СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ УСТАНОВКИ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01M17/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для контроля углов установки колес при сборке, ремонте и техническом обслуживании транспортных средств, в том числе автомобилей.

Установка управляемых колес автомобиля определяется углами схождения и развала колес, углами продольного и поперечного наклона шкворня (оси поворота). Установка колес и развалом и схождением обеспечивает при движении автомобиля перпендикулярность плоскостей вращения колес к поверхности полотна дороги, обеспечивает наименьшее сопротивление качению колес, минимальный износ протектора колес и сокращение расхода топлива.

Известен способ измерения схождения колес автомобиля с использованием линеек, по которому измеряют расстояние между колесами на уровне передней балки автомобиля, а затем в этих же точках сзади, прокатывая автомобиль вперед. Разница между этими измерениями и является величиной схождения. Углы развала колес измеряют с помощью больших угольников или отвесов. Основным недостатком этих способов является большая погрешность измерения, вызванная тем, что привязка производится к эластичной поверхности шины колеса, а не к его оси.

Известны механические электрические, оптические и оптико-электронные стенды для измерения углов установки колес автомобиля. Оптические стенды обладают более высокой точностью измерения углов, поскольку позволяют исключить погрешности, связанные с дефектами самого колеса и неточности механического присоединения к колесу деталей стенда. Известен электрооптический стенд фирмы Хантер с двумя проекционными фонарями со специальными линзами на передних и боковых экранах. Известные стенды, предназначенные для проверки и регулировки углов установки колес автомобиля, осуществляемых путем проектирования лучей проекторов, установленных на колесе, на шкалы установленных перед автомобилем экранов.

Недостаток этих стендов влияние взаимного положения проекторов и экранов на точность измерения углов. Поэтому необходимо юстировать автомобиль относительно этих стендов.

Известен способ контроля углов установки колес автомобиля с использованием стенда ГАРО, включающий измерение углов схождения и развала колес посредством направления лучей на зеркальные насадки, устанавливаемые на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес, и регистрации углового положения зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей.

Для реализации данного способа стенд содержит микроскоп и шкалу, градуированную в угловых единицах и расположенную в предметной плоскости микроскопа, сопряженные при помощи юстировочного зеркала и зеркала, устанавливаемого на колесе перпендикулярно его оси. Изображение шкалы относительно окулярной сетки микроскопа зависит от углового положения зеркала. Недостатком данного способа устройства для его реализации является использование наклонного хода лучей, падающих на зеркало, устанавливаемое на колесе автомобиля. При таком ходе лучей смещение зеркала без его разворота приводит к смещению изобретения шкалы относительно окулярной сетки, которое должно происходить только при угловом развороте зеркала. Для устранения этого явления необходимо перемещать стойку с микроскопом, поскольку расстояние между колесами автомобилей разных марок разное.

Известен способ измерения углов установки колес автомобилей, заключающийся в том, что измеряют углы схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес, и регистрируют угловое положение зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей.

Известно устройство для реализации данного способа, содержащее измерители углов, включающий в себя основание и устанавливаемые на поверхности смотровой площадки на линии, перпендикулярной оси смотровой площадки и проходящей через ось контролируемых колес автомобиля, и зеркальные насадки, устанавливаемые на колеса автомобиля.

Каждый измеритель углов содержит установленные в корпусе лазер, коллиматор, поворотное зеркало. С наружной стороны корпуса установлен индикаторный экран с координатной сеткой и центральным отверстием для выхода лазерного излучения.

Устройство работает следующим образом. При юстировке стенда пучки лазерных лучей, выходящих из отверстий индикаторного экрана, ориентируют так, чтобы они были соосны между собой, проходили параллельно плоскости опоры контролируемых колес автомобиля на высоте, соответствующей центру указанных колес, и были перпендикулярны продольной оси смотровой ямы. После установки автомобиля с зеркалами на контролируемых колесах регулируют расстояние L от измерителей углов до поверхности зеркал за счет перемещения измерителей углов. При измерении углов с использованием стенда направляют пучки лазерных лучей на зеркала. После отражения от зеркал пучки лучей попадают на индикаторные экраны соответствующих измерителей углов. Вертикальные Y и горизонтальные Х координаты лазерного пятна на экране с углами развала А и схождения В связывают зависимости: Y=Lxtg2A; X=Lxtg2B, где L расстояние от зеркала до индикаторного экрана. Координатная сетка на индикаторном экране проградуирована в угловых координатах с учетом приведенных зависимостей.

