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专利名称：可调节胎圈宽度轮胎试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎试验。具体而言，本发明涉及把具有不同胎圈宽度的轮胎卡紧在均匀性试验机等试验机中的装置和方法。
背景技术：
虽然本发明广泛适用于需要快速夹紧轮胎的各种轮胎试验装置，但是在轮胎均匀 性试验机中使用本发明具有显著的优势。轮胎均匀性试验机一般包括上轮辋、能垂直移动的下轮辋以及把轮胎带到上下轮辋中间的输送机。设置一种携带轮胎的机构，通过输送机的开口把下轮辋举至上轮辋，在上轮辋处给轮胎充气。下轮辋带有中心锥，中心锥能与上轮辋的中心凹槽啮合，中心锥使上轮辋相对于下轮辋准确定位，当轮胎固定在上下轮辋之间时，上下轮辋处于同心状态。连接上轮辋的电机按预定的试验速度转动上轮辋。在平行于轮胎轴的轴上转动的承载轮/负重轮移动与胎面啮合，以便在轮胎模拟路况转动时加载轮月台。连接下轮辋的液压致动器上下移动下轮辋。液压致动器必须施加足够的力，以克服轮胎充气时向轮辋施加的上万镑分离力。液压致动器施加的力还必须足以使中心锥紧靠上轮辋的中心凹槽，并具有足够的压力灵活连接上下轮辋，以使施加给上轮辋的旋转力在基本不产生滑动的情况下通过中心锥而不是轮胎传递给下轮辋，滑动可能使轮胎变形，从而影响试验结果。现有技术的装置和机构参见第4852398号美国专利。

发明内容
本发明提供了一种全新的改进型轮胎试验机，具体而言，本发明提供了一种全新的改进型卡盘组件，卡盘组件改进了第4852398号美国专利公开的卡盘组件，第4852398号美国专利通过引入的方式并入本文。在一个优选实施方式中，卡盘组件能卡紧各种胎圈宽度的轮胎，适应变化很大的胎圈宽度。卡盘包括第一轮辋和第二轮辋，两个轮辋均能与胎圈啮合。连接至少一个轮辋的致动器致动后移动这一个轮辋，使其靠近和远离另一个轮辋。致动器将相关轮辋移向另一轮辋，以啮合轮胎，使其位于两个轮辋之间。试验周期结束后，轮辋相互分离，以释放被试轮胎。根据本发明，至少有一个轮辋是组件的组成部分，该组件包括在气体压力作业下偏向另一轮辋的伸缩式导向元件或前锥体。在所示的优选实施方式中，前锥体在气弹簧的作用下偏置，使前锥体啮合凹槽等接纳结构，构成另一轮辋组件的组成部分。在所示的本发明实施方式中，两个轮辋被一起带进轮胎固定位置后，前锥体紧紧啮合另一轮辋的相关凹槽。此时压紧的气弹簧施力，使两个轮辋连在一起，转动一个轮辋时在另一个轮辋中产生跟随旋转。根据本发明的特性，气弹簧活动安装在前锥体手柄内。如果前锥体需要不同的偏置力，则可拆下气弹簧，用加有不同压力的气弹簧进行替换，或者将气弹簧加压到不同的压力水平，再重新装入前锥体的手柄。利用本文公开的发明能方便地调节前锥体(或导向元件)施加的偏置力。另外还简化了卡盘装置的建造和运行。本发明取消了机械弹簧(机械弹簧使用于现有技术)的使用，极大地扩大了前锥体的行程范围，使卡盘组件能够适应各种胎圈宽度的轮胎。参见下面具体描述并结合附图，本发明的其他特性将变得显而易见且能充分理解。


图I是含本发明所述优选实施方式的轮胎试验机侧视图；图2A和图2B显示了根据本发明优选实施方式建造的自动宽度调节卡盘的构造。
