Спосіб вимірювання кутів установки колес автомобілів і пристрій для його здійснення

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 и автомобилей. Известен способ измерения углов установки колес автомобилей [1], выбранный в качестве прототипа, включающий измерение углов схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно оси вращения колес, и регистрации углов разворота зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей. Устройство для реализации данного способа (1), выбранное в качестве прототипа, содержащее измерители углов, устанавливаемые на линии перпендикулярной продольной оси смотровой ямы 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 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 и горизонтальные координаты лазерного пятна на экране с углами развала зависимости: и схождения связывают где - расстояние от зеркала до индикаторного экрана. Координатная сетка на индикаторном экране проградуирована в угловых координатах с учетов приведенных зависимостей. Недостатком данного способа измерения углов установки колес и устройства для его осуществления является 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. В основу изобретения положена задача повышения точности измерения углов установки колес автомобиля при произвольном его расположении относительно измерителей углов. Для решения поставленной задачи в известном способе, включающем измерение углов схождения и развала колес посредством направления коллимированных световых лучей на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес и регистрации углового положения зеркальных насадок по ориентации отраженных световых лучей, перед указанным измерением световые лучи направляют перпендикулярно плоскостям соответствующих зеркальных насадок. Это достигается тем, что при установке и настройке стенда оптические оси автоколлиматоров измерителей углов устанавливают соосно друг с другом и параллельно поверхности площадки, на которой устанавливают автомобиль, далее устанавливают автомобиль с возможностью оптической связи между автоколлиматорами измерителей углов и зеркальными насадками, устанавливаемыми на колеса автомобиля, до начала измерения разворачивают автоколлиматоры так, чтобы их оптические оси стали перпендикулярны плоскостям соответствующих зеркал, при этом коллимированные лучи также перпендикулярны плоскостям зеркал, и определяют угол схождения как сумму углов разворота автоколлиматоров вокруг вертикальных осей, а углы развала колес принимают равными углам разворота соответствующих автоколлиматоров вокруг горизонтальных осей из положения, при котором оси автоколлиматоров параллельны, в положение, при котором оси автоколлиматоров перпендикулярны соответствующим зеркалам. Для решения поставленной задачи в известном устройстве измерения углов установки колес, содержащем измерители углов, включающие в себя основания 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, каждый измеритель углов представляет собой автоколлиматор, установленный на соответствующем основании с возможностью поворота вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Дополнительно каждый автоколлиматор состоит из лампы, диафрагмы, светоделителя, объектива и окулярной сетки, причем 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. Дополнительно указанные оси поворота каждого автоколлиматора установлены в соответствующем корпусе, несущем два микрометрических винта со шкалами, причем на каждой оси поворота закреплен рычаг, взаимодействующий с торцом соответствующего микрометрического винта и подпружиненный относительно корпуса. Дополнительно каждая зеркальная насадка образована каркасом, несущим зеркало, тремя стержнями, соединенными под углом 120° относительно друг друга, и элементами крепления насадки к колесу автомобиля, а каркас и стержни связаны между собой по периметру каркаса винтами и подпружинены. По сравнению с известными методами измерения углов установки колес автомобиля заявляемый метод имеет следующие преимущества. Автоколлиматор чувствителен к разворотам зеркала и нечувствителен к линейным перемещениям зеркала, поэтому применение автоколлиматора для оптической привязки к зеркалу позволяет устранить недостатки прототипа и сделать измеритель углов нечувствительным к линейным перемещениям зеркала и тем самым существенно снизить требования к взаимному положению измерителя углов и зеркальной насадки на колесе автомобиля и не юстировать автомобиль относительно устройства. Разворот автоколлиматоров в измерителях углов в большом диапазоне и с возможностью измерения углов разворота обеспечивает наилучшие, осевые, условия работы автоколлиматора, при которых обеспечивается наилучшее качество и наибольшая яркость изображения диафрагмы в плоскости окулярной сетки, позволяет снизить требования к точности установки автомобиля относительно измерителей углов устройства, обеспечивает разворот системы координат измерителя углов в соответствии с положением колеса автомобиля, что, в отличие от прототипа, позволяет измерять углы развала и схождения из одного приема без повторного разворота и регулировки положения колес, позволяет использовать устройство для регулировки углов установки колес. Работы по контролю и регулировке угла установки колес автомобилей должны выполняться систематически (1), поскольку исследования (5) показали, что при увеличении развала до 3,5° протектор изнашивается на 20% интенсивнее, а при разности развалов колес в 15' 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 2мм износ протектора шины увеличивается на 25%. Поэтому применение устройства 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. На фиг.1 показана схема установки измерителей углов. На фиг.2 показан вид измерителя углов сбоку. На фиг.3 показан вид измерителя углов спереди. На фиг.4 показан вид автоколлиматора и ход лучей в нем. На фиг.5, 6 показан вид насадки с зеркалом. Способ измерения углов установки колес предполагает, что при установке и настройке стенда оптические оси автоколлиматоров измерителей углов устанавливают соосно друг с другом и параллельно поверхности площадки, на которой устанавливают автомобиль, далее