Недостаток данного способа измерения углов установки колес и устройства для его осуществления влияние расстояния от зеркала до индикаторного экрана на значение отсчета угла по сетке экрана при неизменном угловом положении колеса. Это приводит к неоднозначности значений углов, измеренных данным способом, и не позволяет измерять углы с высокой точностью.

Цель изобретения повышение точности измерения углов установки колес автомобиля при произвольном его расположении относительно измерителей углов.

Для достижения этой цели в способе измерения углов установки колес автомобиля, заключающемся в том, что измеряют углы схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес, и регистрируют угловое положение зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей. Перед измерением световые лучи направляют перпендикулярно плоскости соответствующих зеркальных насадок.

Для достижения указанной цели в устройстве для измерения углов установки колес автомобиля, содержащем измерители углов, включающие в себя основания и устанавливаемые на поверхности смотровой площадки на линии, перпендикулярной плоскости симметрии смотровой площади и проходящей через оси контролируемых колес автомобиля, и зеркальные насадки, устанавливаемые на колеса автомобиля, каждый измеритель углов представляет собой автоколлиматор, установленный на соответствующем основании с возможностью поворота вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Каждый автоколлиматор состоит из лампы, диафрагмы, светоделителя, объектива и окулярной сетки. Лампа и диафрагма установлены на оптической оси объектива, светоделитель установлен под углом к этой оси. Диафрагма и окулярная сетка расположены в фокальной плоскости объектива, а их центры оптически сопряжены через светоделитель. Оси поворота каждого автокол- лиматора установлены в соответствующем корпусе, несущем два микрометрических винта со шкалами. На каждой оси поворота закреплен рычаг, взаимодействующий с торцом соответствующего микрометрического винта и подпружиненный относительно корпуса. Каждая зеркальная насадка образована каркасом, несущим зеркало, тремя стрежнями, соединенными под углом 120^о относительно друг друга, и элементами крепления насадки к колесу автомобиля. Каркас и стержни связаны между собой по периметру каркаса винтами и подпружинены.

На фиг.1 показана схема установки измерителей углов; на фиг.2 измеритель углов, вид сбоку; на фиг.3 то же, вид спереди; на фиг.4 автоколлиматор и ход лучей в нем; на фиг.5 насадка с зеркалом, вид спереди; на фиг.6 то же, вид сбоку.

Устройство для измерения углов установки колес состоит из двух измерителей углов и двух насадок на колеса. Каждый измеритель углов состоит из корпуса, автоколлиматора, основания. Автоколлиматор содержит установленные в трубе лампу 1, диафрагму 2, светоделитель 3, объектив 4, сетку 5. Диафрагма 2 и сетка 5 находится в фокальной плоскости объектива. В корпусе измерителя углов установлены с возможностью вращения горизонтальная ось 6 и вертикальная ось 7, и микрометрические винты 8 со шкалами. На осях закреплены рычаги 9, концы которых находятся в контакте с торцами микрометрических винтов. Пружины связывают концы рычагов и корпус. Автоколлиматор установлен на горизонтальной оси 6, основание связано с вертикальной осью 7. Основание состоит из стойки 10, верхней плиты 11 и нижней плиты 12. Стойка 10 имеет в верхней части отверстие для установки вертикальной оси 7. Стойка 10 крепится к верхней плите 11 и перпендикулярна ей. Нижняя плита 12 крепится к поверхности смотровой площадки. Верхняя плита 11 крепится с возможностью наклона к нижней плите 12. При помощи расположенных в углах плиты четырех болтов. Насадка на колесо состоит из стержней 13, расположенных под углом 120^о друг к другу. На стержнях 13 находятся элементы крепления насадки к колесу 14. Стержни 13 и каркас 15 с зеркалом 16 соединены винтами и подпружинены. Стержни 13 могут быть выполнены, например, из трубок. Элементы крепления насадки к колесу могут быть выполнены в виде концевых узлов. Элементы крепления фиксируются на стержнях при помощи штифтов в нескольких положениях для установки на колесах различных размеров. Два концевых узла представляют собой втулки, в которых перпендикулярно их оси закреплены шпильки. Один концевой узел представляет собой вилку, в которой с возможностью качания закреплен рычаг со шпилькой. В рычаг упирается закрепленный в вилке винт. Все три шпильки ориентированы перпендикулярно плоскости зеркала.