具体实施例方式图I显示了轮胎均匀性试验机10，试验机10包括根据本发明建造的轮胎卡紧/夹紧装置。试验机10还包括框架11，框架11支撑输送机12，输送机包含多个辊子13，用于将待测轮胎14输送至试验站15。输送机12的详细说明参见第4846334号美国专利，该专利以引用的方式全部并入本文。输送机12包括开口 16，开口的尺寸既小到足以防止轮胎漏掉，又大到足以让下轮辋17通过，下轮辋17可旋转地安装在垂直伸缩式下轮辋组件18上。上轮辋20通过上轮辋主轴21可旋转地安装到框架11上部。上轮辋20与下轮辋17相对，在试验过程中，当下轮辋17处于图I所示和部分透视图2所示的延伸位置时，上轮辋20和下轮辋17相互配合作为一个轮辋支撑被测轮胎14。上轮辋主轴21包括轴向气道22，轴向气道22与上轮辋20孔口 23连通，以便对轮胎14充气。上述轮辋和相关构件是按照本发明建造的可调节宽度轮胎卡盘组件的组成部分。为了转动被测轮胎，上轮辋主轴21配置传动皮带轮24，传动皮带轮24通过同步带26连接传动电机25。承载轮主轴30支撑承载轮27 (带球面28)，使承载轮27绕平行于被测轮胎14的轴旋转。支撑承载轮主轴30的滑动架31通过一种或多种方式32可滑动地固定在框架11上，可以在径向靠近和离开轮胎14运动。当滑动架31使承载轮27径向向内(在图I中向左)倚住轮胎14时，轮胎14的径向负载增力卩。同样，滑动架31径向向外(在图I向右)移动时，轮胎14的径向负载下降。固定在框架11上的可逆直流电机33来回移动滑动架31。电机33驱动齿轮箱34，齿轮箱34输出驱动链条和链轮联运装置35，转动滚珠丝杠，滚珠丝杠只在内螺纹36上转动。固定在滑动架31上的螺丝轴37嵌入内螺纹36，当内螺纹36转动时在径向调动滑动架31。现在结合图2A和图2B进行说明，上轮辋20安装在转接器40上，转接器40固定在传动皮带轮27上(图I)。气道或中心孔22形成锥形凹槽或锥形座41，以接纳下半轮辋或卡盘17上的导向元件或前锥体42 (图2B)。前锥体42包括轴向孔43，当前锥体42啮合锥形座41时，轴向孔43与气道孔22配合，提供轮胎充气通道，充气气体通过径向孔44 (与轴向孔43相交)送入轮胎14内部。前锥体42能在下主轴45中沿直线100所示路径垂直滑动。主轴外壳58旋转支撑主轴45。具体而言，上下轴承210和212支撑主轴45。相关轴承密封214和216使外壳58和主轴45之间的接触面密封，外壳58和主轴45之间的接触面分别邻近轴承210和212。根据本发明，前锥体42能面向和远离锥形座41作往复运动，锥形座41经气弹簧220 (参见图2B的正面图)固定在转接器40 (参见图2A)中。气弹簧220使前锥体42偏向其延伸位置(如图2B所示)，通过一个或多个螺栓219固定在前锥体上。从图2B可以看出，前锥体42装在空心手柄222上或者成为空心手柄222的组成部分，空心手柄222能在主轴45限定的孔226中滑动。手柄222至少设置一个纵向槽、优选为设置两个纵向槽228形成键槽。下主轴45中的相应螺栓/螺丝231把内螺纹键230固定在键槽228中。键230和键槽228使前锥体42相对于主轴45作轴向滑动或往复运动， 但前锥体42相对于主轴45并不转动。这样,传给上轮辋20的旋转力传递给前锥体42,再通过键230和键槽228传递给主轴45。纵向槽228的范围决定了手柄222的运动极限。在优选实施方式中，用O形圈(图中未显示)将螺丝231密封在相应的孔中。O形圈防止固定在上轮辋20和下轮辋17之间的充气轮胎漏气。在所示的优选实施方式中，狭槽228在大部分长度上并非通槽。也就是说，狭槽228并没有延伸通过手柄222本体。但是，在所示的优选实施方式中，狭槽228的下端(如图2B所示)包括贯穿部分228a，贯穿部分228a用于安装键230。安装卡盘组件时，先把手柄222正确地定位在孔226中，使通槽228a与键230的安装位置对齐。固定到位后，旋入定位螺丝231和相关密封圈，将键锁在主轴外壳45上。