CN101620017B - 用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备 - Google Patents

Abstract

用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备，包括：测量轴(2)，其支撑在能绕轴线(23)旋转的旋转安装件(26)中，旋转构件(1)固定到测量轴用于测量操作，和具有测力传感器(4，5)且将测量轴支撑到固定框架(6)的支撑部件(3)，支撑部件有中间框架(7)，测量轴支撑在中间框架上且在设有测力传感器(4)的安装平面，中间框架经另一测力传感器(5)并经一对支撑杆(11，12)和枢轴(15-18)支撑到固定框架，旋转安装件在相对于设有测力传感器的安装平面(8)的轴向间距处固定连接到刚性保持装置(29)，保持装置经一对支撑杆(13，14)和枢轴(19-22)支撑到中间框架，支撑杆(11-14)由设在枢轴(15-22)之间的刚性平的构件形成。

Description

用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备

技术领域

本发明涉及用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备。

背景技术

从EP 1108204B1中可知用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备。已知的用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备包括测量轴和支撑部件，该测量轴被支撑在可绕其轴线旋转的旋转安装件中并且旋转构件固定到测量轴上用于测量操作，该支撑部件具有测力传感器且用于将测量轴支撑在固定框架上，其中，支撑部件具有中间框架，测量轴被支撑在该中间框架上且位于设有测力传感器的安装平面中，另外，测量轴和中间框架分别在由支撑杆形成的各自的有效安装位置被支撑在中间框架和固定框架上。

已知的设备提供了具有高精度的测量结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种在本说明书的技术领域部分所述类型的设备，该设备具有紧凑型结构且易于生产。

该目的通过如下方案实现：一种用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备，包括：测量轴，其被支撑在能够围绕其轴线旋转的旋转安装件中，所述旋转构件固定在所述测量轴上用于测量操作，以及具有测力传感器的支撑部件，所述支撑部件用于将所述测量轴支撑在固定框架上，其中所述支撑部件具有中间框架，所述测量轴被支撑在所述中间框架上且位于设有测力传感器的安装平面中，所述中间框架经由另一个测力传感器并且经由第一对支撑杆和枢轴支撑在所述固定框架上，所述旋转安装件在相对于所述安装平面的轴向间距处固定地连接到刚性保持装置上，其中，所述测力传感器设置在所述安装平面中，所述保持装置经由第二对支撑杆和枢轴支撑在所述中间框架上，所述支撑杆由设置在相关联的枢轴之间的刚性且平的构件形成，并且所述枢轴为具有凹形横截面的线性延伸的薄弱位置的形式，其具有基本上垂直于施加到所述测力传感器上的力有效的方向上延伸的轴线，并且另外，所述测量轴和所述中间框架分别在由支撑杆形成的各自的有效安装位置被支撑在所述中间框架和所述固定框架上，连接所述第二对支撑杆到所述保持装置上的两个枢轴中的每一个的第一部分形成在所述保持装置的材料中，并且所述枢轴的剩余的第二部分形成在各个支撑杆的材料中。还公开了本发明的有利的变型。

中间框架经由一对支撑杆支撑在固定框架上并且在支撑杆的各自的端部处枢转。测量轴也经由一对支撑杆支撑在中间框架上并且在杆的端部处枢转。各个枢轴的轴线垂直于施加到测力传感器上的力以及测量轴的轴线所在的平面延伸。将中间框架支撑在固定框架上的一对支撑杆同时能够为中间框架在固定框架上提供平行导向。出于该目的，支撑杆以相互平行的关系延伸。但是，支撑杆也可以被设置成相对于彼此成一角度，其中，该角度的顶点优选在测量轴的轴线上或者靠近测量轴的轴线。这样，支撑杆的枢轴位于从俯视图中观察的支撑杆的梯形(trapezium)布置的角部中。该布置使得有效安装位置在旋转构件的外侧处。测量轴在中间框架上的有效安装位置在旋转构件中，特别是在平衡平面之间，但该有效安装位置也能够由支撑杆形成，所述支撑杆相对于彼此成一角度并且其枢轴位于从俯视图中观察的支撑杆的梯形布置的角部中。优选地，支撑杆是不易挠曲的平的构件的形式，例如为片状金属构件、铸件、轧制的平的构件等，其与枢轴一起确保力以期望的方式，例如基本上线性地和同轴地施加到测量传感器上。用于测量轴的支撑布置，即测量轴被可旋转地支撑在其中的旋转安装件、连接旋转安装件到支撑杆的保持装置、支撑杆、相关联的枢轴和中间框架可以一体制造，特别是由单一的铸件制造。平的构件是不易挠曲的并且仅仅基本上线性地延伸的置于中间的枢轴是可弹性挠曲的且形成枢轴弹簧。枢轴可以由在各个不易挠曲的平的构件之间的薄弱位置(例如缩窄部)形成。这在不易挠曲的平的构件之间形成可弹性挠曲的枢轴轴线。然后，如上所述，平行的或成一角度的相应的布置提供期望的有效安装位置，所述有效安装位置形成沿各自的安装平面线性地延伸的安装轴线。

