Способ снижения тенденции узла шины с колесом вызывать вибрацию в плоскости, перпендиклярной оси его вращения, способы изготовления узла шины с колесом и аппаратура для определения дополнительного статического разбаланса - RU2096746C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается снижения вибрации транспортного средства, вызываемой узлами шин с колесами. Более конкретно, настоящее изобретение касается аппаратуры и способа, предназначенных для создания такой предельной величины суммарного статического разбаланса в узле шины с колесом, которая позволяет уменьшить тенденцию узла вызывать вибрацию в плоскости, перпендикулярной его оси вращения при использовании. Дополнительный аспект изобретения касается созданного таким образом узла шины с колесом.

Узлы шин с колесами могут создавать раздражающую вибрацию в транспортных средствах, на которых они используются. Жалобы, касающиеся такой вибрации, представляют ценный источник гарантийных притязаний, предъявляемых к изготовителям транспортных средств. Вибрация, вызываемая узлами шин с колесами, стремится становиться более неприятной при "автомагистральных" скоростях, то есть скоростях в обычном диапазоне пределов скоростей и обычных скоростях автомобилей на крупных автомагистралях. Обоснован ряд причин, вносящих вклад в это явление.

Во-первых, при скоростях, ниже автомагистральных скоростей, создаваемая шинами с колесами вибрация транспортного средства имеет тенденцию маскироваться вибрациями, наводимыми второстепенными дорогами, которые часто более неровные, чем автомагистрали. Кроме того, при таких низких скоростях пассажиры транспортного средства склонны к тому, чтобы их внимание поглощалось другими доставляемыми органами чувств входными данными такими, как линейное и угловое ускорение и замедление транспортного средства.

Другая важная причина относится к конструкционной динамике автомобилей. Автомобили могут проявлять вторичный резонанс в вертикальном направлении, в диапазоне частот, определяемых оборотами шин, вращающихся с автомагистральными скоростями. Этот вторичный резонанс и сопутствующую составляющую вертикальной вибрации можно отнести к неподрессоренной массе транспортного средства (шины, колеса, неподрессоренная часть рычажного механизма подвески и привода), действующей на "упругость", представленную коэффициентом радиальной жесткости шин. По-видимому, в этом же диапазоне частот человек также остро ощущает вибрацию.

Двумя существенными источниками создания узлом шины с колесом вибрации в плоскости, перпендикулярной оси вращения узла, являются статический разбаланс и колебание радиальной силы. Источники возбуждения вибрации, создаваемой узлами шин с колесами, можно четко разделить на две категории: вибрация, которая изменяется от числа оборотов узла, и вибрация, которая по существу не зависит от скорости. Статический разбаланс возбуждает вибрацию и в вертикальном (то есть радиальном) и в горизонтальном (то есть продольном) направлениях, увеличивает ее с увеличением скорости. В противоположность этому, колебание радиальных сил действует только в вертикальном направлении, и замечено, что оно по существу не зависит от скорости. Вертикальную вибрацию, происходит ли она из-за статического разбаланса, колебания радиальной сил или сочетания того и другого, пассажиры транспортного средства склонны воспринимать, главным образом, через кузов транспортного средства. С другой стороны, горизонтальная вибрация, вызываемая статическим разбалансом, имеет тенденцию передаваться через рулевой механизм и восприниматься водителем транспортного средства на рулевом колесе.

Вследствие этих существенных различий в поведении, обычно на практике при уменьшении вибрации рассматривали статический разбаланс и колебание радиальной силы в виде отдельных и отличающихся друг от друга явлений. По существу независимое от скорости, колебание радиальной силы приписывали другим причинам, отличным от причин изменения статического разбаланса, который создает силы, изменяющиеся с изменением скорости. Точно так же, узлы шин с колесами по традиции балансировали так, чтобы обеспечить по существу нулевой суммарный статический разбаланс, независимо от их характеристики колебания силы. Прежде чем описывать эти обычные практические меры, уместно рассмотреть природу статического разбаланса и колебания радиальной силы, а также способ, которым их измеряют.

Статический разбаланс в узле шины с колесом происходит в результате неравномерного распределения массы вокруг его оси вращения и может определяться в виде вектора, направленного от оси вращения к центру тяжести узла. Величина этого вектора определяется произведением массы узла шины с колесом и расстояния, на которое центр его тяжести смещается от оси его вращения. При вращении узла, статический разбаланс создает центробежную силу разбаланса, величина которой равна произведению разбаланса и квадрата угловой скорости, с которой вращается узел. Именно поэтому величина вибрации, вызываемой данной величиной разбаланса, изменяется в зависимости от скорости. Вследствие непрерывного действия, вращательный характер центробежной силы - статический разбаланс, стремится возбудить вибрацию в продольном направлении, а также в вертикальном направлении. Из-за того, что величина этой центробежной силы изменяется в соответствии с квадратом угловой скорости узла шины с колесом, вибрация, передаваемая через кузов транспортного средства, а также вибрация, воспринимаемая на рулевом колесе, становится более отвратительной при увеличении скорости транспортного средства.

Статический разбаланс узлов шин с колесами можно измерять на любом из ряда типов имеющегося оборудования, включая хорошо известные установки статического или динамического балансирования, типа установок, обычно используемых в автомобильных магазинах. В обычной установке статической балансировки, узел шины с колесом устанавливают на поворотном шпинделе. Сила тяжести вызывает вертикальное смещение центра тяжести узла относительно точки поворота. Затем считывают показание пузырькового индикатора, реагирующего на направление и величину поворота шпинделя, по которым определяют статический разбаланс. Во время этой процедуры узел шины с колесом не вращается.

Типичная установка динамической балансировки действует посредством монтирования узла шины с колесом на шпинделе, а затем вращения узла вокруг оси шпинделя. Поскольку узел пытается поворачиваться относительно своего центра тяжести, независимо от первоначального положения шпинделя, статический разбаланс можно определить посредством анализирования сил, стремящихся переместить шпиндель в виде вращения узла шины с колесом. Некоторые установки динамической балансировки способны одновременно измерять статический разбаланс и другой тип разбаланса, известного под названием "динамического разбаланса" или "пары сил", который указывает на тенденцию узла шины с колесом качаться из стороны в сторону при его вращении. Пара сил нежелательна потому, что она представляет источник вибрации, который не зависит от статического разбаланса.