然后在手柄222限定的柱状凹槽222a中安装气弹簧220。活塞杆220a从气缸220b伸出，在气缸和可拆卸板234之间活动，可拆卸板234通过适当的螺栓236固定在主轴45底部。在现有技术中，用氮气等适合的气体对气弹簧的内部区域加压。施加在内活塞上面和下面的压力生成净力，净力作用于活塞，活塞趋于延伸活塞杆220a。由于活塞杆220a是固定的，因此当气弹簧内的压缩气体对活塞施力，气缸220b在该力的作用下移动或向上(如图2B所示)。密歇根州弗雷泽市Kaller气弹簧厂的产品适合上述应用。据发现，根据本发明的优选实施方式建造的卡盘组件(Kaller气弹簧，零件号TU 750-160)可使前锥体42实现5英寸的活动范围，而现有技术采用机械弹簧的卡盘组件只能实现2. 5英寸的活动范围。由于前锥体的活动范围达到了 5英寸,所以卡盘组件能适应变化更大的轮圈宽度。如图2B所示，润滑装置140对手柄壁外侧进行润滑，促进前锥体手柄222在主轴孔226内作轴向运动。主轴外壳58通过多个紧固件152安装在转接板70上，紧固件152以螺纹方式安装在主轴外壳58中，中间间隔120°。多根弹簧156在转接板70和主轴外壳58之间形成弹性机垫，在转接板70和主轴外壳之间作轻微的相对运动，补偿前锥体42和锥形座41之间的轻微错位(如图2A所示)。设置多台润滑装置160，将润滑油喷入转轴45和主轴外壳58内部凹槽(安装主轴)之间的区域162。在各个位置使用O形圈166等O形圈,密封构件之间的接触面。螺母168充当下轴承212的轴承护圈。螺栓172把上盖170固定在主轴外壳58上，将轴承210保持在适当位置。底板或转接板70正确连接液压致动器73 (参见图I)，液压致动器73包括活塞75，在气缸72内作往复运动。液压致动器73的运行使主轴外壳(及相关主轴)沿路径100上下运动，啮合上轮辋20和下轮辋17之间的轮胎。底板70和主轴外壳58之间还设有匹配的凹面和凸面垫圈或垫片176a和176b。垫圈/垫片176a和176b起到球面轴承176的作用，帮助前锥体42与相应凹槽41 (位于上轮辋组件内)对齐。把轮胎夹在上轮辋和下轮辋之间时，致动器73使下主轴外壳朝向上轮辋运动，以使前锥体42啮合凹槽41。前锥体42进入凹槽后，致动器73继续抬下主轴，使气弹簧220压缩。气弹簧对主轴外壳58施力，使弹簧156压缩,直到主轴外壳58接触球面轴承176，将球面轴承176牢牢固定在主轴外壳58和底板70之间。在夹紧阶段，球面轴承176允许在主轴外壳58中产生轻微运动，确保前锥体42和凹槽41完全紧密啮合。在优选的设备运行方法中，主轴外壳58被向上驱动至“O”位，在“O”位上，上下轮 辋的间距小于固定在轮辋间的轮胎实际胎圈宽度。接着，致动器73使主轴外壳58下降至适当的被测轮胎胎圈宽度。现有技术的主轴组件详情参见第4852398号美国专利，上述专利通过引用的方式并入本文。现在结合图I进行说明，LVDT 88机械连接在底板/转接板70和框架11之间。其用于产生电信号，电信号是下轮辋17和上轮辋20之间的垂直距离量度标准。如上所述，液压致动器73 (如图I所示)包括活塞75，活塞75在气缸72内作往复运动。活塞75顶部90和底部91连接液压伺服控制系统92，详情参见下文。控制系统92包括高压液体供应系统93和低压大容量液体供应系统94。高压液体供应系统93的标称压力是2000psi，低压液体供应系统94的标称压力是IOOOpsi，供液速度能达到25gpm。阀门96的第一输入口 97连接低压大容量液体供应系统94，第二输入口100连接液压回路101。阀门96是双作用三位四通电磁阀，弹簧复中。阀门96的第一输出口 102通过流量控制器103连接活塞75顶部90。