Балансировка автомобильных колес

Цель работы — изучить виды дисбаланса колес, устройство и принцип работы балансировочных стендов, а также технологию устранения дисбаланса колес легкового автомобиля на стенде AMR-2.

Общие сведения и основные понятия

Неуравновешенность (дисбаланс) колес по значимости влияния на ресурс шин занимает специфическую позицию. В связи с достаточно жесткими современными требованиями к однородности распределения масс шины по ее радиусу явление дисбаланса мало проявляется в первоначальный период эксплуатации автомобиля и не требует такого контроля, как, например, внутреннее давление в шинах и угол схождения колес. Однако в дальнейшем при наличии факторов, вызывающих дисбаланс колес, ресурс шин может быть снижен в 1,2—1,4 раза.

Устранение в процессе эксплуатации дисбаланса колес улучшает плавность хода, безопасность движения, легкость управления автомобилем; долговечность подвески возрастает в 1,5 раза. По этим причинам балансировку колес рекомендуется проводить через каждые 10...15 тыс. км пробега. Кроме того, балансировку колес выполняют независимо от пробега после проведения демонтажных работ по замене шин, камер, дисков колес или их ремонта.

Различают статический и динамический дисбаланс колеса. Колесо считается уравновешенным, если его ось вращения 0—0 совпадает с осью инерции 0'—0' (рис. 2.32).




Под статической понимается такая неуравновешенность, при которой действительная ось инерции 0'—0' колеса параллельна оси его вращения 0—0, но не совпадает с ней (рис. 2.32, а). В этом случае неуравновешенная масса m_н уравновешивается одной массой М_у, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси вращения, с диаметрально противоположной стороны колеса. Центр тяжести Ц_z колеса лежит в этой плоскости. Неуравновешенная масса при вращении колеса создает центробежную силу Р_ц, которая возрастает пропорционально квадрату скорости вращения. В результате балансировки с противоположной стороны колеса уравновешивающей массой М_у создается равная ей по величине уравновешивающая сила Р_у.

Динамический дисбаланс характеризуется неравномерностью распределения массы колеса относительно вертикальной плоскости его разреза по ширине, которые создают неуравновешенный момент М_н от действия центробежных сил Р_ц на плече, равном ширине колеса (рис. 2.32, б). При этом ось инерции 0'—0' динамически неуравновешенного колеса проходит через центр тяжести, но составляет некоторый угол а с его осью вращения 0—0. Для динамической уравновешенности колеса в плоскости действия момента на закраинах колеса по обе стороны необходимо установить две уравновешивающие массы М_у для создания уравновешивающего момента, равного по абсолютной величине М_н, но противоположного знака.

Влияние дисбаланса значительно увеличивается со скоростью движения, так как в процессе качения колеса неуравновешенная масса m_н создает центробежную силу Р_ц, пропорциональную квадрату частоты вращения:




где R — расстояние от оси вращения центра тяжести колеса до неуравновешенной массы m_н; n — частота вращения колеса; V — окружная скорость центра тяжести массы m_н.

В соответствии с ГОСТ 4754—97 «Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия» требуется, чтобы у правильно собранных колес легковых автомобилей динамический дисбаланс в каждой плоскости балансирования устранялся установкой балансировочных грузиков, максимальная масса которых не превышает: для диагональных шин с посадочным диаметром 13 дюймов — 80 г, для радиальных — 60 г, а для шин с посадочным диаметром 14 дюймов — 100 и 70 г соответственно.

Для грузовых шин статический дисбаланс не должен превышать 0,5%, а для цельнометаллокордных шин — не более 0,35 % от произведения массы шины на свободный радиус качения (ГОСТ 5513—97 «Шины пневматические для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов. Технические условия»).

Настоящее методическое руководство определяет общий порядок балансировки колес легковых автомобилей на стенде (со снятием колес). В результате выполнения данной лабораторной работы студент должен:

• получить представление о номенклатуре, устройстве и принципе действия балансировочных стендов для автомобильных колес;
• знать периодичность проверки дисбаланса колес и общие сведения о технологии их проведения;
• уметь осуществлять статическую и динамическую балансировку колес на стенде.

Порядок выполнения работы

Техническое обеспечение — набор колес автомобилей ВАЗ, воздухораздаточная колонка, стенд балансировки колес AMR-2, балансировочные грузики, комплект слесарного инструмента, учебные плакаты по устройству балансировочных стендов и правил их эксплуатации.

Место выполнения — пост балансировки колес шиномонтажного отделения лаборатории.

Занятия проводятся под руководством преподавателя с подгруппой студентов из 5—7 человек.

Успешное выполнение работы возможно после ознакомления с методическими указаниями по проведению лабораторной работы и при условии строгого соблюдения следующих правил техники безопасности:

• не включать стенд без руководителя занятия;
• проверить заземление корпуса балансировочного стенда;
• перед пуском балансировочного стенда и до полной его остановки колесо должно быть закрыто защитным кожухом;
• при установке балансировочных грузиков работать только исправным инструментом;
• экстренная остановка балансировочного стенда осуществляется нажатием кнопки «СТОП».