В известном уровне техники пытаются уменьшить вибрацию, вызываемую статическим разбалансом, посредством создания такого узла шины с колесом, статический разбаланс которого был бы настолько близким к нулю, насколько это практически осуществимо, чтобы при вращении узел порождал по существу нулевую силу разбаланса. Для этого вначале измерили первоначально имеющийся разбаланс, а затем пытались аннулировать этот полученный в результате измерений разбаланс посредством добавления к узлу равного по величине и противоположного по направлению компенсирующего разбаланса. Такой компенсирующий разбаланс применяли посредством крепления одного или более грузов к узлу в местоположении, находящемся под углом 180^oC к его центру тяжести в плоскости вращения, чтобы противодействовать полученному в результате измерений разбалансу. Чтобы аннулировать статический разбаланс, груз обычно крепили на колесе и выбирали его таким, чтобы его масса при умножении на радиальное расстояние между осью и грузом, создавали противодействующий статический разбаланс, равный по величине и противоположный по направлению полученному в результате измерения статическому разбалансу. Таким образом, в известной технике и массу применяемого груза, и его ориентирование при креплении выбирали без учета колебания силы.

Аналогичный подход предпринимался для снижения вибрации, создаваемой динамическим разбалансом. Вначале измеряют первоначально имеющийся динамический разбаланс в узле шины с колесом (обычно одновременно с измерением статического разбаланса), а затем аннулируют его посредством применения грузов или посредством другого измерения массы узла. Чтобы скорректировать динамический разбаланс, обычно оказывается необходимым изменить массу шины в каждой из двух плоскостей, одна из которых располагается на "внутренней" стороне или стороне "транспортного средства", узла, а другая из которых располагается на "внешней" или "бордюрной" стороне узла. Эти внутренняя и внешняя плоскости перпендикулярны предполагаемой оси вращения и взаимно разнесены друг от друга.

Вместо добавления отдельных комплектов грузов для устранения по отдельности статического и динамического разбалансов, современные установки балансировки способны производить одновременное измерение величин обоих разбалансов и определять массу и местоположение груза, который необходимо добавить к каждой соответственной внутренней и внешней плоскости, чтобы при одной операции аннулировать статический и динамический разбалансы. Одной такой установкой, которая имеет высокую пропускную способность и предназначается для использования при процессе изготовления узлов шин с колесами, является модель АТW-231, имеющаяся у фирмы "ITW Микропоуз" в городе Индиаполис, штат Индиана. В состав этой установки входит пункт взвешивания, который включает дисплей для показа оператору веса (или массы) и угла расположения противовеса, который должен быть приложен к каждой соответственной внутренней и внешней плоскости на заранее установленном радиусе коррекции, чтобы по существу при одном действии устранить и статический, и динамический разбалансы.

Колебание радиальной силы в узле шины с колесом отличается от разбаланса и может создаваться либо шиной, либо колесом, либо обоими. Когда шина вращается по поверхности под воздействием такой радиальной нагрузки, как нагрузка от веса транспортного средства, конструктивные неравномерности в шине дают увеличение самовозбуждаемых флуктуаций сил реакции, возникающих между шиной и поверхностью по различным направлениям. Флуктуация этих сил в вертикальном направлении представляют порождаемые шиной колебания радиальной силы.

Колебание радиальной силы, а также другие параметры, свидетельствующие о неравномерности шины, измеряют, используя установку анализа равномерности. В типичной установке анализа равномерности, накаченную шину приводят во вращение. При этом ее поверхность с протектором с усилием прижимают к периферической поверхности нагрузочного колеса. Нагрузочное колесо вращается на шпинделе, который совместно с датчиком силы измеряет силы, действующие на нагрузочное колесо в интересующих направлениях, включая радиальное направление. Декодер вращения отслеживает вращение шины посредством генерирования серии импульсов, разнесенных на равные расстояния по угловому положению в процессе вращения шины. Эти импульсы вместе с сигналами, свидетельствующими о мгновенных силах, регистрируемых датчиком силы, подаются на связанную с установкой вычислительную машину. Под действием импульсов, вычислительная машина выбирает и запоминает серию измерений, указывающих на величину сигналов на протяжении полного оборота шины. Затем вычислительная машина на основании одной или более выбранных гармоник, указывающей величину сигнала, выполняет Фурье-анализ с целью определения, по крайней мере, одного указывающего на неравномерность параметра. Каждая гармоника обычно представляется в векторной форме в виде величины и угла, последний из которых соответствует конкретному угловому местоположению на шине. Приемлемые шины обычно маркируют на внутренней их стороне, чтобы показать угловое местоположение, на котором выбранная гармоника колебания радиальной силы (обычно гармоника первого порядка) достигает своего максимального значения. Шины сортируют посредством сравнения полученного в результате измерения одного или более значений, показывающих неравномерность параметров с предварительно установленными критериями спецификации. Такие критерии обычно устанавливают в виде числовых пределов, указывающих, что шина должна быть либо отброшена, либо принята, либо подвергнута корректирующим мерам с целью попытки привести ее характеристики к приемлемым пределам.

Известна, например, корректировка чрезмерного колебания радиальной силы посредством удаления вещества с выбранных участков протектора шины. Это обычно выполняют посредством обеспечения установки анализа равномерности шины одним или более приводимыми в действие по выбору шлифовальными станками, работающими, как раскрыто, например, в патенте США N 4458451, выданном Роугеру и др. который специально приводится здесь в качестве ссылки во всей полноте. Хотя часто оказываясь полезными, такие технические приемы не гарантируют приемлемо низких уровней колебания радиальной силы в узлах шин с колесами. Одна из причин этого состоит в том, что, как отмечалось выше, не только шины являются потенциальными участниками внесения вклада в колебание радиальной силы в узлах шин с колесами. При вращении узла, колебание радиальной силы могут также создавать неравномерности размеров колеса.