有效安装位置也是平衡机械的主框架计算机所考虑的测量位置并且所述测量位置表示有效安装位置。

连接一对支撑杆到旋转安装件的两个枢轴中的每一个都被部分地形成为保持装置的结构中的一部分，该保持装置固定地连接到旋转安装件，枢轴的剩余部分形成在相关联的支撑杆的结构中。

优选地，每个枢轴用作枢轴弹簧并且具有凹形、特别是半圆形的横截面。形成在保持装置的结构和相关联的支撑杆的结构中的两个枢轴部分可以具有相同的尺寸并且可以具有大致四分之一圆形的横截面。

附图说明

以下通过参照附图的实施方式更加详细地描述本发明，其中：

图1示意性地示出本发明能够被实施的第一实施方式，

图2示意性地示出本发明能够被实施的第二实施方式，

图3示意性地示出本发明能够被实施的第三实施方式，

图4是实施本发明时测量装置的俯视透视图，

图5示出本发明的测量轴的支撑装置的俯视图，以及

图6是图5的支撑装置的透视图。

具体实施方式

附图中示出了用于失衡测量的旋转构件1的示意图，该旋转构件1通过夹紧部件(未示出)以已知的方式固定到测量轴2上。测量轴2可旋转地支撑在固定框架6处。该固定框架6可以包括车轮平衡机械的机架。在下文中将要更加详细描述的支撑部件3被用来提供支撑，该支撑部件3还具有测力传感器4、5。支撑部件3可以具有管状旋转安装件26，测量轴2可旋转地支撑在该旋转安装件26中。用于接收测量轴2的旋转安装件26在第一安装平面8内经由测力传感器4刚性地支撑在中间框架7上。此外，形成一对支撑杆并且以一定角度相对于彼此延伸的支撑杆13、14在另一个安装平面9内提供有效支撑位置(virtual support location)24。支撑位置24用作枢轴线，该枢轴线垂直于测量轴2的轴线23并且垂直于由失衡测量产生的反作用力施加在测力传感器4上的方向延伸。支撑杆13、14在其端部处(通过枢轴19和22)可枢转地连接到中间框架7，并且(通过枢轴20、21)可枢转地连接到用于测量轴2的旋转安装件26。枢轴19至22的枢轴线平行于形成在有效安装位置24的枢轴线延伸。有效安装位置24可以在旋转构件1和安装平面8之间，其中测力传感器4和5设置在安装平面8中(图1)。但是，有效安装位置24也可以设置在旋转构件的区域中，特别是设置在平衡平面27和28之间，其中，例如通过选配平衡配重来执行平衡过程(图2)。

中间框架7经由测力传感器5支撑在固定框架6上。测力传感器5可以设置在与测量轴2垂直的安装平面8中。但是，测力传感器5也可以沿着测量轴2的轴向移位并设置在另一个安装平面内。优选地，测力传感器4和5被设置成在同一方向上灵敏，其中，施加到传感器上的力在该方向上起作用。另外，中间框架7经由一对支撑杆(支撑杆11和12)支撑在固定框架6上。支撑杆11、12在端部处(通过枢轴15、16)可枢转地连接到固定框架6并且(通过枢轴17、18)可枢转地连接到中间框架7。中间框架7是刚性安装单元形式，或者是刚性且不易挠曲的安装框架形式。

在图1和2以及图4至6的实施方式中，支撑杆11和12基本上平行于彼此并且平行于测量轴2的轴线23延伸。因此，支撑杆11和12形成用于使失衡测量过程中产生的反作用力施加到测力传感器5的平行导杆装置，这样，反作用力被沿着基本上垂直于测量轴2的轴线23的方向引导。

在图3的实施方式中，两个支撑杆11和12相对于彼此成锐角设置，该锐角的顶点在测量轴2的轴线23上或者在轴线23附近。该顶点在安装平面10中形成另一个有效安装位置25，该安装平面10垂直于测量轴2延伸并且在旋转构件1的外侧。

有效安装位置25也具有枢轴线的特性，该枢轴线垂直于测量轴2的轴线23并且垂直于施加到测力传感器4和5上的力的方向。在所示的实施方式中，这些力在安装平面8中施加到测力传感器4和5上并且优选在同轴方向上起作用。为了在各个有效安装位置24、25处形成枢轴线特性，枢轴15至22的枢轴线平行于彼此，垂直于测量轴2的轴线23并且相对于在安装平面8内施加到测力传感器4和5上的反作用力的方向延伸。