阀门96的第二输出口 104通过流量控制器105连接活塞75底部91。带止回阀110的管线对阀门96的输入97和流量控制器103的输出进行分流，以便在活塞75被抬起时产生再生作用。高压液体供应系统93在单作用二位三通电磁阀106的第一输入口 107处连接电磁阀。阀门106的第二输入端108连接回路109。阀门106的第一输出口 112和第二输出口 113，第一输出口 112亦连接回路109，第二输出口 113通过止回阀114和3微米过滤器115连接伺服阀116的压力输入，伺服阀116优先选用Parker Hannif in公司的产品(零件号BD-5-25-N)。过滤器115输入通过止回阀117进一步连接低压液体供应系统94，止回阀117防止高压液体流入低压系统。伺服阀116包括回路接口 118、第一输出119(连接致动器73的底部91)和第二输出120 (连接致动器73的顶部90)。伺服阀116通过控制线122电气连接传统伺服放大器123,伺服放大器123含设置点输入124和控制输入125,控制输入接收比较器板/电路127的距离指示信号。比较器板/电路127接收LVDT 88的距离指示信号，与来自主控计算机130的相应信号作比较。其计算胎圈的设定位置，设定位置输入伺服放大器123。设定点输入124连接设定点控制电位计126，从而确定所需的胎圈宽度设定点。或者，设定点输入124接收近似设定点控制信号，从而根据单个被测轮胎的胎圈宽度改变信号。设备10的主控计算机130包括(尤其是)比较器板/电路127的输入131 (通过输入131接收距离信息)以及相应的输出132和133(用于分别向左和向右驱动阀门96)和输出134 (用于驱动阀门106)。在运行过程中，活塞75和杆71先处于完全缩回位置或原位置。当待测轮胎14处于安装位置时，主控计算机130通过输出132驱动阀门96，将卷筒(spool)移到图I的右边，通过流量控制器105连接低压大容量液体供应系统94和活塞75底部91，使活塞75迅速向上移动，通过流量控制器103的设置控制活塞速度。当下轮辋17向上通过输送机12的开口时，轮辋17啮合轮胎14的下胎圈，带着轮胎14 一起向上移动。只有等前锥体42与锥形座41啮合，使轮辋17和20居中并平行以后，下轮辋组件18才上升。球型垫圈176a和176b进 一步保证了上述啮合，球型垫圈176a和176b能绕着匹配的球面178轻转并且可根据需要在主轴外壳58座内横向轻微移动。此时，下轮辋17如图2A的A所示。需要注意的是，根据图2A所示，A位置的下轮辋17接触上轮辋20。一般称该位置为“胎圈设定”位置。宽胎圈轮胎的“胎圈设定”位置可能是轮辋20和17相互分离、互不接触的位置。任何情况下，在夹紧轮胎的过程中，上轮辋20和下轮辋17被带到“胎圈设定”位置，在该位置，轮辋的间隔距离小于轮胎的胎圈宽度，以方便对轮胎进行放置、充气和夹紧。接着进一步加大上轮辋20和下轮辋17的间距，形成适合相应轮胎的胎圈宽度，然后根据轮辋的使用设备类型对轮胎进行测试、平衡及/或检查。在该位置，LVDT 88检测(比较器电路127处理)、放大器123输入125处的信号指示轮辋17和20之间的间距，轮辋17和20之间的间距小于设定点信号指示的所需胎圈宽度，设定点信号应用于伺服放大器123的输入124，由电位计126设置确定。相应地，线路122放大器123生成大位置错误信号。然后，伺服阀116进行控制，针对线路122的错误信号从出口 120向活塞75顶部90提供液体，把来自活塞75底部91的液体收入进口 119，开始向下移动下轮辋17。