После изучения методических указаний каждый студент получает персональное задание на проведение балансировочных работ одного колеса легкового автомобиля.

По окончании учебных занятий оформляется отчет по всем заданиям лабораторной работы.


Продолжительность работы — 4 ч.

Задание 1. Изучить номенклатуру и принцип работы стендов балансировки колес

Для динамической балансировки колес легковых автомобилей, микроавтобусов и коммерческих грузовиков широкое распространение получили полуавтоматические стационарные стенды К-121 (Россия), БС-1010, -1200 (Украина), AMR-2, -5 (Германия).

В современных компьютеризированных стендах ЛС1-01 (Россия), GSP 9200 Hunter, Geodyna-1100, -5501 (Германия) предусмотрен автоматический ввод геометрических параметров обода колеса, подлежащего балансировке. Автоматический цикл измерений позволяет за 5...7 с определить места установки и вес балансировочных грузиков с точностью±1 г. Стенды снабжены рейкой для позиционирования самоклеющегося грузика с механизмом размещения. Балансировке подлежат колеса всех типов с диаметром дисков 10...26,5 дюймов и массой до 200 кг.

Стационарные стенды осуществляют балансировку колес, снятых с автомобиля, но ее можно производить и непосредственно на автомобиле стендами подкатного типа К-125 (Россия), Hofmann SD-20 (Германия), EWK-15 (Польша).

Стационарные стенды динамической балансировки колес считаются более точными, хотя не учитывают возможную неуравновешенность масс ступицы колеса. Эти стенды представляют собой устройства, состоящие из электропривода, плавающей системы опоры приводного вала, тормозного механизма и электронной системы измерения. Проверяемое колесо устанавливается на диск зажимного цангового патрона и фиксируется на приводном валу стенда.

Электронная система определения массы балансировочных грузиков настраивается по параметрам ширины и диаметра балансируемого колеса ручным способом или автоматически.

При включении стенда электропривод раскручивает вал с колесом до 650...800 мин^-1 (соответствует скорости движения автомобиля 100...120 км/ч). Плавающая опора вала при неуравновешенности колеса начинает «бить». Максимальное биение достигается в положении, когда неуравновешенная масса колеса проходит нижнюю точку относительно оси вращения.

Пьезоэлектрические датчики измеряют моменты реакции опор и преобразуют механические усилия в электрические сигналы, которые поступают в аналоговый или цифровой преобразователь. Индикаторные приборы показывают значения масс корректирующих балансировочных грузиков, а также углов их положения в двух плоскостях (с внешней и внутренней сторон колеса).

Балансировочные стенды подкатного типа более оперативны, так как не требуют снятия колес с автомобиля, однако они менее точны. Принцип действия их аналогичен стационарным стендам, но есть некоторые конструктивные отличия. Балансировочные стенды подкатного типа состоят из индуктивного датчика, установленного на массивном основании, и подкатного станка с электродвигателем, который при помощи фрикционного диска раскручивает вывешенное колесо автомобиля, подлежащее балансировке. Колесо вывешивают на высоту, которая обеспечивает свободное перемещение рычагов передней подвески при его вращении. Индуктивный датчик с помощью регулирующей штанги фиксируется около наружного края нижнего рычага подвески. Колесо раскручивают от приводного механизма стенда до скорости, соответствующей 60...80 км/ч, а затем отводят его. Неуравновешенность вращающегося по инерции колеса вызывает вертикальные колебания рычага подвески, амплитуду которого фиксирует индуктивный датчик. По величине преобразованных сигналов амплитуды колебаний судят о весе грузиков для компенсации дисбаланса. Место крепления на ободе колеса балансировочного грузика определяется с помощью встроенного в стенд стробоскопа. Импульсная лампа стробоскопа вспыхивает в тот момент, когда неуравновешенная масса колеса проходит нижнюю точку вращения. Место вспышек лампы на шине колеса запоминают по характерным буквам, знакам, наносимым на ее боковину.

Задание 2. Выполнить балансировку колеса на стенде AMR-2

Стенд AMR-2 (рис. 2.33) предназначен для динамической балансировки снятых колес легковых автомобилей с посадочным диаметром диска не более 16 дюймов.



Балансировку выданного преподавателем колеса легкового автомобиля на стенде AMR-2 следует выполнять в следующем порядке:

• закрепить колесо на приводном валу стенда. Для этого колесо крепится специальными болтами к диску зажимного патрона 5, который устанавливается на вал стенда. Втулка цангового зажимного патрона должна быть повернута влево так, чтобы колесо с диском и патроном могло свободно передвигаться на валу. Сдвинуть колесо в направлении стенда до касания наружного края ободного выступа колеса с вытянутым плоским стержнем 4. После этого патрон с колесом сильным поворотом зажимной втулки вправо установить на приводном валу;
• проверить колесо на наличие биений закраин обода и шины, поскольку пятнистый износ протектора (см. рис. 2.33), характерный для неуравновешенных колес, может наблюдаться и при радиальных и осевых биениях диска или шины. Проверку наличия биений колеса осуществляют с помощью мела, закрепленного на подставке. Колесо раскручивают и подводят кронштейн с мелом на минимально возможное расстояние с тем, чтобы по оставляемым меловым меткам сделать заключение о величине и месте биения, которое не должно превышать 1,5 мм. Незначительные повреждения и деформации дисков устраняют с помощью гидропресса на стенде Р-184М или станке WS-001, предназначенных для правки колес;
• осуществить статическую балансировку колеса. Практика показывает, что часто колеса имеют статический дисбаланс, превышающий диапазон измеряемой величины динамического дисбаланса (свыше 200 г). Чтобы предупредить повреждения стенда из-за слишком большой неуравновешенности приводного вала, колеса предварительно статически балансируют. Для этого переключатель 6 устанавливают в нейтральное положение, как показано на рис. 2.33. Приводной вал с колесом в таком положении стопора свободно вращается. Выравнивание статической неуравновешенности производится путем подбора и крепления балансировочных грузиков на верхней части диска колеса, если оно останавливается при прокручивании от руки (не менее трех раз) в одной и той же точке, отмеченной мелом. Колесо считается статически уравновешенным, если оно при вращении останавливается в разных положениях;
• осуществить динамическую балансировку колеса сначала в плоскости I, а затем в плоскости II (внешняя и внутренняя стороны колеса).

Для балансировки наружной плоскости колеса I необходимо регуляторы 3, учитывающие размеры шин, установить на значения, отвечающие данным табл. 2.34. Включить приводной двигатель, повернув переключатель 7 влево. После того как колесо достигнет своей максимальной частоты вращения, переключатель 6 переводится вверх до упора («Плоскость I»).

Плавно поворачивать градуированный диск 1 до тех пор, пока стрелка измерителя дисбаланса 2 не достигнет значения 0. Относительно этого положения градуированный диск повернуть точно на 90° в направлении, которое дает отклонение стрелки измерителя дисбаланса 2 вправо по шкале. Полученное показание и есть величина дисбаланса в граммах.

Переключатель 6 поставить в нейтральное положение, а переключатель 7 повернуть вправо до упора, соответствующего режиму торможения привозного вала стенда с колесом. После остановки приводного вала переключатель вернуть в исходное (горизонтальное) положение.

Таблица 2.34. Установочные значения регуляторов стенда AMR-2

Обозначение шины	Установочные данные для плоскости		Модель автомобиля
	I	II
135/80R12	13	6	ВАЗ-1111 «Ока»
155/70R13	17	10	ЗАЗ-1102 «Таврия»
165/70R13	22	7	ВАЗ-2108, -09
175/70R13	25	14	ВАЗ-2101, ..., -2107
165/80R14	22	113	«Москвич-2141»
205/70R14	13	18	ГАЗ-3102, -2410

Подобрать соответствующую показаниям шкалы измерителя 2 дисбаланса уравновешивающую массу балансировочного грузика с точностью±5 г.

Повернуть колесо с валом таким образом, чтобы цвет сектора и значение градусной шкалы приводного шкива (приводной шкив вала имеет такое же деление шкалы, как и градуированный диск) совпали с красной маркировочной полосой. Удерживая колесо в этом положении, установить уравновешивающую массу в верхней точке закраины борта диска колеса (вертикально над главным валом).

После установки балансировочного грузика проверить, не превышает ли остаточный дисбаланс допустимое значение — не более 10 г. Этому значению соответствует зеленый сектор шкалы измерителя массы балансировочного грузика. При необходимости балансировку в плоскости I произвести вновь.

Условием балансировки плоскости II (внутренняя плоскость колеса) является точная уравновешенность плоскости I (остаточный дисбаланс меньше 10 г). Для балансировки колеса в плоскости II необходимо после достижения максимальной частоты вращения переключатель 6 перевести вниз до упора («Плоскость II»). Неуравновешенность плоскости II определяется аналогично операциям для плоскости I. Уравновешивающая масса подобранного балансировочного грузика устанавливается в верхней точке закраины борта на внутренней стороне обода колеса (ближе к шкале стенда).

Данные балансировки колеса занести в протокол (табл. 2.35).

Таблица 2.35. Протокол балансировки колес

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать в себя следующие сведения:

• название и цель работы;
• техническое обеспечение;
• схемы действия неуравновешенных сил при статическом и динамическом дисбалансе колес;
• краткое описание принципа измерения дисбаланса колес на стендах;
• протокол балансировки колес автомобиля (табл. 2.35);
• краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите причины и последствия дисбаланса колес.

2. Объясните понятия статического и динамического дисбаланса колес.

3. Поясните принцип работы балансировочных стендов.

4. По каким признакам классифицируют стенды?

5. Укажите допустимые параметры дисбаланса для шин грузовых и легковых автомобилей.

6. Какова периодичность проверки дисбаланса колес автомобилей?

7. Приведите последовательность операций при проверке и выполнении статической балансировки колес без снятия их с автомобиля.