Автоколлиматор работает следующим образом. Лампа 1 освещает установленную в фокальной плоскости объектива диафрагму 2. Световой поток, проходя светоделитель 3 и объектив 4, превращается в поток параллельных лучей. После отражения от зеркала 16 насадки лучи проходят объектив 4, отражаются светоделителем 3 и фокусируются на поверхности сетки 5, расположенной в фокальной плоскости объектива 4. Если зеркальная поверхность строго перпендикулярна визирной оси автоколлиматора, проходящей через центр объектива и диафрагмы, то изображение диафрагмы совпадает с центром сетки 5. В случае наклона зеркальной поверхности на угол А лучи отражаются этой поверхностью на угол 2А и создают изображение диафрагмы, смещенное относительно центра сетки 5 на величину B= f ˙ tg ˙ 2A, где f фокусное расстояние объектива автоколлиматора. Анализ этой зависимости показывает, что за счет увеличения фокусного расстояния объектива 4 можно получить заметное невооруженным глазом смещение изображения диафрагмы 2 автоколлиматора, соответствующее развороту зеркала 16 на малые углы, определяемые требованием к точности измерения углов установки колес автомобиля. Линейные перемещения зеркала 16 не меняют угол А наклона зеркала и поэтому не влияют на показания автоколлиматора. Это позволяет не юстировать автомобиль относительно устройства для измерения углов установки колес.

Измеритель углов работает следующим образом.

Конец рычага 9 под действием пружины постоянно упирается в торец микрометрического винта 8. При вращении микрометрического винта 8 происходит его продольное перемещение вместе с концом рычага 9 и разворот оси, на которой закреплен другой конец рычага. Угол поворота А, резьба с микрометрических винтов и плечо (П) рычага (расстояние между осью микрометрического винта и осью измерителя углов) связаны зависимостью С П ˙ tgА. Для углов А в пределах 5^о ошибка не превышает 1. Для повышения точности отсчета углов разворота оси используется дополнительная шкала на поверхности вращающейся части рукояток микрометрических винтов 8, соответствующих определенной части шага резьбы микрометрических винтов 8. При развороте горизонтальной оси 6 происходит разворот связанного с ней автоколлиматора относительно корпуса измерителя углов. При развороте вертикальной оси 7 происходит разворот связанного с ней корпуса относительно установленного на земле основания. Таким образом, за счет вращения микрометрических винтов 8 может быть развернута и установлена перпендикулярно зеркалу визирная ось автоколлиматора. По шкалам может быть определен угол ее разворота, а следовательно, и угловое положение зеркала 16 и оси колеса автомобиля. Оси 6 и 7, рычаги 9 и микрометрические винты 8 ориентированы в измерителях углов так, что нулевым показаниям шкал соответствуют положения автоколлиматоров, при которых их визирные оси совпадают, выходящие из них световые лучи направлены навстречу друг другу и параллельны линии, соединяющей зоны касания колесами автомобиля поверхности площадки, а положительным показаниям шкал измерителей углов соответствуют положения автоколлиматоров, при которых их световые лучи ориентированы вверх и в сторону задней части автомобиля.

