SU1730549A1 - Device for measuring alternate lateral forces on vehicle wheel - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к транспортному машиностроению и может быть использовано дл  определени  боковых реакций, действующих на колесо при криволинейном движении, преимущественно полноприводных колесных машин. Целью изобретени   вл етс  уменьшение габаритов и повышение точности измерени . Преобразователи сил выполнены в виде встроенных внутри ступицы двух ажурных спицеобразных колец 9, расположенных между подшипниками 6, 7 и 8 ступицы 1 и зафиксированных от проворачивани  на цапфе 3 шпонками 10, а наклеенные на спицах каждого из колец тензорезисторы соединены через один в две группы, составл ющие два противоположных плеча измерительного моста, причем кольца сжаты концевой гайкой до величины напр жений в спицах 0,40-0,45 предела текучести материала колец, а сечение спицы выбираетс  исход  из максимальной боковой нагрузки на колесо. 3 з п. ф-лы, 7 ил. w ЁThe invention relates to the transport engineering industry and can be used to determine the lateral reactions acting on the wheel during curvilinear motion, mainly all-wheel drive wheeled vehicles. The aim of the invention is to reduce the size and increase the measurement accuracy. The force transducers are made in the form of two open-ended spoke-shaped rings 9 located between the bearings 6, 7 and 8 of the hub 1 and fixed with cranking 3 splines 10, and the strain gauges pasted on the needles of each of the rings are connected into one group in two groups two opposite arms of the measuring bridge, with the rings being compressed with an end nut to the stress value in the spokes of 0.40-0.45 of the yield strength of the material of the rings, and the cross-section of the spokes is selected based on the maximum lateral load on the wheel. 3 з п. Ф-л, 7 Il. w Ё

Description

Изобретение относитс  к транспортному машиностроению и может быть использовано дл  определени  боковых реакций, действующих на колесо при криволинейном движении, преимущественно полноприводных колесных машинThe invention relates to transport engineering and can be used to determine the side reactions acting on the wheel during curvilinear motion, mainly all-wheel drive wheeled vehicles.

Цель изобретени  - уменьшение габаритов и повышение точности измерени .The purpose of the invention is to reduce the size and increase the measurement accuracy.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства; на фиг. 2 - развертка измерительных колец со спицами; на фиг. 3 - схема их объединени  в плечи измерительного моста; на фиг. 4-7 - нагрузочна  схема колец при разных возможных реакци х на колесе при движении машины.FIG. 1 shows a general view of the device; in fig. 2 - scan of measuring rings with knitting needles; in fig. 3 is a diagram of their integration into the shoulders of the measuring bridge; in fig. 4-7 shows the load diagram of the rings at different possible reactions on the wheel when the machine is moving.

Устройство состоит из ступицы 1, например , ведущего опорного колеса с приводом от колесного редуктора 2 к которомуThe device consists of a hub 1, for example, a driving support wheel driven by a wheel reducer 2 to which

прифланцована цапфа 3. Ведуща  шестерн  4 и приводной 5 обеспечивают вращение ступицы. На цапфе установлен подшипниковый узел с опорами 6-8, между которыми устанавливаютс  распорные кольца 9, закрепленные на цапфе от проворачивани  шпонкой tO. Концева  гайка 11 обеспечивает необходимую зат жку подшипникового узла. В неподвижной цапфе выполнены пазы и сверлени  дл  вывода проводов на колодку 12, затем на разьем 13 и далее к регистратору.the flange 3 is flange mounted. The driving gear 4 and the driving gear 5 provide rotation of the hub. A bearing unit with supports 6-8 is mounted on a trunnion, between which spacer rings 9 are mounted, fixed to the trunnion from being turned by the key tO. The end nut 11 provides the necessary tightening of the bearing assembly. Grooves and holes are made in the fixed trunnion to lead out the wires to the block 12, then to plug 13 and further to the recorder.

