因几何形状失准而先天形成的重心偏离。
车轮碰撞造成的变形引起的质心位移。
翻新轮胎因定位精度不高而造成新胎冠厚度不均匀而使重心改变。
高速行驶中制动抱死而引起的纵向和横向滑移,会造成局部的不均匀磨损等。
1.车轮不平衡的原因,二、旋转体的静平衡与动平衡旋转体的平衡问题,可以分为静平衡和动平衡两类。
1、静平衡问题如果一个旋转体是薄的圆盘形状,可以将它的轴置于两个平行的水平导轨上(见图a),观察它的运动状态。
2旋转体的静平衡与动平衡,静平衡示意图,轻推圆盘,让它在导轨上慢慢转动然后自然停止。
试验可以重复多次,如果每次它能在任意位置停下来,就说明这个圆盘是质量均匀的,称它是静态平衡的。
反之,经多次试验后,如果发现每次停止时都是圆盘的同一点处于最低位置,说明圆盘质量是不均匀的,称这种旋转体是静态不平衡的。
为了简化,设不均匀质量集中在一点,设为m(见图b),那么只要m不是处在最低位置,圆盘就总要继续转动下去,直到m达到最低点为止。
2旋转体的静平衡与动平衡,2旋转体的静平衡与动平衡,2旋转体的静平衡与动平衡,实际机械设备中,凡是高速旋转的圆盘形零件,为了减少高速旋转时的振动,都需要进行静平衡校验。
有时会看到在高速旋转的盘形零件外缘处钻有一、二个孔,就是出于静平衡调整的需要。
2旋转体的静平衡与动平衡,2、动平衡问题上述静平衡问题,当圆盘的厚度增大到不可忽略而成为圆柱形状时,问题就比较复杂。
一个圆柱可以看成许多薄的圆盘迭成的,不平衡质量可能在圆柱内部任何地方存在,而且各不平衡质点的大小、到旋转中心的位置以及相位(指相对于横坐标或纵坐标的角度)各不相同。
把问题做些简化,将不平衡质量集中在圆柱体两个端面上,这两个面就称为校正面。
2旋转体的静平衡与动平衡,2旋转体的静平衡与动平衡,动平衡示意图,2旋转体的静平衡与动平衡,不难理解,达到动态平衡的旋转体其静态一定也是平衡的。
实际上如果有可能,也可以分别将不平衡质量m1和m2“挖”掉。
鼓风机、水泵、曲轴、电动机转子或试验台的滚筒等旋转体的端面上打了几个孔,或者额外加上几个螺钉垫片,一般就是为了动平衡调整的需要。
汽车车轮有一定的厚度,又是高速旋转的部件,若车轮不平衡。
在高速旋转时就会造成上下和前后方向的振动和横向扭摆,所以需要做动平衡校验。
调整方法一般是在轮辋两个端面上分别安装专用的垫片或平衡块。
2旋转体的静平衡与动平衡,3.测量静平衡和动平衡装置的数学模型,动不平衡,数学模型,应变梁,车轮动平衡机简介对于高速旋转的零件,当它的厚度不可忽略时(一般是轴向长度超过直径的1/6,具体还与转速有关),都需要做动平衡校验。
动平衡机有很多种类,从支承结构方面,可分为:
1)软支承平衡机;2)硬支承平衡机。
4车轮动平衡机简介,软支承平衡机用弹性材料支承,支承刚度很低,旋转时振动幅度较大,操作时转速高于旋转系统的固有频率,测量精度也比较高。
硬支承平衡机的支承刚度高,旋转时几乎没有什么振动,操作时转速低于旋转系统的固有频率,操作比较简便。
车轮动平衡机简介,汽车检测维修部门校验车轮动平衡时使用的都是属于硬支承式平衡机。
其中分为离车式和就车式两类,用离车式平衡机上试验时,需要事先将车轮从车上拆下来装到平衡机上,而用就车式平衡机校验时不需要拆下车轮,只需要将车顶起,使车轮离开地面即可操作。
车轮动平衡机简介,在离车式车轮平衡机中,根据转轴方向不同分为:
1)立式;2)卧式。
对于立式平衡机,试验时需将车轮平放在平衡机上,装卸车轮不如卧式平衡机方便,结构设计也比较复杂,但传感系统的灵敏度比较高,可达3g。
对于卧式平衡机,试验时车轮固定在水平的主轴上,与实际行驶状态相似。
车轮动平衡机简介,卧式平衡机优缺点比较:
车轮动平衡机简介,优点:
被测车轮拆装方便;机械结构和传感器装置也较简单;造价也较低廉,缺点:
平衡精度较低;车轮在悬臂较长的主轴上形成很大的静态力矩,长时间使用后精度难免受影响;一般灵敏度能达到10g,尚能满足一般营运车辆的要求,离车式动平衡机这里以卧式车轮动平衡机为例分析其结构和工作原理。