Измерение углов установки колес автомобиля с использованием устройства можно выполнить следующим образом. Установить плоскости зеркал 16 насадок перпендикулярно оси вращения колес. Для этого закрепить на диске каждого колеса насадку и поднять колесо над землей. За счет вращения винтов насадки добиться такой ориентации зеркала 16 относительно колеса, при которой изображение диафрагмы, наблюдаемой на сетке автоколлиматора, не смещается при вращении колеса. Установить автомобиль так, чтобы зеркала 16 насадок находились перед объективами 4 автоколлиматоров. За счет вращения микрометрических винтов 8 развернуть автоколлиматоры так, чтобы их визирные оси были перпендикулярны соответствующим зеркалам насадок. Автоколлимационное изображение светящейся диафрагмы должно совпадать с центром сетки автоколлиматоров. Снять показания шкал микро- метрических винтов 8. Углы развала колес соответствуют отсчетам по шкалам микрометрических винтов 8, обеспечивающих вертикальный разворот соответствующих автоколлиматоров. Угол схождения колес соответствует арифметической сумме показаний шкал микрометрических винтов, обеспечивающих горизонтальный разворот автоколлиматоров. Например, при показаниях шкал микрометрических винтов вертикального разворота автоколлиматоров левого и правого измерителей углов соответственно равных 0,5 и 0,25^о, угол развала левого колеса равен 0,5^о, а угол развала правого колеса равен +0,25^о. При показаниях шкал микрометрических винтов горизонтально разворота автоколлиматоров левого и правого измерителей углов равных -1,5 и +1,75^о, угол схождения равен +0,25^о и определяется как сумма показаний шкал.

Работы по контролю и регулировке углов установки колес автомобилей должны выполняться систематически, поскольку исследования показали, что при увеличении развала до 3,5^о протектор изнашивается на 20% интенсивнее, а при разности развалов колес в 15^о боковые усилия возрастают настолько, что автомобиль начинает самостоятельно поворачивать. При отклонении от требуемого схождения колес в зоне контакта шины с дорогой возникают боковые проскальзывания и при величине отклонения схождения колес от нормы на 2 мм износ протектора шины увеличивается на 25% Поэтому применение устройства для измерения углов установки колес автомобиля, имеющего высокую точность, простого и удобного в эксплуатации, позволяет существенно сократить износ шин, расход бензина, повысить безопасность эксплуатации автомобиля и за счет этого получить большой экономический эффект.

Использование: при сборке, ремонте и техническом обслуживании транспортных средств. Сущность изобретения: устройство для измерения углов установки колес содержит два измерителя углов и две зеркальные насадки на колесах. Каждый измеритель углов состоит из основания и автоколлиматора, установленного на основании с возможностью поворота вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Перед измерением углов схождения и развала колес световые лучи автоколлиматоров направляют перпендикулярно плоскости соответствующих зеркальных насадок, установленных на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес. Измеряют углы схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей и регистрируют угловое положение зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ измерения углов установки колес автомобиля, заключающийся в том, что измеряют углы схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес, и регистрируют угловое положение зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей, отличающийся тем, что перед указанным измерением световые лучи направляют перпендикулярно плоскости соответствующих зеркальных насадок. 2. Устройство для измерения углов установки колес автомобиля, содержащее измерители углов, включающие в себя основание и устанавливаемые на поверхности смотровой площадки на линии, перпендикулярной продольной плоскости симметрии смотровой площадки и проходящей через оси контролируемых колес автомобиля, и зеркальные насадки, устанавливаемые на колеса автомобиля, отличающееся тем, что каждый измеритель углов включает в себя автоколлиматор, установленный на соответствующем основании с возможностью поворота вокруг горизонтальной и вертикальной осей. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый автоколлиматор состоит из лампы, диафрагмы, светоделителя, объектива и окулярной сетки, причем лампа и диафрагма установлены на оптической оси объектива, светоделитель под углом к этой оси, диафрагма и окулярная сетка расположены в фокальной плоскости объектива, а их центры оптически сопряжены через светоделитель. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оси поворота каждого автоколлиматора установлены в соответствующем корпусе, несущем два микрометрических винта со шкалами, причем на каждой оси закреплен рычаг, взаимодействующий с торцом соответствующего микрометрического винта и подпружиненный относительно корпуса. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждая зеркальная насадка образована каркасом, несущим зеркало, тремя стержнями, расположенными под углом 120^o относительно друг друга и элементами крепления насадки к колесу автомобиля, а каркас и стержни связаны между собой по периметру каркаса винтами и пружинами.