В данном техническом решении преобразователем боковой силы  вл ютс  два кольца 9, развертка которых показана на фиг. 2. Кольца выполнены в виде ажурной конструкции спицеобразной формы, на спицах 14 размещены тензорезисторы RH i 1.2;In this technical solution, the lateral force transducer is two rings 9, the development of which is shown in FIG. 2. The rings are made in the form of a needle-shaped openwork design, on the needles 14 are placed strain gauges RH i 1.2;

VJVj

СОWITH

о ел оabout eaten about

j 1,2...8, которые по мостовой схеме электрически соединены с разьемом 13. Тензо- резисторы каждой спицы соединены через один в две группы, составл ющие два противоположных плеча а, б, в и г измеритель- ного моста (фиг. 3). Площадь сечени  спиц F выбираетс  исход  из услови  прочности материала и устойчивости при сжатии спиц от максимальной боковой нагрузки. Предварительное сжатие спиц до напр жений, рав- ных 0,40-0.45 предела текучести, обеспечиваетс  концевой гайкой 11, Выбор этого значени  обусловлен срединным значением деформации в линейной части зоны сжати  спиц колец.j 1,2 ... 8, which are electrically connected to the plug 13 by the bridge circuit. The strain resistors of each wire are connected through one to two groups, which constitute two opposite arms a, b, c and d of the measuring bridge (Fig. 3). The cross-sectional area of the needles F is chosen on the basis of the strength of the material and stability when the spokes are compressed from the maximum lateral load. The pre-compression of the spokes to stresses equal to 0.40–0.45 of the yield strength is provided by the end nut 11. The choice of this value is due to the median strain value in the linear part of the ring spokes compression zone.

Принцип работы измерител  боковых реакций может быть по снен по упрощенной схеме нагружени  колеса движущегос  транспортного средства (фиг. 4-7) и по по снени м , приведенным в таблице.The principle of operation of the side reaction meter can be explained according to the simplified loading scheme of the wheel of a moving vehicle (Fig. 4-7) and the explanations given in the table.

Известно, что на колеса машины действуют три ортогональные силы: тангенциальна  RX, бокова  Ry и нормальна  RZ, которые вызывают изгибные и нормальные напр жени  в спицах измерител  (7Изг И (7у.It is known that three orthogonal forces act on the wheels of the machine: tangential RX, lateral Ry and normal RZ, which cause bending and normal stresses in the gauge spokes (7 Izg And (7y.

При отсутствии внешних сил (фиг. 4) спицы равномерно по окружности сжаты до напр жений о и Oi величиной зат жки концевой гайки РпрДО напр жений аПр. Эта величина прин та за нулевое положение из- мерительного сигнала. При действии только боковой силы (фиг. 5) спицы одного кольца дополнительно сжимаютс , а напр жени  на спицах другого - снижаютс . Этим достигаетс  удвоение чувствительности измери- тельного преобразовател . При пр молинейном движении машины (фиг. 6) происходит изгиб спиц, а прин тое соединение тензорезисторов моста ведет к компенсации изгибных напр жений и, следовательно, суммарный сигнал от боковой силы равен нулю. В общем случае воздействи  внешних нагрузок на колесо (фиг. 7) преобразователь выдел ет только боковые реакции, которые подлежат регистра- ции.In the absence of external forces (Fig. 4), the spokes are uniformly circumferentially compressed to stresses of about and Oi by the amount of tightening of the end nut RPRODO of aPr. This value is taken as the zero position of the measuring signal. Under the action of only lateral force (Fig. 5), the spokes of one ring are additionally compressed, and the stresses on the spokes of another are reduced. This achieves a doubling of the sensitivity of the transmitter. In the case of a straight-line motion of the machine (Fig. 6), the spokes bend, and the received connection of bridge strain gauges leads to the compensation of flexural stresses and, therefore, the total signal from the lateral force is zero. In the general case, the impact of external loads on the wheel (Fig. 7), the transducer selects only the side reactions that are to be recorded.

Опытный образец устройства проверен в ходовых услови х на макете колесного шасси с бортовым способом поворота (колесна  формула 8 х 8). Кольца выполнены в диаметрах 105 мм и 95 мм при ширине 40 мм, сечение спиц выбрано пр моугольной формы с размерами 8x4 мм , момент зат жки концевой гайки составил 0,8 -1.0 кНм. а сопротивление одного плеча моста - 700 Ом. Диапазон регистрируемых боковых усилий равен от -25 до +25 кН.The prototype of the device was tested in running conditions on a wheeled chassis model with an on-board method of rotation (wheel formula 8 x 8). The rings are made in diameters of 105 mm and 95 mm with a width of 40 mm, the cross section of the spokes is rectangular in shape with dimensions of 8x4 mm, the tightening torque of the end nut is 0.8 -1.0 kNm. and the resistance of one shoulder of the bridge is 700 ohms. The range of recorded lateral forces is -25 to +25 kN.