1、基本工作原理如图所示为动平衡机原理示意图,离车式动平衡机,硬支承卧式动平衡机有两种支承方式:
双支承方式,如图a所示,转轴上有两个支承点S1和S2,分别装有力传感器。
单支承方式,图b所示,只有一个支承点O,下面有两个传感器S1和S2互相垂直。
两种受力原理的分析大同小异。
目前后一种比较常用,以图b为例分析它的工作原理。
离车式动平衡机,
(1)基本受力分析当车轮固定在平衡机主轴上时,旋转系统的静态重量由两个轴承支承。
下面的两个传感器S1和S2基本上不受静态力或只承受很小的静态力。
当车轮和主轴一起旋转时,车轮上不平衡质量引起的微小振动通过弹性良好的应变梁通过杆件传递到两个传感器上,使传感器感受周期性的力作用。
离车式动平衡机,将车轮的不平衡质量等效集中在内外两侧轮辋边缘上,分别设为m1和m2,以一定角速度旋转时产生的离心力分别为F1和F2,必须指出这是两个幅值不变、方向随时改变的旋转向量。
图中都画成相同方向,这不过是它们为“正”时的方向而已。
此时水平传感器S1和垂直传感器S2分别受到x、y两个方向的压力FNx和FNy,也应随时间呈正弦规律变化。
F1、F2、FNx和FNy四个变量都可以写成a=Asin(t+)的形式,一般情况下它们的幅值和相位都各不相同,但角频率是相同的。
离车式动平衡机,离车式动平衡机,
(2)不平衡质量的折算在求得车轮两侧不平衡力后,根据平衡机设计的旋转角速度和轮辋直径D,可以很容易计算出在轮辋内外侧这两个校正面上需要加装的平衡块质量m1和m2。
离车式动平衡机,(3)不平衡相位的确定为了确定不平衡质量存在于轮辋的具体位置,需要将传感器感受的力随时间做正弦变化的过程与车轮的转动位置联系起来,进行所谓同步采样。
为此可在平衡机主轴上安装一个测量旋转位置的传感器,最常用的装置是光电编码盘作角度和初始位置传感器,它由一个多孔或多齿的圆盘和光电耦合器组成。
离车式动平衡机,下图给出了光电编码盘的原理示意图。
在圆盘靠近外缘处有许多孔或做成多齿形状,同时在圆盘两面与齿或孔对应位置安装光耦合器,它由发光二极管和光敏晶体管组成。
离车式动平衡机,光电编码盘示意图,当圆盘随平衡机主轴转动时,从发光二极管发出的光束可以穿过孔而被光敏晶体管接收,也可能被圆盘挡住,从而晶体管可形成一系列光电脉冲。
通过计数脉冲数便可算出圆盘转过的角度。
实际上还可以再增加一套角度传感器(图中未画),与前者稍微错开一点位置,这样,通过两套传感器感受光脉冲的顺序,就可以判断主轴转动方向。
离车式动平衡机,离车式动平衡机,为了消除不平衡质量的影响,只要在与F1和F2各相差180的位置装上对应质量的平衡块即可。
例如轮辋外侧最大不平衡力F1出现在60的位置,控制单元计算出对应不平衡质量为20g,这时需要在同一侧的240位置上安装一个20g的平衡块。
可以按照显示屏幕的提示,慢慢转动车轮,当屏幕给出特殊指示标记时表示240位置转到了最高点,这就是安装平衡块的位置。
离车式动平衡机,离车式动平衡机的基本结构离车式动平衡机如图a所示。
它主要组成为:
驱动系统、测量显示系统以及一些附件组成。
5离车式动平衡机,离车式动平衡机,
(1)驱动系统驱动系统包括主轴、电动机、传动装置和制动装置等部分。
驱动装置绝大部分在机箱内,如图b所示。
电动机经带轮带动主轴及被测车轮旋转。
主轴通过轴承支承在机箱上,在轴承下方靠近带轮处有一根应变梁,测力的传感器经过杆件与应变梁连接,传感器基本上不受静态力作用。
离车式动平衡机,
(2)测量控制系统测量控制系统主要组成:
测量振动力的水平与垂直传感器、作为测量角度位置传感器的光电编码器、微控制器或叫单片机及输入/输出接口电路以及数字显示装置等,系统框图如图所示。
离车式动平衡机,
(2)测量控制系统系统框图如图所示,离车式动平衡机,作为测振动力的传感器一般采用电阻应变片式或压电式力传感器。
当接受振动力后产生周期性电压信号,同时包含有由于带和轴承等振动形成的杂波干扰信号。
因此需要经过放大和带通滤波(只保留有用的基波分量)后,再经A-D转换成为数字信号送微控制器。