Неравномерности размеров колес, такие как радиальное биение шины на ободе колеса, могут вызывать колебание радиальной силы в узле шины с колесом из-за взаимодействия с радиальной жесткостью шины. Например, предположим, что данное колесо имеет среднее радиальное биение х (дюймов) в конкретном угловом местоположении на его поверхности посадки борта шины на ободе колеса, и дополнительно предположим, что на этом колесе смонтирована шина, имеющая эффективный радиальный коэффициент жесткости k (фунтов на дюйм). Можно ожидать, что такое биение внесет радиальную силу k•x (фунтов), когда это угловое местоположение окажется на одной прямой с вертикальной осью. В узле шины с колесом любое колебание радиальной силы, вносимое размерными неравномерностями в колесе, объединяются с колебаниями, вносимыми шиной, создавая результирующее колебание радиальной силы, которое проявляет тенденцию узла шин с колесом в целом производить радиальную вибрацию. Это результирующее колебание радиальной силы (или его гармоники) можно оценить посредством измерения колебания радиальной силы (или его гармоник), создаваемого шиной, и векторного добавления к нему ожидаемого колебания радиальной силы, которое по предположению должно вноситься колесом на базе отдельного измерения среднего радиального биения колеса (или соответствующих его гармоник).

Колеса транспортного средства проверяют на размерную неравномерность, используя анализаторы неравномерности колес, такие как анализатор размерности колес модели SST-WVA, изготавливаемые фирмой "Акрон стандарт" компании ITW в городе Акрон штата Огайо. Такое оборудование можно использовать для идентификации определенного местоположения на периферии колеса, такого как периферическое местоположение, находящееся под углом 180^o относительно местоположения, соответствующего углу первой гармоники среднего радиального биения поверхности посадки борта шины на ободе колеса.

Известная попытка минимизировать вертикальную вибрацию узлов колес с шинами посредством такого ориентирования шины относительно колеса, чтобы вектор, описывающий первую гармонику колебания радиальной силы шины, был направлен навстречу вектору, описывающему первую гармонику среднего радиального биения колеса. При сборке шины и колеса, узел ориентируют таким образом, что первая гармоника колебания радиальной силы шины имеет тенденцию, по крайней мере, частично компенсироваться составляющей силы, возбуждаемой первой гармоникой радиального биения колеса и наоборот. Это снижает тенденцию узла шины с колесом вибрировать в вертикальном направлении.

Хотя бывают и полезными, вышеописанные технические приемы обычно полностью не устраняют колебание радиальной силы или статический разбаланс и не обеспечивают достаточной уверенности, что узел шины с колесом не будет создавать, особенно на автомагистральных скоростях, неприятной вибрации из-за колебания радиальной силы либо только одного, либо в сочетании с влиянием статического разбаланса. Замечено, что если шины, которые прошли испытания на колебание радиальной силы, монтируют на колеса, которые прошли испытание на среднее радиальное биение, во взаимной ориентации, при которой ожидается снижение колебания радиальной силы, создаваемого узлом шины с колесом в сборе, то производимые измерения действительного колебания радиальной силы узла в сборе не совпадают точно со значениями, ожидаемыми на основе отдельных проверок шины и колеса. Такое несоответствие изменяется и по величине, и по направлению и может оказаться, что узел шины с колесом, который по предположению должен иметь удовлетворительно низкий уровень вибрации, покажет неприемлемый уровень вибрации при использовании.

Изобретение дополнительно признает, что во многих случаях вибрация, вызываемая остаточным колебанием радиальной силы, имеет тенденцию обостряться под влиянием статического разбаланса, и наоборот, создавая благодаря этому уровень вибрации больше, чем любой из этих источников, может вызвать сам по себе, особенно на автомагистральных скоростях.

Ввиду вышесказанного, целью настоящего изобретения является обеспечить узел шины с колесом с экономно производимой массой, который при использовании не создает неприятной вибрации из-за статического разбаланса и (или) колебания радиальной силы.

Еще одной целью настоящего изобретения является уменьшить, особенно на автомагистральных скоростях, вибрацию транспортного средства, вызываемую вибрацией узла шины с колесом в плоскости, перпендикулярной его оси вращения.

Еще одной целью настоящего изобретения является уменьшение вибрации из-за остаточного колебания радиальной силы, а также статического разбаланса, при единой операции посредством измерения массы узла шины с колесом.

Еще одной целью изобретения является желание выполнить вышеуказанное уменьшение вибрации, не требуя дополнительных этапов изменения массы, которые должны выполняться, чтобы уменьшить вибрацию, вызываемую динамическим разбалансом.

Изобретение выполняет вышеуказанные цели посредством обеспечения новых и эффективных аппаратуры и способа для уменьшения вибрации в узле шины с колесом и изготовления узла шины с колесом с использованием этих аппаратуры и способа. Это достигается посредством приложения статического разбаланса к узлу шины с колесом таким способом, который уменьшает общую вибрацию в плоскости, перпендикулярной его оси вращения при использовании. Прилагаемый статический разбаланс, объединенный с любым статическим разбалансом, первоначально присущим узлу шины с колесом, дает требуемый суммарный разбаланс, ориентированный так, чтобы возбудить силу, которая противодействует и, следовательно, имеет тенденцию аннулировать первую гармонику колебания радиальной силы узла. При таком методе изобретение непосредственно противоречит обычной доктрине известного уровня техники, что узлы шины с колесами должны быть сбалансированы так, чтобы проявлять статический разбаланс настолько близким к нулю, насколько это практически возможно.

В качестве другого отличия от известного уровня техники в неявном виде, изобретение рассматривает определение величины и направления статического разбаланса, прикладываемого к узлу с целью создания такого требуемого ограниченного суммарного статического разбаланса, основанного не только на начальном статическом разбалансе, полученном в результате измерения в узле, но также на колебании радиальной силы, проявляемым им. Величину суммарного статического разбаланса выбирают такой, чтобы она оказалась по существу равной меньшей из двух величин: а) предварительно установленного максимального предела, или б) величины статического разбаланса, требуемого для порождения при установленной автомагистральной скорости центробежной силы, величина которой по существу равна величине первой гармоники колебания радиальной силы. Максимальный предел определяется в виде значения, способного дать повышение только до очень незначительных или, по меньшей мере, не неприятных уровней вибрации по всему широкому диапазону скоростей, включая скорости, превышающие вышеупомянутую установленную автомагистральную скорость.