устанавливают автомобиль с возможностью оптической связи между автоколлиматорами измерителей углов и зеркальными насадками, устанавливаемыми на колеса автомобиля, направляют коллимированные световые лучи на зеркальные насадки, установленные на контролируемых колесах перпендикулярно осям вращения колес, для этого разворачивают автоколлиматоры так, чтобы их оптические оси стали перпендикулярны плоскостям соответствующих зеркал и определяют угол схождения как сумму углов разворота автоколлиматоров вокруг вертикальных осей, а углы развала колес принимают равными углам развороте соответствующих автоколлиматоров вокруг горизонтальных осев из положения, при котором оси автоколлиматоров параллельны, в положение, при котором оси автоколлиматоров перпендикулярны соответствующим зеркалам. Устройство измерения углов установки колес состоит из двух измерителей углов 1 и двух насадок 2 на колесо. Каждый измеритель углов состоит из корпуса 3, автоколлиматора 4, основания. Автоколлиматор содержит установленные в трубе лампу 5, диафрагму 6, светоделитель 7, объектив 8, сетку 9. Диафрагма и сетка находятся в фокальной плоскости объектива. В корпусе измерителя углов установлены с возможностью вращения горизонтальная ось 10, вертикальная ось 11, микрометрические винты 12 со шкалами. На осях закреплены рычаги 13. концы которых находятся в контакте с торцами микрометрических винтов. Пружины связывают концы рычагов и корпус. Автоколлиматор установлен на горизонтальной оси, основание связано с вертикальной осью. Основание содержит стойку 14, верхнюю плиту 15 и нижнюю плиту 16. Стойка имеет в верхней части отверстие для установки вертикальной оси корпуса измерителя углов. Стойка крепится к верхней плите и перпендикулярна ей. Нижняя плита крепятся к поверхности смотровой площадки. Верхняя плита крепится с возможностью наклона к нижней плите при помощи расположенных в углах плиты четырех болтов. Насадка на колесо состоит из стержней 17, соединенных под углом 120° друг к другу. На стержнях находятся элементы крепления насадки к колесу 18. Стержни и каркас 19 с зеркалом 20 соединены винтами и подпружинены. Стержни могут быть выполнены, например, в виде трубок. Элементы крепления насадки к колесу могут быть выполнены, например, 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 освещает установленную в фокальной плоскости объектива диафрагму. Световой поток, проходя светоделитель и объектив превращается в поток параллельных лучей. После отражения от зеркала насадки лучи проходят объектив, отражаются светоделителем и фокусируются на поверхности сетки, расположенной в фокальной плоскости объектива. Если зеркальная поверхность строго перпендикулярна визирной оси автоколлиматора, проходящей через центр объектива и диафрагмы, то изображение диафрагмы совпадет с центром сетки. В случае наклона зеркальной поверхности на угол A лучи отражаются этой поверхностью на угол 2A и создают изображение диафрагмы, смещенное относительно центра сетки на величину B = f × tg2A, где f - фокусное расстояние объектива автоколлиматора (4). Анализ этой зависимости показывает, что за счет увеличения фокусного расстояния объектива можно получить заметное невооруженным глазом смещение изображения диафрагмы автоколлиматора, соответствующее развороту зеркала на малые углы, определяемые требованием к точности измерения углов установки колес автомобиля. Линейные перемещения зеркала не меняют угол A наклона зеркала и поэтому не влияют на показания автоколлиматора. Это позволяет не юстировать автомобиль относительно устройства измерения углов. Измеритель углов работает следующим образом. Конец рычага под действием пружины постоянно упирается в торец микрометрического винта. При вращении микрометрического винта происходит его продольное перемещение вместе с концом рычага и разворот оси, на которой закреплен другой конец рычага. Угол поворота A, шаг микрометрических винтов C и плечо рычага П (расстояние между осью микрометрического винта и осью измерителя углов) связаны зависимостью C = П × tgA. Для углов A в пределах 5° ошибка не превышает 1'. Для повышения точности отсчета углов разворота оси используется дополнительная шкала на поверхности вращающейся части рукояток микрометрических винтов, соответствующих определенной части шага резьбы микрометрических винтов. При развороте горизонтальной оси происходит разворот связанного с ней автоколлиматора относительно корпуса измерителя углов. При развороте вертикальной оси происходит разворот связанного с ней корпуса относительно установленного на земле основания. Таким образом за счет вращения микрометрических винтов может быть развернута и установлена перпендикулярно зеркалу визирная ось автоколлиматора. При этом по шкалам может быть определен угол ее разворота, а следовательно и угловое положение зеркала и оси колеса автомобиля. Оси, рычаги и микрометрические винты 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 способом. Установить плоскости зеркал насадок перпендикулярно осям вращения колес. Для этого закрепить на диске каждого колеса насадку и поднять колесо над землей. За счет вращения винтов насадки добиться такой ориентации зеркала относительно колеса, при которой изображение диафрагмы, наблюдаемой на сетке автоколлиматора, не смещается при вращении колеса. Установить автомобиль так, чтобы зеркала насадок находились перед объективами автоколлиматоров. За счет вращения микрометрических винтов развернуть автоколлиматоры так, чтобы их визирные оси были перпендикулярны соответствующим зеркалам насадок. При этом автоколлимационное изображение светящейся диафрагмы должно совпадать с центром сетки автоколлиматора. Снять показания шкал микрометрических винтов. Углы развала колее соответствуют отсчетам по шкалам микрометрических бинтов, 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°, угол развала левого колеса равен -0,5°, а угол развала правого колеса равен +0,25°. При показаниях шкал микрометрических винтов горизонтального разворота автоколлиматоров левого и правого измерителей углов равных -1,5° и +1,75°, угол схождения равен +0,25° и определяется как сумма показаний шкал.