Устройство для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью
Владельцы патента RU 2262090:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при стендовых испытаниях шин для определения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью. Устройство содержит взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью, предназначенные для соединения с протектором шины. Измерительные элементы выполнены в виде охватывающих элемент протектора шины верхнего бандажа, снабженного тензометрическими датчиками и вертикальными балками с тензометрическими датчиками, и нижнего бандажа, при этом вертикальные балки снабжены упорами, контактирующими с нижним бандажом. В результате повышается достоверность и точность измерения напряжений в трех направлениях в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью. 2 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при стендовых испытаниях шин для определения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью.
Известно устройство для одновременного измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью, содержащее взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений, возникающих в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью. Устройство предназначено для установки в выемке опорной поверхности стенда. Измерительные элементы выполнены в виде цилиндрического стержня, расположенного в вертикальном отверстии выемки опорной поверхности, взаимодействующего через шаровое сочленение с горизонтальной балочкой, снабженной тензометрическими датчиками, и взаимодействующего через свою нижнюю цилиндрическую поверхность с крестообразной пружиной. Верхняя цилиндрическая поверхность стержня размещена на одном уровне с опорной поверхностью стенда. Напряжения, возникающие в контакте, передаются через цилиндрический стержень. Вертикальные напряжения определяются балочкой с тензометрическими датчиками. Поперечные и продольные напряжения воспринимаются крестообразной пружиной (авторское свидетельство СССР №186187).
Следует отметить низкую достоверность измерений вследствие того, что при скольжении протектора относительно опорной поверхности цилиндрический стержень устройства контактирует с различными элементами протектора, таким образом неясно, в каком месте контакта шины с опорной поверхностью измерены напряжения. Низкая точность измерений связана с тем, что элемент протектора взаимодействует с опорной плитой, содержащей выемку с цилиндрическим отверстием, что не соответствует реальным условиям качения колеса.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, то есть прототипом, является устройство для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью, содержащее взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью, предназначенные для соединения с протектором шины. Измерительные элементы выполнены в виде магнита и микросхемы с датчиками Холла, расположенными в крест, установленной на заданном расстоянии противоположно магниту. Магнит и микросхема завулканизированы в протекторе шины, причем микросхема - ближе к брекерному слою шины. При действии вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте шины с опорной поверхностью происходит деформация протектора. Это вызывает перемещение магнита относительно микросхемы, вследствие чего изменяется ее выходной сигнал. Выходной сигнал микросхемы позволяет определить величину напряжений в контакте элемента протектора, содержащего микросхему и магнит с опорной поверхностью при прохождении этого элемента контакта с опорной поверхностью /(Dipl.-Ing. Volker Bachmann. Untersuchungen zum Einsatz von Reifensensoren im Pkw.- Dissertation. Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 12. s.23. "Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik").
Основными недостатками данного устройства являются низкая достоверность измерений, так как при одновременном действии вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте происходит не только поступательное перемещение магнита относительно микросхемы, но и его вращение, что не может быть учтено при тарировке устройства, и низкая точность измерений, так как, во-первых, вращение магнита вызывает искажение выходного сигнала, что приводит к дополнительной погрешности при определении напряжений, а во-вторых, установка магнита и микросхемы в протектор изменяет его физико-механические свойства, что также является источником дополнительной погрешности при определении напряжений.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения достоверности и точности измерения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью, содержащем взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью, предназначенные для соединения с протектором шины, измерительные элементы выполнены в виде охватывающих элемент протектора шины верхнего бандажа, снабженного тензометрическими датчиками и вертикальными балками с тензометрическими датчиками, и нижнего бандажа. При этом вертикальные балки снабжены упорами, контактирующими с нижним бандажом.
Повышение достоверности измерений вертикальных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью обусловлено выполнением измерительных элементов в виде верхнего и нижнего бандажей, охватывающих элемент протектора шины, которое приводит к тому, что при вертикальной деформации скольжение нижнего бандажа по упорам вертикальных балок с упомянутыми тензометрическими датчиками не вызывает деформаций этих балок и, соответственно, не происходит изменения вертикальной жесткости элемента протектора.
Повышение достоверности измерения поперечных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью также обусловлено выполнением измерительных элементов в виде верхнего и нижнего бандажей, охватывающих элемент протектора шины, которое приводит к тому, что продольная деформация элемента протектора с нижним бандажом относительно элемента протектора с верхним бандажом не оказывает влияния на показания датчиков поперечных напряжений, так как при одновременной продольной деформации скольжение нижнего бандажа по упорам вертикальных балок с упомянутыми тензометрическими датчиками не вызывает изгиба этих балок.