Применение устройства в экспериментальных работах позволило вы вить реальные боковые нагрузки, действующие на колеса опытного шасси в процессе поворота. Данные использованы дл  оценки достоверности расчетных моделей, при разработке рекомендаций по рациональному выбору соотношений размеров опорной поверхности (база-коле ) новых конструкций шасси на стадии проектировани .The use of the device in experimental work allowed us to reveal the real lateral loads acting on the wheels of an experienced chassis in the process of turning. The data were used to assess the reliability of computational models when developing recommendations for a rational choice of the ratios of the dimensions of the bearing surface (base-col) of new chassis designs at the design stage.

Расширение области использовани  изобретени  применительно к другим транспортным средствам позволит с достаточной надежностью и точностью оценивать нагруженность колес, а в совокупности с другими показател ми оценивать эффективность возможных конструкций транспортных средств.Expanding the scope of use of the invention in relation to other vehicles will allow assessing wheel loading with sufficient reliability and accuracy, and, in conjunction with other indicators, assess the effectiveness of possible vehicle structures.

Claims (4)

1.Устройство дл  измерени  знакопеременных боковых сил на колесе транспортного средства, содержащее ступицу, силоизмерительный тензопреобразова- тель, установленный на оси колеса, расположенный внутри подшипникового узла, состо щего из радиальных и упорного подшипников , и соединенный с регистрирующим прибором, отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  габаритов и повышени  точности измерений, указанный тен- зопреобразователь выполнен в виде двух одинаковых колец, установленных соосно и последовательно на оси колеса по обе стороны взаимодействующего с ними и установленного в ступице колеса упорного подшипника и между двум  радиальными подшипниками, один из которых установлен с возможностью осевого перемещени , взаимодействует с одним из колец и соединен с механизмом создани  предварительного напр жени  в кольцах.1. A device for measuring alternating lateral forces on the vehicle wheel, comprising a hub, a force-measuring strain gauge mounted on the wheel axis, located inside a bearing assembly consisting of radial and thrust bearings, and connected to a recording device, characterized in that in order to reduce overall dimensions and increase the accuracy of measurements, the said strain transducer is made in the form of two identical rings mounted coaxially and sequentially on the wheel axis on both sides interacting ones with them and mounted in the hub and the thrust bearing between the two radial bearings, one of which is mounted for axial movement, it interacts with one of the rings and is connected with the mechanism of prestressing in the rings. 2.Устройство поп.1, отличающее- с   тем, что механизм создани  предварительного напр жени  в кольцах выполнен в виде пары винт-гайка.2. Pop-1 device, characterized in that the mechanism for creating pre-stress in the rings is made in the form of a screw-nut pair. 3.Устройство поп.1, отличающее- с   тем, что каждое кольцо тензопреобразо- вател  выполнено в виде двух обечаек, соединенных распорными спицами, равномерно расположенными по окружности , причем количество спиц кратно четырем , а размеры их выбраны из услови 3. Device pop. 1, which differs from the fact that each ring of the strain-transducer is made in the form of two shells connected by spacer spokes evenly spaced around the circumference, and the number of spokes is a multiple of four, and their sizes are chosen from 1мин 01min 0 FI2 ЕFI2 E где IMHH - наименьший момент инерции сечени ; F - площадь поперечного сечени ; I -длина спицы; предельно допустимое напр жение сжати  спицы; Е - модуль упругости материала спицы.where IMHH is the smallest moment of inertia of the section; F is the cross-sectional area; I is the length of the needles; maximum allowable tension of the spokes; E - elastic modulus of the material of the spokes. 4.Устройство поп.1, отличающее- с   тем, что тензорезисторы тензопреобразовател  установлены на спицах колец и электрически соединены на каждом кольце через один, образу  по два противоположных плеча тензомоста, которые между собой4. Device pop.1, characterized by the fact that the strain gauges strain gauge mounted on the spokes of the rings and electrically connected to each ring through one, forming two opposite arms of the strain gauge, which are Напр жение в спицах преобразовател Needle voltage converter соединены по схе каждое плечо сод резисторов.Each shoulder of soda resistors is connected according to the scheme. соединены по схеме полного моста, причем каждое плечо содержит четное число тензо- резисторов.they are connected according to the full bridge scheme, with each arm containing an even number of tensor resistors. К ре гистр торуBy registor toor I/2I / 2 Q 5 и гQ 5 and g Фиг.ЗFig.Z 4four R . R. , 6ff %w fy ЛлллмМ, 6ff% w fy Lllmm УIVI -.J-.J Ptn.7Ptn.7 // у at