用GCD_I型光束水准车轮定位仪测量车轮前束和车轮外倾角时减少误差的一种方法

发布于:2021-09-24 00:48:03

  现代计量测试
  文章编号 :1005 - 3387 ( 2002) 03 - 0031 - 33

2002 年第 3 期

用 GCD - I 型光束水准车轮定位仪测量车轮 前束和车轮外倾角时减少误差的一种方法
魏元东
( 安徽省汽车产品质量监督检验站 ,安徽   230022)
摘要 : 本文介绍了运用 GCD - I 型光束水准车轮定位仪测量车轮前束和车轮外倾角的原理 ,并提出了一种减少 其测量误差的方法 。 关键词 : 车轮定位仪 ; 车轮前束 ; 车轮外倾角 ; 测量误差 中图分类号 : TH71      文献标识码 :A

0  引言
GCD - I 型光束水准车轮定位仪是一种测量车轮定位参数的仪器 ,该仪器的定位面为车轮轮辋端 面 ,当轮辋端面存在端面跳动时 ,极有可能给测量带来误差。对此 ,本文提出了一种方法 ,既可以简化 操作 ,又可以基本上消除由于轮辋端面的跳动而带来的测量车轮前束和车轮外倾角时的误差。

1  GCD - I 型光束水准车轮定位仪测量车轮前束和车轮外倾角的原理
测量车轮的外倾角时 ,如图 1 所示 ,支架 2 以其三个固定点固定在被测车轮 1 的轮辋端面的内 缘上 ,水准仪 3 的定位销插入支架 2 的定位孔中 。该水准仪在出厂前已经调整好 ,当其定位销水* 放置时 ,它的水准泡处于中间位置 ,其调整盘 4 的指针正好处于零位置 。当被测车轮 1 有外倾角 α 时 ,该水准仪的定位销一起偏离水*面 α 角 , 此时 , 它的水准泡偏离中间位置 。这时 , 就需要调整 水准仪的调整盘直到使其水准泡回到中间位置 ,而从调整盘上读到的数值就是车轮的外倾角 。

图1  车轮的外倾角的测量图              2   图 车轮前束的测量图

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测量车轮的前束值原理如图 2 所示 。同样 ,支架 2 固定在被测车轮 1 的轮辋面上 ,聚光灯 4 的 定位销插入支架 2 的定位孔中 。从聚光灯发出一束光 5 ,先照在一根标尺 ,例如图 2 的表尺 8 的 A 点 ,再将聚光灯绕其定位销转动 180°使其发出光 5 , 照在另一根标尺 6 的 B 点 。标尺 6 和标尺 8 , 的距离按照说明书的要求放置 。从标尺 A 、 两点横向的距离 1 就反应了前束的大小 。 B

2  减少测量误差的一种方法
通过仪器测量车轮前束和车轮外倾角的基本工作原理我们知道 ,当不考虑仪器本身的误差时 ,其 最后的测量结果直接受到支架 2 的定位端面 —— — 车轮轮辋端面的影响 (实际上 ,用 GCD - I 型光束水 准车轮定位仪测量的所有车轮定位参数都是以轮辋端面为定位面的) 。所以说明书要求在进行测量 之前 ,必须进行轮辋的变形检查及补偿 ;而且 ,按说明书的要求 ,当端面的 “摆差” 大于 2~3mm 时 ,一 般认为轮辋是不合格的 ,应更换轮辋 。但是 ,即使进行了轮辋的变形检查及补偿 ,甚至更换了轮辋 , 也不能消除由于轮辋端面的跳动而带来的误差 ,而且更换轮辋也不是一件很轻松的事情 。下面介 绍一种方法 ,既可以简化操作 ,又可以基本上消除由于轮辋端面的跳动而带来的误差 。 其基本原理如图 3 所示 , 测量车轮 2 的外倾角时 , 由于某种原因 , 使支架安装的*面 1 偏离了轮辋*面 的理想的位置 , 比如向外偏离 α ( 图 3 中的左图所示) , 2 实际的车轮外倾角为 α 。此时 , 测量得到的车轮外倾 1 角α 为 : 01 α =α +α ( 1) 01 1 2 当测量完以后 , 把车轮 2 连同支架一起绕车轮的
( 旋转中心线 O 1 - O 2 转过 180° 如图 3 中的右图所 示) 。此时 , 再一次测量车轮外倾角 α 为 : 02 α =α - α ( 2) 02 1 2