Следует отметить, что изобретение не предполагает представить существующую технику для уменьшения излишней неравномерности в шинах и колесах. Скорее оно стремится добиться в большей степени уменьшения вибрации, что могут сделать одни лишь эти технические средства. Чрезмерная неравномерность в шинах и (или) колесах может вызывать серьезную вибрацию на всех скоростях, тогда как улучшение, обеспечиваемое изобретением, изменяется с изменением скорости. Для эффективного аннулирования сильной вибрации на автомагистральной скорости посредством создания суммарного статического разбаланса в узле, такой суммарный статический разбаланс должен превышать максимальный предел суммарного статического разбаланса, признанного настоящим изобретением. В этом случае, вероятно, будет вызываться неприятная вибрация рулевого колеса и (или) неприятная вертикальная вибрация на скоростях, превышающих нормальные автомагистральные скорости, в том случае, если транспортное средство движется с такими чрезмерными скоростями.

В первом предпочтительном примере осуществления изобретения, узел шины с колесом испытывают на установке анализа равномерности с целью определения вектора V1, представляющего первую гармонику колебания радиальной силы, и на балансировочной установке с целью определения вектора V2, представляющего первоначально имеющийся в узле статический разбаланс. Затем оба вектора подают в вычислительную машину, которая использует вектор V1 для определения вектора V3, направление которого аналогично направлению вектора V1. Чтобы ограничить величину суммарного статического разбаланса, который мог остаться в узле, до значения, не способного дать увеличение вибрации до неприятных уровней, вычислительная машина выбирает величину вектора V3, равную меньшей из либо величины вышеупомянутого максимального предела, либо значения, представляющего величину разбаланса, необходимого для порождения силы, равной величине вектора V1, когда узел вращается с установленной автомагистральной скоростью. Затем вектор V3 складывается с вектором V2, с целью получения результирующего вектора V4. Дополнение вектора V4 определяет вектор V5, который представляет величину и направление дополнительного разбаланса, который должен быть приложен к узлу. Затем изменяют массу узла, например, посредством приложения, по крайней мере, одного груза к узлу, чтобы создать разбаланс, представляемый вектором V5. Вектор V5 представляет такие величину и направление, чтобы при добавлении к полученному в результате измерения разбалансу, представляемому вектором V2, создавался вектор V6, представляющий требуемый предельный суммарный статический разбаланс, равный по величине и противоположный по направлению вектору V3. В целях избежания добавления нежелательного динамического разбаланса, к каждой половине плоскости на одном и том же угловом местоположении на узле предпочтительно добавляют по половине требуемого дополнительного груза.

Во втором предпочтительном примере осуществления изобретения узел шины с колесом испытывают и на балансировочной установке и на описанной выше установке анализа равномерности. Однако для получения требуемого предельного суммарного статического разбаланса используют два отдельных действия по изменению массы. После измерения первоначально имеющегося в узле статического разбаланса, узел балансируют обычным способом, например, применением одного или более груза, чтобы сразу же получить по существу нулевой суммарный статический разбаланс, и предпочтительно также по существу нулевой динамический разбаланс. Величина и угол первой гармоники колебания радиальной силы, измеряемый с помощью установки анализа равномерности, затем используют для расчета вектора V7, представляющего статический разбаланс, который потребуется для прохождения полученной при измерении первой гармоники колебания радиальной силы, когда узел вращается с установленной автомагистральной скоростью. Затем величина вектора V7 сравнивается с максимальным пределом, на который ссылались раньше. После этого определяют требуемый предельный суммарный статический разбаланс в виде вектора V8, ориентированного в противоположном ему направлении, и величина которого равна меньшему из сравниваемых значений. Далее изменяют массу узла, например, посредством прикрепления к нему дополнительного узла с целью создания такого требуемого предельного суммарного статического разбаланса. И опять, предпочтительно к каждой полуплоскости прикрепляют по половине требуемого груза, чтобы избежать добавления динамического разбаланса к какому-то разбалансу, который уже имеет место в узле.

Третий предпочтительный пример осуществления изобретения позволяет аннулировать динамический разбаланс и обеспечить требуемый предельный суммарный статический разбаланс посредством изменения массы узла шины с колесом только один раз и на внутренней и на внешней плоскости. При проведении измерения узла, установка анализа балансировки, функционирующая известным в технике способом, устанавливает для каждой соответственной плоскости вес (массу) и угловое местоположение груза, который при прикреплении к узлу на установленном радиусу коррекции может по существу аннулировать и статический и динамический разбалансы. После определения ранее описанным способом требуемого предельного суммарного статического разбаланса и преобразования его в вес (массу), действующий на установленном радиусе коррекции, и конкретного угла, по половине такого веса (массы) под таким конкретным углом векторно складывают с весом (массой) и углом, определенными балансировочной установкой для каждой соответственной внутренней и внешней плоскости. Затем к внутренней и внешней плоскостям узла шины с колесом, соответственно, добавляют эквивалентный груз, представляющий каждую соответственную векторную сумму.

При используемых вращениях узла шины с колесом, требуемый предельный суммарный статический разбаланс, порождаемый в соответствии с любым из вышеупомянутых примеров осуществления изобретения, порождает силу, зависимую от скорости, величина которой противодействует и стремится аннулировать составляющую колебания радиальной силы, представляемую вектором V1. В результате этого, вибрация транспортного средства и в вертикальном и в продольном направлениях снижается в широком диапазоне скоростей.

Другое важное преимущество изобретения состоит в том, что степень аннулирования увеличивается с увеличением скорости до достижения установленной автомагистральной скорости. На такой или несколько выше скорости достигается почти полное аннулирование так, что вибрация снижается до минимума.

Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что вибрацию, возбуждаемую колебанием радиальной силы и статическим разбалансом, уменьшают просто посредством изменения массы узла.

Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что требуемое изменение массы узла можно выполнять одним действием изменения массы и можно также выполнять так, чтобы одновременно аннулировать любой имеющийся в узле динамический разбаланс.

Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что его можно собирать и выполнять, используя имеющиеся в наличии готовые компоненты.