在图3的实施方式中，具有安装位置24和25的安装平面9和10设置在旋转构件1的两侧，即在旋转构件的内侧和外侧处。有效安装位置24和25具有有效测量位置的特性。与内侧安装位置24相关联的力L施加到测力传感器5，与安装位置25相关联的力R施加到测力传感器4。测力传感器产生相应的测量传感器信号L′和R′。有效安装位置24和25也被用作有效测量位置的事实是基于以下原因，当由旋转构件失衡产生的离心力在左侧平衡平面9中有效时，测力传感器5就会产生与离心力的大小成比例的测量信号L′，而测力传感器4不会传送任何信号。如果由旋转构件失衡产生的离心力R作用在右边外侧安装平面10中，那么只有测力传感器4产生成比例的测量信号R′，而测力传感器5不会产生任何信号。这样就提供了悬臂式支撑部件，其中，旋转构件1上的平衡平面27和28在有效测量位置或有效测量平面之间，所述有效测量平面等同于安装平面9和10，如图3和4所示。当由旋转构件失衡产生的力作用在安装平面9与10之间时，在这些平面(有效测量平面)中作用的安装力被相应于从力的施加位置的安装间距分割，并且通过测力传感器4和5输出相应的测量传感器信号。

在实施方式中，中间框架7通过一对支撑杆11和12支撑在固定框架6上，测量轴2的管状旋转安装件26通过一对支撑杆13和14支撑，如图所示中间框架7在测量轴2的轴向上设置在旋转安装件26的后面。

支撑杆11至14可以由具有刚性且不易挠曲结构的平的构件形成。平的构件可以由单件形成，其中相应的枢轴由线性薄弱位置形成，例如为缩窄部的形式。如图4所示，保持板33也可以由形成支撑杆11至14的平的构件的单件形成。保持板33是保持装置29的组成部件。保持板33例如通过焊接固定地连接到管状旋转安装件26。另外，也可以提供角式支撑构件34，其是保持装置29的组成部件，该角式支撑构件34也例如通过焊接固定地连接到保持板33和旋转安装件26。图4示出了上部角式支撑构件34。另外，也可以提供下部角式支撑构件。上部和下部角式支撑构件也可以包括一个角形部分，其中，旋转安装件26被引导通过角形部分中的开口并且例如通过焊接固定地连接到角形部分。这使得保持装置29在两个枢轴20和21之间刚性且不易挠曲地连接到旋转安装件26。枢轴20和21分别设置在两个支撑杆13和14与保持板33之间。如图5和6所示，两个枢轴20和21的凹形表面具有形成在保持板33的材料中并且形成保持板33的侧边的部分42。枢轴20和21以及其它枢轴15-19、22的横截面是半圆形的，部分42的横截面是大致四分之一圆形。枢轴20和21的表面的剩余部分43形成在支撑杆13和14中。部分42的表面大致面向安装平面8，其中，测力传感器4、5设置在该安装平面8中。在本发明的优选实施方式中，图5和6中所示的全部支撑件(包括旋转安装件26、保持装置29、支撑杆11-14和枢轴15-22)由单件形成，特别地由铸件形成。所有凹形枢轴15-22的表面设置在支撑组件的外侧表面上，如图5和6所示。这种布置使制造工艺更加容易。在实践的方式中，测量轴2通过整个支撑部件3支撑在固定框架6上，并且整个支撑部件3预先确定有效安装位置和测量位置，所述整个支撑部件3可以由单件形成。

固定板37、38和40、41也可以由形成支撑组件的单个铸件形成。固定板37、38例如通过螺纹连接件或一些其它方式固定地连接到固定框架6。固定板37和38形成用于支撑杆臂的固定位置，所述支撑杆臂由支撑杆11和12形成，中间框架7通过支撑杆臂支撑在固定框架6上。在固定板37和38与形成支撑杆11和12的平的构件之间设置枢轴15和16，枢轴15和16由线性薄弱位置或缩窄部形成。所述薄弱位置具有凹形，特别是半圆形的横截面。

两个固定板40和41也由一个部分形成，并且设置在中间框架7的侧表面上。枢轴17和18由两个固定板40和41与支撑杆11和12之间的薄弱位置或缩窄部形成。枢轴19和22由用于形成支撑杆13和14的平的构件之间的薄弱位置或缩窄部形成。

