Оборудование для балансировки колес. Типаж, особенности конструкции и использования.

Балансировка колеса в сборе — это процесс равномерного распределения массы колеса по окружно­сти качения.

Существует два вида дисбаланса: статический и динамический

При статическом дисбалансе масса колеса неравномерно распределена относительно оси вращения, при этом ось колеса и его главная центральная ось инерции параллельны. В статическом положении тяжелая часть колеса всегда окажется внизу. При вращении колеса за счет смещения центра масс возникает центробежная сила инерции, равная по величине произведению неуравновешенной массе колеса на квадрат угловой скорости вращения на радиус расположения неуравновешенной массы. При движении автомобиля статический дисбаланс вызывает биение колеса в вертикальной плоскости, возникает вибрация кузова, ослабевают крепления и сварочные соединения, увеличиваются зазоры в кинематических парах подвески.

Динамический дисбаланс — это неравномерное распределение массы колеса относительно центральной продольной плоскости качения колеса, при этом ось колеса и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются. При вращении колеса из-за наличия неуравно­вешенных масс возникает момент сил инерции, равный по величине произведению неуравновешенной массе колеса на квадрат угловой скорости вращения на радиус расположения неуравновешенной массы на плечо сил инерции.

При движении автомобиля под действием динамической неуравновешенности происходит биение колеса в горизонтальной плоскости. На детали рулевого механизма (при дисбалансе передних колес), на подшипники ступицы действует знакопеременная высокочастотная нагрузка, и они интенсивнее изнашива­ются. Характерным признаком такого дисбаланса является биение (вибрация) рулевого колеса при больших скоростях движения автомобиля.

Почти в 90% случаев автомобильное колесо, не прошедшее процесс балансировки, имеет оба вида дисбаланса. Любой вид дисбаланса вызывает пятнистый износ протектора. Процесс балансировки колеса основан на общей теории уравновешивания вращающихся масс.

Из-за проявления негативных последствий эксплуатации автомобиля с неуравновешенными колесами рекомендации автомобильных заводов предусматривают проведение балансировочных работ после каждого демонтажа — монтажа шины, ремонта шины, камеры или диска, смены диска.

Балансировка автомобильных колес производится на специальном оборудовании, которое называется балансировочными станками. Балансировочные станки по своему назначению относятся к группе технологического оборудования, предназначенного для проведения диагностики и регулировки объектов (в данном случае автомобильных колес). Они устанавливаются на рабочих местах шиномонтажных участков.

Современные балансировочные станки позволяют производить полное уравновешивание (балансировку) автомобильных колес в сборе, при этом колеса могут быть установлены на автомобиле или сняты с него.

Для балансировки колес используют балансировочные станки (БС). Стенды (в ряде случаев их называют станками) для балансировки колес, снятых с автомобиля, нашли широкое применение в шиномонтажных автомастерских и на специализированных участках ПТС.

Широкая номенклатура и большой типоразмерный ряд моделей балансировочных стендов представлены на рынке оборудования для автосервиса значительным количеством отечественных и зарубежных производителей. Наиболее широко представлены станки для балансировки колес легковых автомобилей с горизонтально расположенным валом, электроприводом или ручным приводом и компьютерной обработкой диагностической информации.

Балансировочное оборудование может работать в одной из трех зон колебаний измерительной системы под действием сил инерции неуравновешенных масс: резонансной, зарезонансной и дорезонансной. Современные стенды работают в дорезонансной области колебаний, так как измерению подвергается не амплитуда колебаний колеса от неуравновешенных сил, а динамические реакции в подшипниках стенда. Вал станка с установленным на нем колесом раскручивается до определенной частоты (от 250 об/мин при ручном приводе до 800 об/мин при электромеханическом), на которой фиксируется момент измерения сил, заданный программой вычислительной машины станка.

Функциональная схема балансировочного станка. В вычислительную машину станка заносятся исходные данные диагностируемого колеса: диаметр и ширина шины, размеры и тип диска. Привод станка разгоняет вал, после чего привод отключается, а вал и колесо продолжают свободное вращение. В таком состоянии система вал—колесо представляет собой колебательную систему, совершающую свободные колебания под действием сил и моментов инерции, возникающих от имеющихся неуравновешенных масс колеса. В результате действия сил и моментов инерции в подшипниках вала стенда возникают динамические нагрузки. При вращении вала его частота фиксируется импульсным датчиком, динамические нагрузки в опорах вала измеряются пьезоэлектрическими датчиками, а местоположение дисбаланса определяется импульсно-частотным индуктивным датчиком, катушка которого охватывает диск с прорезями, закрепленный на валу станка. В вычислительную систему станка «вложены» программы расчета динамиче­ских реакций для различных колес (шин и дисков).

Величина плеча силы инерции определяются конструкцией оборудования, остальные задаются оператором.

После установления значения реакций опор и их направления (угол а относительно оси колеса) ЭВМ рассчитывает значение масс уравновешивающих грузов, которые должны быть установлены на колесе, и их местонахождение, чтобы динамические реакции стали равны нулю. При этом статические реакции от общего веса колеса не учитываются.

Информация заполняется и выдается на табло в виде цифр — масс уравновешивающих грузов, и в виде светового сигнала, указывающего, на какое место диска их надо крепить.

Для точной балансировки необходимо не только надежно зафиксировать колесо на балансировочном стенде, но и точно его центрировать, т. е. совместить реальную ось вращения колеса (ось, относитель­но которой колесо вращается на ступице автомобиля) и ось вращения вала станка.

Для уравновешивания дисбаланса колеса применяются различные виды балансировочных грузиков. Грузики с крепежной скобой устанавливаются на закраину обода. На легкосплавных дисках колес жела­тельно применять грузики со специальным покрытием, предотвращающим возникновение коррозии в месте контакта двух разных металлов. Неаккуратная установка грузиков с крепежной скобой может привести к повреждению лакокрасочного покрытия диска колеса.

Помимо «универсальных» грузиков со скобой выпускаются грузики, предназначенные для колес ав­томобилей конкретных автопроизводителей. Они отличаются от «универсальных» в первую очередь фор­мой и размером крепежной скобы. Например, существуют грузики для колес фирм-производителей Японии (Toyota, Honda и т. д), Франции (Renault, Peugeot и т. д), фирм BMW, Opel и т. д.

Чем дальше от оси вращения колеса находится балансировочный грузик, тем большую величину дисбаланса он может компенсировать. Поэтому для устранения одной и той же величины дисбаланса требу­ется меньший вес грузиков с крепежной скобой по сравнению с самоклеющимися грузиками.

Самоклеющиеся грузики наклеиваются на внутреннюю поверхность обода, расположенную горизон­тально. Установка на вертикальную или расположенную под углом к горизонту поверхность может привести к их отрыву во время движения.

Эти грузики применяются в основном для легкосплавных дисков колес, когда конструкция обода не позволяет разместить грузик с крепежной скобой на закраине, при балансировке дисков со спицами и т. д. Поверхность колеса, на которую устанавливаются самоклеющиеся грузики, должна быть тщательно очище­на и обезжирена.

Кроме стандартных самоклеющихся грузиков существуют тонкие самоклеющиеся грузики. Тонкие грузики используются при балансировке колес, которые невозможно отбалансировать стандартными само­клеющимися грузиками из-за небольшого расстояния между тормозными механизмами автомобиля и местом установки грузика на колесе (стандартные грузики задевают за тормозные механизмы автомобиля при вра­щении колеса). Как правило, балансировочные грузики выпускаются весом, кратным 5 граммам.