Эти и другие аспекты преимущества изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники при рассмотрении настоящего документа, включающего формулу изобретения, подробное описание и прилагаемые чертежи, на который подобные элементы указаны одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 представляет блок-схему, иллюстрирующую первый и второй предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения; фиг. 2 представляет векторную диаграмму, более подробно иллюстрирующий первый предпочтительный пример осуществления изобретения; фиг. 3 векторную диаграмму, более подробно иллюстрирующую второй предпочтительный пример осуществления изобретения; фиг. 4 блок-схему, иллюстрирующую третий предпочтительный пример осуществления изобретения; фиг. 5 и 6 векторные диаграммы, которые вместе более подробно иллюстрируют третий предпочтительный пример осуществления изобретения, на которых фиг. 5 иллюстрирует действия, выполняемые в отношении внешней плоскости узла шины с колесом, а фиг. 6 - действия, выполняемые в отношении внутренней его плоскости.

Обращаясь теперь к фиг. 1, отметим, что здесь показан первый предпочтительный пример, а также второй предпочтительный пример осуществления соответствующей изобретению аппаратуры. Оба примера осуществления изобретения включают установку анализа равномерности 10, к которой с помощью транспортера 12 по одному за один раз транспортируется множество узлов шин с колесами 11. Каждый узел шины с колесом 11 включает шину 11а, которую монтируют на колесе 11в и накачивают до нужного давления. Каждое колесо 11в содержит пару периферических фланцев 11с, расположенных на противолежащих сторонах узла 11 шины с колесом, фланцы 11с, только один из которых можно видеть на каждом, показанном на фиг. 1 узле 11, определяют воображаемые параллельные внутреннюю и внешнюю плоскости и способны удерживать грузы, которые можно крепить к ним с целью изменения статического и (или) динамического разбаланса узла 11. Шины 11а и колеса 11в предпочтительно предварительно обрабатывают, спаривают и ориентируют.

В состав установки анализа равномерности 10 может, соответственно, входить обычный станок проверки равномерности шины типа модели 70 TUG, изготавливаемой фирмой "Акрон стандарт" компании ITW города Акрон, штата Огайо, оборудованный зажимным патроном, подходящим для удержания испытываемого узла 11 шины с колесом. При испытании каждого узла 11 шины с колесом установка анализа равномерности 10 вырабатывает векторный сигнал 14, который подается на вычислительную машину 20. Сигнал 14 представляет вектор 1, который представляет параметр, свидетельствующий о колебании радиальной силы, порождаемом узлом шины с колесом 11, испытываемым на установке 10. Вектор V1 предпочтительно представляет величину и угол, по крайней мере, одной составляющей колебания радиальной силы, характеризующей узел 11, получаемой в результате измерения установкой 10, и более предпочтительно представляет величину и угол гармоники первого порядка такого колебания радиальной силы. Установку 10 оборудуют системой маркировки, которая наносит видимую метку 13 на боковую стенку каждой шины 11а под угловым местоположением, соответствующим углу гармоники первого порядка колебания радиальной силы узла 11 шины с колесом, чтобы обеспечить угловой базис, полезный для последующих действий.

После проведения измерения узла шины с колесом 11 на установке анализа равномерности 10, с целью вырабатывания сигнала 14, узел по конвейеру 26 подается к обычной балансировочной установке 30. В состав установки 30 может, соответственно, входить имеющаяся в продаже балансировочная установка, способная определять величину и угол первоначально имеющегося в узле шины с колесом 11 разбаланса, которая предпочтительно представляет вышеупомянутую модель ATW-231 фирмы (ITW Микропоуз) или эквивалентную ей.

В первом предпочтительном примере осуществления изобретения, балансировочная установка 30 вырабатывает и подает в вычислительную машину 20 сигнал 36, который представляет вектор V2, представляющий величину и направление первоначально имеющегося статического разбаланса в узле 11 шины с колесом, самом последнем принятым из установки анализа равномерности 10. Действуя таким образом, как более подробно будет описан ниже со ссылкой на фиг.2, вычислительная машина 20 использует векторные сигналы 14 и 36 с целью вырабатывания векторного сигнала 40, представляющего величину и угол дополнительного статического разбаланса, который должен быть приложен к конкретному узлу 11 шины с колесом. Этот дополнительный статический разбаланс имеет также величину и угол, которые при сложении с первоначальным статическим разбалансом, представляемым сигналом 36, создает в рассматриваемом узле 11 шины с колесом требуемый предельный суммарный статический разбаланс. Как будет подробнее описано ниже, такой требуемый предельный суммарный статический разбаланс уменьшает тенденцию узла 11 шины с колесом вызвать при его использовании неприятную вибрацию в плоскости, перпендикулярной его оси вращения. Затем сигнал 40 подается на дисплей 46, расположенный на пункте взвешивания 50. Пункт взвешивания 50 может представлять либо часть балансировочной установки 30, либо выносной пункт, на который с балансировочной установки 30 посредством конвейера 54 подаются узлы 11 шин с колесами, как показано на фиг.1.

На пункте взвешивания 50 оператор выбирает один или более груз, который соответствует величине веса (или, что равносильно, массы), отображаемой на экране дисплея 46, и прикрепляет их, по крайней мере, к одному фланцу 11c с узла 11 шины с колесом таким образом, чтобы его (их) центр тяжести (в плоскости, перпендикулярной предполагаемой оси вращения узла 11 шины с колесом) действовал на угловом местоположении, показанном на дисплее 46. Одну половину груза (массы), показанного на дисплее 46, предпочтительно крепят на внутренней плоскости узла 11, а оставшуюся половину крепят на его внешней плоскости, чтобы избежать появление дополнительного нежелательного динамического разбаланса узла 11. После прикрепления одного или более грузов на пункте взвешивания 50 с целью получения требуемого предельного суммарного статического разбаланса, выходной конвейер 60 транспортирует каждый готовый узел 11 шины с колесом от пункта взвешивания 50, либо для использования, либо для такой дополнительной обработки, которая не относится к настоящему изобретению.