在实践的方式中，测量轴2通过整个支撑部件3支撑在固定框架6上，并且整个支撑部件3预先确定有效安装位置和测量位置，所述整个支撑部件3可以由单件形成。

从图中同样也可以看出，两个测力传感器4、5设置在作用线中，其中，测力传感器4设置在旋转安装件6和中间框架7的内侧之间，测力传感器5设置在中间框架7的外侧或固定板41(图4)与固定框架6之间。待测量的力沿着一个同轴作用线作用在测量传感器4、5上。设置电机30用于驱动测量轴2，该电机30经由带传动装置31驱动测量轴。电机30经由悬臂32安装到旋转安装件26。该安装布置使测量结果不受由于电机驱动产生的干扰的影响。

沿轴向可以看出，本发明为将测量轴2支撑在固定框架6上提供了紧凑型支撑部件3。结合减小的力的动态性，尤其是当测量轴2以悬臂关系被支撑时，所述紧凑型支撑部件3导致：受到力传感部件(force pick-up means)的灵敏度变化的影响减小，该灵敏度的变化例如由于温度、时效、冲击、过载、运输振动和湿度的不同效应引起；在运输和安装机械之后移动测力传感器和对测量布置进行重新调节操作的必要性降低；维护成本降低；测量准确度得到改进；模数转换器在对模拟测量信号进行数字转换时对分辨率的需求水平以及所涉及的紧凑型结构形成的测量平面对大的有效间距的需求水平降低。虽然测量轴被支撑在卧位，但该布置提供了减小的力的动态性，其类似于具有位于旋转构件两侧处的两个安装位置的测量布置的力的动态性。

Claims (8)

1.一种用于测量由旋转构件失衡产生的力的设备，包括：

测量轴(2)，其被支撑在能够围绕其轴线(23)旋转的旋转安装件(26)中，所述旋转构件(1)固定在所述测量轴(2)上用于测量操作，以及

支撑部件(3)，其具有测力传感器(4，5)并用于将所述测量轴(2)支撑在固定框架(6)上，

其中

所述支撑部件(3)具有中间框架(7)，所述测量轴(2)被支撑在所述中间框架(7)上且位于设有一个测力传感器(4)的安装平面中，

所述中间框架(7)经由另一个测力传感器(5)并且经由第一对支撑杆(11，12)和枢轴(15-18)支撑在所述固定框架(6)上，

所述旋转安装件(26)在相对于所述安装平面(8)的轴向间距处固定地连接到刚性保持装置(29)，其中，所述测力传感器(4，5)设置在所述安装平面(8)中，

所述保持装置(29)经由第二对支撑杆(13，14)和枢轴(19-22)支撑在所述中间框架(7)上，

所述保持装置(29)在俯视图中呈三角型并且包括固定地连接到保持板(33)的角式支撑构件(34)，所述保持板(33)垂直于所述测量轴(2)的轴线(23)的方向延伸，

所述支撑杆(11-14)由设置在相关联的枢轴(15-22)之间的刚性且平的构件形成，并且

所述枢轴(15-22)为具有凹形横截面的线性延伸的薄弱位置的形式，其具有基本上垂直于施加到所述测力传感器(4，5)上的力作用方向上延伸的轴线，并且

所述测量轴(2)和所述中间框架(7)分别在由支撑杆(11，12，13，14)形成的各自的有效安装位置(24，25)被支撑在所述中间框架(7)和所述固定框架(6)上，

其特征在于，

连接所述第二对支撑杆(13，14)到所述保持装置(29)上的两个枢轴(20，21)中的每一个的第一部分(42)形成在所述保持装置(29)的材料中，并且所述枢轴的剩余的第二部分(43)形成在所述第二对支撑杆(13，14)的材料中，

连接所述第二对支撑杆(13，14)到所述保持装置(29)上的所述枢轴(20，21)的第一部分(42)形成在所述保持板(33)的材料中，

连接所述第二对支撑杆(13，14)到所述保持装置(29)上的所述枢轴(20，21)的第一部分(42)形成保持板(33)的侧边，连接所述第二对支撑杆(13，14)到所述保持装置(29)上的所述枢轴(20，21)的第一部分(42)的表面基本上朝向所述安装平面(8)，所述测力传感器(4，5)设置在所述安装平面(8)中，

所述枢轴(15-22)的表面设置在所述支撑部件(3)的外侧表面上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述部分(42，43)具有大致相同的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，每个枢轴(15-22)具有半圆形的横截面。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述测力传感器(4，5)的设置使得在测量过程中施加到所述测力传感器(4，5)上的力的方向相同。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述测力传感器(4，5)的设置使得在测量过程中施加到所述测力传感器(4，5)上的力具有沿着一条作用线的相同的方向。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述旋转安装件(26)、所述保持装置(29)、所述支撑杆(11-14)和相关联的枢轴(15-22)由单件形成。

7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述旋转安装件(26)、所述保持装置(29)、所述支撑杆(11-14)和相关联的枢轴(15-22)由单一的铸件形成。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述枢轴(15-22)能够用作枢轴弹簧。

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