大约同时，当下轮辋17仍然位于或接近位置A时，主单元控制器130使空气流经通道22，从开口 44向外流入轮辋17和20之间的区域，对轮胎14充气。由于轮胎14的上胎圈置于或至少接近上轮辋20，因此在下轮辋17的这一位置对轮胎14加压能使轮胎14胎圈更稳地置于上轮辋20。随着轮胎14的充气，下轮辋17继续向下移动。当轮辋17接近电位计126设定的所需胎圈宽度时(如图2A位置B所示)，控制器130通过线路134接通阀门106电源，通过过滤器115连接高压液体供应系统93和伺服阀116的压力输入，切断阀门96(处于中心密塞位置)的电源。下轮辋17到达位置B (对应适用于轮胎14的所需胎圈宽度)，并且在系统92的连续闭环控制下在试验过程中留在位置B。正如本领域众所周知的那样，试验包括径向向内推动滑动架31，直到承载轮27的表面28与轮胎14胎面啮合，电机25通过皮带26施加的动力向上轮辋主轴21旋转驱动轮胎14，电机25通过转接器40施加的动力向上轮辋20旋转驱动轮胎14。在弹簧53施力作用下，锥形座41牢牢地摩擦连接前锥体42，用上轮辋20驱动下轮辋17，上下轮辋之间没有明显的转动滑移。在试验过程中，传感器(图中未显示)获取转动轮胎14向承载轮传递的力，利用计算装置(图中未显示)对力进行分析，得出轮胎14的构造均匀性特征。试验结束时，放掉轮胎14的气，卸下致动器73的高压，控制器130停用阀门106，使弹簧将其卷筒恢复正常位置。然后，通过线路133切掉阀门96电源，将卷筒移至图I所示的左边，通过流量控制器103连接活塞75顶部90和低压大容量供应系统94，通过流量控制器105连接活塞75底部91和回路101。这表示活塞75以很快的速度向下移动回到初始/原位置，可以用流量控制器103和105调节活塞75的向下移动速度。利用本发明能方便地改变前锥体组件的弹簧负荷率，具体方法包括用具有不同压力的气弹簧更换安装的气弹簧，或者拆下气弹簧220，用增加/消除气弹簧气缸220b压缩空气的装置改变气弹簧220压力。增加/消除气弹簧220加压气体的装置属于本领域的已知技术。虽然以轮胎均匀性检测设备为例介绍了本发明，但是，需要理解的是，本发明并不局限于该设备的使用。相反，在需要卡紧轮胎的其他应用中使用本发明具有显著的优势。此外还需要理解的是，上文所述/所示的形式仅用于介绍本发明的优选实施方式，本发明的 范围并不局限于此。针对本文内容，本领域的技术人员能在本发明的精神和范围内(具体参见所附的权利要求书)做出各种变化和修改。
权利要求
1.一种轮胎试验机，包括转动上轮辋、所述上轮辋下方的转动下轮辋、在所述轮辋之间定位轮胎的装置、相对于上轮辋将下轮辋定位至所需胎圈宽度的装置，包括 上述下轮辋的抬起装置，直到上下轮辋的间距小于所需的胎圈宽度； 所述轮辋间轮胎充气装置，所述下轮辋位于抬起部分，以便在轮辋上设定胎圈； 所述轮胎充完气后将所述下轮辋放至所需胎圈宽度的装置； 所述上轮辋中心的锥形槽； 前锥体，滑动安装在所述下轮辋中心，能与所述凹槽啮合，对齐所述轮辋；以及装入所述锥体的气弹簧，使锥体偏置与所述凹槽紧紧啮合，以使所述上轮辋的扭矩传递给所述下轮辋。
2.一种轮胎试验机，包括框架、轮辋、所述轮辋的转动装置、邻近所述轮辋的另一可转动轮辋、在轮辋间定位轮胎的装置、相对于一个轮辋定位另一轮辋的装置，使其达到所需要的胎圈宽度，包括 a)主轴外壳； b)旋转安装在所述主轴外壳上的主轴，所述轮辋的其中一个安装在所述主轴上； c)致动器，作用于所述框架和所述主轴外壳之间，使所述主轴外壳面向和离开另一轮辋运动； d)对中元件，轴向滑动安装在所述主轴外壳中心，当所述外壳移向另一轮辋时啮合另一轮辋的中心结构； e)气弹簧，使所述对中元件趋向所述的另一轮辋。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于所述对中元件包括前锥体，所述中心结构包括凹槽。