Обращаясь теперь к фиг. 2, рассмотрим более подробно действия, выполняемые вычислительной машиной 20 в соответствии с первым примером осуществления изобретения. Вычислительная машина 20 принимает сигнал 14 и запоминает его изображение в виде вектора V1, который, как отмечалось выше, предпочтительно представляет величину и угол гармоники первого порядка колебания радиальной силы узла 11, измеряемые установкой анализа равномерности 10. Величина вектора V1 выражается в единицах силы, а его угол, как отмечалось также выше, предпочтительно соответствует местоположению метки 13, которую установка анализа равномерности 10 наносит на каждый узел шины с колесом 11. Таким образом, метка 13 обеспечивает удобный угловой базис, от которого можно интерпретировать представленную на экране дисплея 46 информацию, чтобы прикрепить один или более грузы W к узлу 1 шины с колесом на угловом местоположении, установленном относительно метки 13. Как изображено на фиг. 2, 3, 5 и 6, вышеупомянутый вектор V1 начинается от точки 70, лежащей на предполагаемой оси вращения узла шины с колесом 11, и идет по плоскости, перпендикулярной этой оси.

В вычислительную машину 20 поступает также сигнал 36 и в ее памяти запоминается его изображение в виде вектора V2. Вектор V2 представляет величину и угол первоначально имеющегося в узле 11 шины с колесом статического разбаланса. Вследствие того, что вектор V1 выражается в единицах силы, а вектор V2 обычно выражается в единицах разбаланса (или, что то же самое, веса (массы) на установленном радиусе), прежде чем продолжить обработку, оба вектора необходимо представить, используя аналогичную группу единиц. В предпочтительном примере осуществления изобретения вычислительная машина 20 производит это посредством расчета величины "эквивалентного" статического разбаланса или веса (массы) на установленном радиусе, который, предполагая отсутствие в узле шины с колесом 11 другого статического разбаланса, должен иметь место на угловом местоположении вектора V1, чтобы при вращении узла шины с колесом 11 с установленной автомагистральной скоростью, создавать силу, имеющую величину вектора V1. Затем эта величина, которая на фиг. 2 показана позицией 74, запоминается в вычислительной машине 20. В соответствии с изобретением только что упомянутую установленную скорость предпочтительно выбирают в виде скорости, на которой требуется максимальное аннулирование вектора V1 и, таким образом, максимальное уменьшение вибрации. Установленную скорость выбирают в виде скорости в диапазоне типичных автомагистральных скоростей, с которыми ожидается сталкиваться при действительном использовании узла 11 шины с колесом. В Соединенных Штатах Америки такие скорости в настоящее время находятся в диапазоне от 50 и примерно до 70 миль в час (80,5 112,6 километров в час), а установленная скорость для узлов шин с колесами, которые должны использоваться в Соединенных Штатах Америки, предпочтительно составляет примерно 60 миль в час (96,5 километров в час). Для узлов шин с колесами, которые должны использоваться в таких странах, как Германия, где и юридически и по привычке вождение автомашин на автомагистралях осуществляют с значительно более высокими скоростями, необходимо предпочтительно выбирать соответственно более высокую установленную скорость.

Затем вычислительная машина 20 сравнивает величину 74 с запомненным заранее заданным пределом 72 величины, чтобы определить вектор V3, величина которого ограничивается и предпочтительно выбирается равной меньшей из двух величин: либо заранее заданного максимального предела 72, либо действительно величины 74 вышеупомянутого "эквивалентного" статического разбаланса на установленной скорости.

Предел 72 выбирают таким, чтобы суммарный разбаланс, имеющийся в любом готовом узле 11 шины с колесом после выполнения настоящего изобретения был меньше величины, способной дать увеличение неприемлемой частоты вибрации, являющейся причиной недовольства. Предел 72 лучше определяется после оценки возможности обработки действий измерения балансировки и прикрепления грузов и определения связанной с ними ошибки ожидаемого или максимального суммарного статического разбаланса. В этом случае предел 72 предпочтительно определяют в виде значения разбаланса, которое, при добавлении к такой ошибке, может дать статический разбаланс, который, если имеется только в узле 11 шины с колесом, может создать самое большее незначительный или, по крайней мере, не неприятный или планируемого класса уровень вибрации рулевого колеса. Лучшим в настоящее время считают максимальный предел 72, способный дать возрастание центробежной силы до величины не более, чем примерно четыре фунта (1,8 кг) на скоростях, по крайней мере, до установленной автомагистральной скорости.

После определения вектора V3, вычислительная машина 20 складывает векторы V2 и V3, чтобы определить величину и направление результирующего вектора V4. Затем вычислительная машина 20 определяет вектор V5, как вектор такой же величины, как вектор V4, но противоположного ему направления. Сам по себе вектор V5 представляет дополнительный статический разбаланс, который должен быть добавлен к узлу 11 шины с колесом, чтобы при объединении с первоначальным статическим разбалансом, представляемым вектором V2, в узле 11 шины с колесом создавался требуемый предельный суммарный статический разбаланс, который представлен на фиг. 2 в виде вектора V6. Вектор V6 равен по величине, но противоположен по направлению вектору V3, и также представляет векторную сумму векторов V5 и V2. Таким образом, как только к узлу 11 шины с колесом прикладывается дополнительный статический разбаланс, представляемый вектором V5, этот узел обрануживает требуемый предельный суммарный статический разбаланс, представляемый вектор V6.

Чтобы обеспечить приложение разбаланса, представляемого вектором V5 к рассматриваемому узлу шины с колесом 11, информация, связанная с величиной и углом вектора V5 подается на дисплей 46 с помощью сигнала 40 и отображается на нем в любом подходящем формате.

Угол вектора V5 предпочтительно представляется количеством градусов, радиантов или других единиц, отсчитываемых либо по часовой, либо против часовой стрелки от метки 13. Таким образом, к узлу 11 можно прикрепить один груз или более с его (их) общим центром тяжести (измеряемым в плоскости фиг. 2), действующим в направлении вектора V5.