作为角度与位置传感器的光电编码盘输出脉冲信号,可直接(或经光电隔离)送微控制器。
微控制器将采样信号经分析处理计算后将结果送到显示器,同时控制电动机启停制动等操作。
离车式动平衡机,(3)附加装置附加装置包括:
车轮防护罩(安全罩)、用于固定车轮的定位锥体和锁紧螺母以及测量轮辋宽度的专用卡尺等,附件包括:
各种平衡块以及拆装平衡块的专用工具等,如图所示。
离车式动平衡机,车轮在平衡机主轴上的定位至关重要。
为了确保不同形式和不同规格的车轮的中心都能与主轴中心严格重合,车轮平衡机配有数个大小不等的定位锥体,如图所示。
平衡块又称配重块,有卡夹式和粘贴式两种。
前者用于轮辋有卷边的车轮,可将带钩状的平衡块钉牢。
粘贴式平衡块用于无卷边的铝镁合金轮辋,其一面有不干胶,可粘贴于轮辋内表面。
离车式动平衡机,平衡块为铅合金制造,有多种重量,标准的配重有两种系列。
一种系列以盎司(OZ)为基础单位,分9档,最小为14.2g(0.5OZ),最大为170.1g(6OZ),间隔为14.2g(0.5OZ)。
另一种以克(g)为基础单位,分14档,最小为5g,最大为80g,60g以上以10g分为一档。
离车式动平衡机,1、就车式平衡机测量原理就车式平衡机测量时不需拆下车轮,而只是将车轮悬离地面,通过测量车轮旋转时的振动情况直接进行不平衡校验。
由于这种方法不便于校验和调整车轮内侧的平衡,主要校验外侧,所以实际上是相当于静平衡校验。
6就车式平衡机,试验时将车轮及旋转组件简化成一个薄圆盘形旋转体,并支承在弹性应变梁上,通过传感器测量车轮的振动,如图所示。
就车式平衡机,就车式平衡机原理示意图,2、就车式平衡机的基本结构就车式车轮平衡机主要组成为:
摩擦轮驱动装置、车桥支架、测量控制系统、光电相位装置以及一些附件,如图所示。
就车式平衡机,就车式车轮平衡机及操作示意图,1仪表板2手柄3光电传感器4驱动电动机5摩擦轮6被测车轮7车桥支架,其中,摩擦轮驱动装置、测量控制系统、光电相位装置以及显示仪表板等都装在一个驱动小车内,小车上可供操作人员乘坐。
(1)摩擦驱动装置包括交流电动机、摩擦轮和正反转启停开关组成。
测试时,车轮离开地面,摩擦轮紧贴车轮外侧胎面,带动车轮以相当于110km/h的车速旋转。
当被测车轮是驱动轮时,可能转动阻力较大,这时可用发动机直接驱动车轮。
就车式平衡机,
(2)车桥支架由顶杆、销钉、底座和测量振动的传感器等组成。
支架部分的作用是顶起车桥,传感器用于测量车轮不平衡引起的振动,它位于支架底座内,常常采用压电式压力传感器。
就车式平衡机,(3)光电相位装置核心部分如图所示。
试验时,频闪灯发的光照射到预先贴在车轮上的白色反光标记,光敏晶体管感受反光后产生电信号,以此作为车轮的初始相位信号。
就车式平衡机,光电相位装置,每转一圈产生一个脉冲,相邻两个脉冲之间对应角度为360,经过细分后即可以得到相对于初始点的相位角。
并且信号脉冲频率与转速成正比,所以也同时记录了车轮的转速。
图中使用了两个光敏晶体管,可以根据脉冲信号的先后判断车轮的转向。
就车式平衡机,(4)测量控制系统以微控制器(单片机)为核心的测量控制系统主要包括:
1)测量振动的传感器;2)测量角度和相位的光电传感器。
这两类信号输入通道,采样信号经微控制器分析处理计算后将结果送到显示器,同时控制电动机启停制动等操作,与离车式平衡机类似。
就车式平衡机,随着道路条件的改善和汽车行驶速度的提高,车轮不平衡对汽车性能的影响也越来越大,影响汽车行驶平顺性、操纵稳定性、行驶安全性和乘坐舒适性。
车轮不平衡还会加剧轮胎、转向机构、行驶系及传动系统零部件的冲击和磨损,缩短其使用寿命。
因此,在汽车正常使用一定时间后,尤其是在对轮胎、轮辋进行了修补、修复或更换新轮胎后,一定要对轮胎进行动平衡检测,国家标准对此也做了有关规定。
车轮动平衡校验的意义,
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