4.权利要求3所述的装置，其特征在于对中元件包括手柄，手柄带凹槽，用于接收所述气弹簧。
5.权利要求4所述的装置，其特征在于所述手柄限定防转结构，抑制所述手柄相对于所述外壳转动。
6.权利要求5所述的装置，其特征在于所述防转结构包括至少一个纵向槽，纵向槽位于所述手柄，与所述外壳的键滑动啮合。
7.权利要求6所述的装置，其特征在于所述纵向槽包括贯穿部分，所述键通过贯穿部分装入外壳。
8.权利要求4所述的装置，其特征在于所述气弹簧安装在所述手柄中，使所述气弹簧的缸端靠近所述前锥体。
9.权利要求4所述的装置，其特征在于所述弹簧可拆卸安装在所述手柄中。
10.一种宽度可调的卡盘，用于固定具有不同胎圈宽度的轮胎，所述卡盘包括 a)第一半轮辋和相对的第二半轮辋，所述的半轮辋均适合固定胎圈； b)致动器，至少连接一个所述半轮辋，将所述半轮辋移到一起，在轮胎抓取位置选择性地闭合卡盘，分开所述半轮辋，在轮胎释放位置打开卡盘； c)导向装置，连接所述的第二半轮辋，能在所述第一轮辋方向上的各个距离内伸缩； d)气弹簧，可操作地设于所述导向装置和所述致动器之间，当卡盘闭合后，所述导向装置啮合所述的第一半轮辋，对抗所述致动器施加的力，用较小的力使所述半轮辋居中。
11.权利要求10所述的可调宽卡盘，其特征在于所述导向装置包括前锥体，前锥体构成往复运动手柄的组成部分，所述气弹簧安装在手柄内。
12.一种宽度可调的卡盘，用于固定具有不同胎圈宽度的卡盘，所述卡盘包括 a)第一半轮辋和相对的第二半轮辋，所述的半轮辋均带有周向唇状物，用于固定胎圈； b)致动器，连接至少一个所述半轮辋，将所述半轮辋移到一起，在轮胎抓取位置选择性地闭合卡盘，分开所述半轮辋，在轮胎释放位置打开卡盘； c)伸缩式导向元件，连接至少一个所述半轮辋，至少有一部分设于所述第一半轮辋与所述第二半轮辋之间； d)气体压力生成的偏置装置，可操作地设于所述导向元件和所述驱动装置之间，当卡盘处于所述的轮胎抓取位置时，使所述导向元件分离所述半轮辋。
13.权利要求12所述的可调宽卡盘，其特征在于所述气体压力生成的偏置装置包括气弹簧，气弹簧安装在所述伸缩式导向元件内。
14.权利要求12所述的可调宽卡盘，其特征在于所述导向元件包括气弹簧偏置前锥体，所述气弹簧安装在手柄限定的凹槽内，手柄是所述前锥体的组成部分。
15.权利要求14所述的可调宽卡盘，其特征在于所述手柄限定至少一个所述纵向槽，纵向槽可与防转元件啮合，防转元件是一个半轮辋的一部分，以限制所述手柄和所述一个半轮辋之间的相对转动，所述狭槽包括通孔，所述防转元件经过通孔安装。
全文摘要
一种宽度可调的轮胎试验机卡盘组件，轮胎试验机包括相对活动的上下轮辋，上下轮辋在试验周期中夹紧、固定轮胎。轮辋的组成部分——导向元件或前锥体在气体压力作业下偏置，与另一轮辋上的互补结构啮合。由气弹簧产生气体压力偏置，可以替换使用压力不同的气弹簧，以调节偏置力，或者拆下卡盘组件的气弹簧，重新加压到不同的压力水平，以改变偏置力。用气弹簧提供必要的偏置力扩大了前锥体的运动范围，使既定的卡盘组件能够适应胎圈宽度各不相同的轮胎。
文档编号G01M17/02GK102792141SQ201180013170
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者巴里·卡古尔德, 理查德·R·马图斯尼, 理查德·里格, 詹姆斯·沃尔布林克 申请人:精衡测量系统有限公司