Хотя величину вектора V5 можно соответствующим образом отображать в единицах разбаланса, вычислительная машина 20 предпочтительно вырабатывает такую информацию о величине, которая должна отображаться таким способом, который не требует дополнительного умственного преобразования или интерпретирования при участии человека-оператора на пункте 50, и благодаря этому способствует максимальной производительности. Поэтому предпочитают, чтобы такая величина появлялась на экране дисплея 50 в единицах веса (массы), подлежащего прикреплению на соответствующем радиусе, который предпочтительно соответствует радиусу фланца 11с. Вычислительная машина 20 округляет такой вес (массу) до ближайшего значения, представляемого одним из множества дискретных размеров грузов, имеющихся на пункте 50 или аналогичных дисплеях, или просто отображает код, обозначающий конкретный бункер или бункеры, в которых хранятся для использования грузы соответственного размера. После этого человек-оператор на пункте взвешивания 50 выбирает нужный груз или грузы и прикрепляет его (их) к фланцу 11с узла 11 под углом относительно метки 13, соответствующим появляющейся на экране дисплея 46 информации об угле. Чтобы избежать добавления нежелательного дополнительного дисбаланса, одну половину массы груза W предпочтительно прикрепляют к внутренней стороне фланца 11с, а оставшуюся половину к внешней его стороне. Специалистам в данной области техники ясно, что в качестве альтернативы, вместо использования человека-оператора и дисплея 46 на пункте 50 для прикрепления грузов можно использовать автомат, чувствительный к сигналу 40.

В процессе действия первого варианта осуществления настоящего изобретения, узлы шин с колесами 11 подаются к установке 10, которая вырабатывает и подает на вычислительную машину 20 векторный сигнал 14, представляющий величину и угол первой гармоники колебания радиальной силы узла, и наносит на него метку 13 под таким углом. После этого узел транспортируется к балансировочной установке 30, которая вырабатывает и передает на вычислительную машину 20 сигнал 36, представляющий первоначально имеющийся в узле 11 статический разбаланс. После этого узел транспортируется к пункту взвешивания 50, в состав которого входит считываемый человеком дисплей 46. Работая вышеописанным со ссылкой на фиг. 2 способом, вычислительная машина 20 обрабатывает сигналы 14 и 36, вырабатывая вторичный сигнал 40, величина и угол которого отображаются в требуемом формате на экране дисплея 46. В соответствии с этой информацией о величине и угле, человек-оператор на пункте взвешивания 50 изменяет массу узла шины с колесом 11 посредством прикрепления к нему одного узла или более, чтобы создать требуемый предельный суммарный статический разбаланс в готовом узле 11 шины с колесом.

Обращаясь снова к фиг. 1, теперь будет описан второй предпочтительный пример осуществления изобретения. В этом втором предпочтительном примере для создания в узле 11 шины с колесом требуемого предельного суммарного статического разбаланса используется двухэтапная методика измерения его массы. На первом этапе узел 11 шины с колесом вначале балансируют обычно посредством добавления одного или больше компенсирующих грузов W1, так что сразу же достигается по существу нулевой суммарный статический разбаланс. После этого к узлу добавляют один или более дополнительные грузы W2 в соответствии с информацией, связанной с колебанием радиальной силы, чтобы создать требуемый предельный суммарный статический разбаланс ранее описанного характера.

Конструкция и работа второго предпочтительного примера осуществления изобретения аналогичны конструкции и работе описанного выше первого предпочтительного примера осуществления изобретения, за исключением различий, которые будут теперь описаны. Во-вторых, сигналы 36 и 40 не вырабатываются и не используются. Наоборот, балансировочная установка 30 работает обычным способом, вырабатывая, по меньшей мере, один векторный сигнал 40а, связанный с величиной и углом компенсирующего разбаланса или веса (массы), необходимого для прикрепления к узлу 11 шины с колесом с целью создания в нем по существу нулевого суммарного статического разбаланса. Эта информация подается непосредственно на дисплей 46 и отображается на нем в любом из ранее описанных форматов. В ответ на отображенную информацию оператор на пункте 50 прикрепляет один или более первые грузы W1 к узлу 11 шины с колесом, чтобы сразу же создать на нем по существу нулевой суммарный статический разбаланс. Вместо сигнала 40, вычислительная машина 20 вырабатывает для отображения в любом из описанных выше форматов векторный сигнал 40в, представляющий величину и угол дополнительного разбаланса или веса (массы), который затем должен быть прикреплен к рассматриваемому узлу шины с колесом 11, чтобы создать в нем требуемый предельный суммарный статический разбаланс. В ответ на отображенную информацию затем на пункте 50 прикрепляют один или более соответствующие дополнительные грузы W2.

Фиг. 3 представляет векторную диаграмму, которая более подробно иллюстрирует второй предпочтительный пример осуществления изобретения. В соответствии с этим примером вычислительная машина 20 определяет векторы V1, V2, V3, на которые выше делалась ссылка, таким же образом, как было описано выше со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 3 сигнал 40а представлен вектором V7, связанным со статическим разбалансом, равным по величине и противоположным по направлению, полученному в результате измерений первоначально имеющемуся в узле шины с колесом 11 статическому разбалансу, показанному вектором V2. Вектор V7 отображается на экране дисплея 46 в виде величины и угла в любом из описанных выше форматов. Затем, в соответствии с этой информацией о величине и угле, оператор на пункте взвешивания 50 прикрепляет один или более грузы W1 к узлу 11 шины с колесом, чтобы в равной степени и в противоположном направлении уравновесить вектор V2, сразу же создавая, таким образом, в узле 11 шины с колесом по существу нулевой суммарный статический разбаланс. Чтобы избежать добавления нежелательного динамического разбаланса, по одной половине массы груза W1 предпочтительно добавляют к противолежащим сторонам фланца 11с узла 11.

Требуемый предельный суммарный статический разбаланс, подлежащий приложению к узлу 11 после проведения его балансирования только что описанным способом, представляется сигналом 40в. На фиг. 3 сигнал 40в представлен вектором 8, который равен по величине вектору V3, но противоположен ему по направлению, и, таким образом, представляет требуемый предельный суммарный статический разбаланс, подлежащий приложению к узлу шины с колесом 11. Поэтому необходимо сказать, что вектор V8 эквивалентен вектору V6, описанному выше со ссылкой на фиг. 2. На основании появившегося на экране дисплея 46 сигнала 40в, отображаемого величину и угол, оператор на пункте взвешивания 50 прикрепляет один или более дополнительные грузы W2 к узлу шины с колесом 11, чтобы создать в нем требуемый предельный суммарный статический разбаланс, представляемый вектором V8. Чтобы избежать добавления нежелательного динамического разбаланса, по одной половине каждого груза W2 предпочтительно прикрепляют к каждой противоположной стороне фланца 11с узла 11.