Повышение достоверности измерения продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью также обусловлено выполнением измерительных элементов в виде верхнего и нижнего бандажей, охватывающих элемент протектора шины, которое приводит к тому, что поперечная деформация элемента протектора с нижним бандажом относительно элемента протектора с верхним бандажом не оказывает влияния на показания датчиков продольных напряжений, так как при одновременной поперечной деформации скольжение нижнего бандажа по упорам вертикальных балок с упомянутыми тензометрическими датчиками не вызывает изгиба этих балок.
Повышение точности измерения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью достигается исключением взаимного влияния действия напряжений на результат их измерений при минимальных нарушениях элемента протектора шины.
Предлагаемое устройство для измерения напряжений в контакте шины с опорной поверхностью поясняется чертежами, представленными на фиг.1, схематично изображающей общий вид устройства, и на фиг.2, изображающей разрез по линии А-А фиг.1.
Устройство для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью содержит взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора 1 шины с опорной поверхностью 2, предназначенные для соединения с протектором 1 шины. Измерительные элементы выполнены в виде охватывающих элемент протектора 1 шины верхнего бандажа 3 и нижнего бандажа 4. В качестве бандажей 3 и 4 могут быть использованы хомуты. Для предотвращения перемещения бандажей 3 и 4 относительно элемента протектора 1 по периметру элемента протектора 1 выполнены посадочные пояски. Бандаж 3 снабжен вертикальными балками 5, 6 с тензометрическими датчиками 7, 8 для определения поперечных напряжений и вертикальными балками 9, 10 с тензометрическими датчиками 11, 12 для определения продольных напряжений. Вертикальные балки 5, 6, 9, 10 снабжены нижними упорами, контактирующими с боковой поверхностью нижнего бандажа 4. Для определения вертикальных напряжений на верхнем бандаже 3 размещены, например наклеены, тензометрические датчики 13, 14, 15, 16.
Устройство для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью работает следующим образом. При вертикальной деформации элемента протектора 1 под действием вертикальных напряжений в контакте с опорной поверхностью 2 происходит деформация сжатия бандажа 3 с датчиками 13, 14, 15, 16 и вырабатывается сигнал, пропорциональный нормальным напряжениям. Вертикальная деформация протектора 1 не оказывает влияние на показания датчиков 7, 8 для определения поперечных напряжений и датчиков 4, 12 для определения продольных напряжений, так как элемент 4 при этом скользит по упорам балок 5, 6, 9, 10 и не вызывает их деформаций.
При действии поперечных напряжений происходит смещение нижней части элемента протектора 1 с бандажом 4 относительно соответствующей верхней части с бандажом 3. При этом происходит изгиб балок 5 и 6, и вырабатывается сигнал, пропорциональный поперечным напряжениям в контакте элемента протектора 1 с опорной поверхностью 2. В случае одновременного действия в контакте продольных напряжений они не оказывают влияния на результат измерения поперечных напряжений, так как боковая поверхность бандажа 4 при этом скользит по упорам балок 5 и 6, не вызывая их изгиба.
При действии продольных напряжений происходит смещение нижней части элемента протектора 1 с бандажом 4 относительно соответствующей верхней части с бандажом 3. При этом происходит изгиб балок 9 и 10, и вырабатывается сигнал, пропорциональный продольным напряжениям в контакте элемента протектора 1 с опорной поверхностью 2. В случае одновременного действия в контакте поперечных напряжений они не оказывают влияния на результат измерения продольных напряжений, так как боковая поверхность бандажа 4 при этом скользит по выступам балок 9 и 10, не вызывая их изгиба.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет достоверно и точно определять напряжения одновременно в трех направлениях в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью с исключением взаимного влияния действия напряжений на результат их измерений при минимальных нарушениях протектора шины.
Устройство для измерения напряжений в контакте протектора шины с опорной поверхностью, содержащее взаимодействующие измерительные элементы для определения вертикальных, поперечных и продольных напряжений в контакте заданного элемента протектора шины с опорной поверхностью, предназначенные для соединения с протектором шины, отличающееся тем, что измерительные элементы выполнены в виде охватывающих элемент протектора шины верхнего бандажа, снабженного тензометрическими датчиками и вертикальными балками с тензометрическими датчиками, и нижнего бандажа, при этом вертикальные балки снабжены упорами, контактирующими с нижним бандажом.