图3  外倾角测量误差的补偿

将式 ( 1) 和式 ( 2) 相加 , 取算术*均值 , 得到 :
(α + α ) / 2 = α 01 02 1 ( 3)

这样就得到实际的车轮外倾角为 α 。 1 图 4 所示 , 测量车轮 2 的前束时 , 由于某种原因 , 使支架安装的*面 1 偏离了轮辋*面的理想 位置 , 比如向外偏离 α ( 如图 4 中的左图所示) , 实际的车轮前束角为 α 。此时 , 测量得到的车轮前 2 1 束值为 l 1 为 : ( 4) l 1 = D tan (α - α ) 1 2 式中 , D 为两根标杆之间的距离 ;tan (α - α ) 为 α - α 的正切值 ( 以下相同) 。 1 2 1 2 当测量完以后 , 把车轮 2 连同支架一起绕车轮的旋转中心线见图示中标记 O 1 , O 2 转过 180° ( 如图 4 中的右图所示) 。此时 , 再一次测量车轮前束前束值 l 2 为 : ( 5) l 2 = D tan (α + α ) 1 2 而实际的车轮前束值 l 0 为 :
l 0 = D tan (α )    1 ( 6)

因为实际中 , 车轮的前束值相对与车轮的径向尺寸很小 , 也就是车轮的前束角 α 很小 , 同时 , 1 由各种原因而造成的使支架安装的*面 ( 1) 偏离了轮辋*面的理想的位置的角度 α 也很小 ,α + 2 1
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α 和 α - α 也很小 。由高等数学的知 2 1 2 识可以得到 , 对于一个很小的数 x ( x 用 弧度为单位) , 有*似公式 : ( 7) x ≈tan ( x ) 成立 。 于是式 ( 4) ( 5) ( 6) 就可以*似的写成 式 ( 8) ( 9) ( 10) : α α ( 8) l1 = Dtan (α - α) ≈ D 1 - D 2 1 2 α α l2 = Dtan (α +α) ≈ D 1 + D 2 1 2 α l 0 = D tan (α ) ≈ D 1 1
( 9) ( 10 )

图4  前束测量误差的补偿

将式 ( 8 ) 和式 ( 9 ) 相加 , 取算术*均 值 ,得到 : ( l 1 + l 2 ) / 2≈ D 1 ≈ l 0 α ( 11) 即:
l 0≈ ( l 1 + l 2 ) / 2 ( 12 )

这样就得到实际的车轮前束值为 l 0 。 式 ( 12) 的得出虽然用到了*似公式 x ≈tan ( x ) , 但结果在实际使用中有足够的精度 。比如当 车轮的前束角 α = 3°车轮的半径 R = 250mm ,若规定车轮的前束值测量在半径处 ,此时由式 ( 8 ) , 1 算得一个车轮的前束值为 若支架安装的*面偏离了轮辋*面的理想的位置的量为α = 2°由式 ( 4) ( 5) ( 6) 可以算得 : , 2 l 1 = 8173mm
( l 1 + l 2 ) / 2 = 26124mm l 2 = 43174mm l 0 = 2 R tan (α ) = 2612mm 1

( 13)

( 14)

对比式 ( 13) 与式 ( 14) 的结果 , 式 ( 12) 得出的结果在实际中有足够的精度 。而以上所举的例子 中 ,α 、2 的取值都很大 , 在一般的车辆中都见不到 ; 而式 ( 12 ) 的*似程度随着 α 、 2 取值的减小 1 α 1 α 而提高 。 需要说明的是 , 每个车轮外倾角的测量是单独进行的 , 而车轮前束值的测量需要同一车轴上的 两个车轮同时进行 , 即第一次测量完前束值之后 , 必须把两个车轮都转动 180° 后再测量 。而且为 了保证误差补偿的有效性 , 车轮转动时 , 不要将支架拆下 。

3  结论

从以上的分析可以看出 ,本文提出的方法几乎可以完全消除由于用 GCD - I 型光束水准车轮 定位仪测量车轮前束和车轮外倾角时因支架安装位置偏离理想位置而带来的误差 ,而需要做的仅 仅是用千斤顶把车轮稍微顶离地面 ,车轮转动 180°重新测量一次取算术*均值 ,而且用不着在进 , 行测量之前 ,对轮辋的变形进行检查及补偿 ,甚至省去更换轮辋的麻烦 。

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