В отличие от простого избежания добавления дополнительного нежелательного динамического разбаланса, четвертый предпочтительный пример осуществления изобретения, который теперь будет описан со ссылкой на фиг. 4, 5 и 6, предполагает вырабатывание в узле 11 шины с колесом требуемого предельного суммарного статического разбаланса, описанного выше характера, одновременно аннулируя любой нежелательный динамический разбаланс, который может первоначально иметь место в нем.

На фиг. 4 показано множество узлов 11 шин с колесами, транспортируемых с помощью транспортера 12 к установке анализа равномерности 10. Узлы 11 обычно характеризуются наличием динамического разбаланса, а также колебанием радиальной силы и статическим разбалансом. Установка анализа равномерности 10, действующая вышеописанным способом, вырабатывает сигнал 14, который поступает на вычислительную машину 20. Сигнал 14 представляет вектор V1, который, как указывалось выше, связан с параметром, свидетельствующим о колебании радиальной силы, создаваемым узлом 11, и предпочтительно представляет величину и угол гармоники первого порядка колебания радиальной силы, измеряемого установкой 10. И здесь установка 10 предпочтительно оборудована маркирующей системой, которая наносит видимую метку 12 на боковую сторону каждой шины 11а в соответствующем угловом местоположении, как описано выше. В вычислительной машине 20 вектор V1 используется для вырабатывания вектора V3 описанным выше способом. По вектору V3 рассчитывается пара векторов V9 и V9', связанных с внешней и внутренней сторонами узла 11, соответственно. Оба вектора V9 и V9', идут под тем же углом относительно метки 13, как и вектор V3, и каждый равен точно половине вектора V3.

От установки анализа равномерности 10 каждый узел 11 шины с колесом перемещается с помощью транспортера 26 к обычной балансировочной установке 30. Установка 30 может соответственно представлять имеющийся в продаже балансировочный станок, способный одновременно измерять статический и динамический разбалансы, и представляет предпочтительно модель ATW-231 фирмы "ITW Микропоуз", или эквивалентную ему. При испытании каждого узла 11 шины с колесом, установка 30 вырабатывает и передает на вычислительную машину 20 пару векторных сигналов 37 и 38. Сигналы 37 и 38 представляют пару векторов V10 и V11, соответственно, связанных с углами и весами (массами), которые, если прикрепить к внешней и внутренней сторонам, соответственно, фланца 11с, аннулируют статический разбаланс, а также динамический разбаланс, первоначально имеющиеся в узле шины с колесом 11. Затем вычислительная машина 20 складывает векторы V9 и V10, чтобы определить вектор V12, величина и угол которого указывают угол и вес (массу) груза W3, который необходимо добавить к наружной стороне фланца 11с. Вычислительная машина 20 вырабатывает сигнал 41, связанный с вектором V12, и передает его на дисплей 46, расположенный на пункте взвешивания 50, для отображения на его экране в любом из вышеописанных форматов. Таким же образом вычислительная машина 20 вырабатывает и передает на дисплей 46 сигнал 42, представляющий вектор V13, определяемый в виде суммы векторов V9 и V11. Вектор V13 представляет величину и угол груза W4, который необходимо прикреплять к внутренней стороне узла шины с колесом 11.

В соответствии с информацией о весе и угле, появляющейся на экране дисплея 46, оператор на пункте взвешивания 50 выбирает грузы W3 и W4 соответствующего веса (массы) и прикрепляет их к внешней и внутренней сторонам фланца 11с под соответственными углами, отображенными на экране дисплея 46, чтобы создать в узле 11 шины с колесом требуемый предельный суммарный статический разбаланс.

При вращении готового узла 11 шины с колесом во время использования на транспортном средстве, требуемый предельный статический разбаланс, созданный в соответствии с любым из вышеописанных примеров осуществления изобретения, вырабатывает силу зависимой от скорости величины, которая направлена навстречу и стремится аннулировать составляющую колебания радиальной силы, представляемую вектором V1. В результате этого вибрация транспортного средства и в вертикальном, и в продольном направлениях уменьшается во всем широком диапазоне скоростей. Степень уменьшения вектора V1 и сопутствующего уменьшения вибрации увеличивается с увеличением скорости до тех пор, пока скорость не достигнет, по крайней мере, вышеупомянутой установленной автомагистральной скорости. На такой скорости достигается почти полное аннулирование вектора V1, так что вибрация из-за колебания радиальной силы и статического разбаланса снижается до минимума.

Хотя описанные здесь аппаратура, способы и узлы шин с колесами составляют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными описанными формами, поскольку, в свете настоящего раскрытия, специалисты в данной области могут внести в предлагаемые устройства и способ различные изменения, соответствующие конкретным условиям применения, не выходя при этом за рамки объема притязаний настоящего изобретения.

Реферат

Использование: автомобилестроение, способы и устройства снижения вибрации. Сущность изобретения: изменяют массу узла шины с колесом с целью приложения к нему такого дополнительного статического разбаланса, который снижает общую тенденцию узла вызывать вибрацию в плоскости, перпендикулярной оси его вращения. Приложенный дополнительный разбаланс, объединенный с любым статическим разбалансом, первоначально имеющимся в узле шины с колесом, дает требуемый суммарный статический разбаланс, ориентированный так, чтобы возбудить центробежную силу, которая направлена навстречу и, поэтому, стремиться аннулировать по меньшей мере одну составляющую, такую как гармоника первого порядка колебания радиальной силы, характеризующую узел. Величину суммарного статического разбаланса ограничивают и предпочтительно выбирают равной меньшей из двух величин - заранее заданного максимального предела и статического разбаланса, требуемого для создания центробежной силы, величина которой равна величине составляющей колебания радиальной силы при вращении узла шины с колесом с установленной скоростью. 7 с.и., 25 з. п. ф-лы, 6 ил.

Формула