Пояснения:
Дисбаланс – наличие неуравновешенных вращающихся масс: ступиц, тормозных барабанов, ободьев и особенно шин затрудняет управление автомобилем, снижает срок службы амортизаторов, подвески, рулевого управления, шин, безопасность движения, увеличивает расходы на техническое обслуживание.
Колесо любого транспортного средства является объектом вращения. Оно должно иметь симметричную форму, а это означает, что все точки поверхности колеса в сечениях должны быть равноудалены от оси его вращения, а центр масс всех деталей колеса – лежать на оси вращения.
Колесо считается уравновешенным (сбалансированным), когда ось его вращения является и главной центральной осью инерции. Однако и само колесо, и его составные части, так же как и резиновую шину изготовляют с определенными допустимыми отклонениями от номинальных значений параметров, поэтому колесо в сборе практически всегда несбалансированным, то есть, не является уравновешенным.
Различают два основных вида неуравновешенности – статическую и динамическую. Статическая это такая неуравновешенность колеса, когда главная центральная ось инерции (О1 – О1), на которой находится центр масс составных частей колеса (ЦТ), параллельна оси вращения (О – О), но не совпадает с ней.
Дисбаланс колеса: а) – статический, б) – моментный (квазистатический)
В этом случае сила центробежная сила неуравновешенной массы (mн) колеса создаст вращающий момент: свободно установленное на оси колесо начнет вращаться (колебаться подобно маятнику) и остановится только тогда, когда неуравновешенная масса (mн) займет крайнее нижнее положение. Значит, чтобы уравновесить данное колесо статически надо с диаметрально противоположной стороны колеса установить корректирующую массу – уравновешивающий груз (mу). Такое уравновешивание называется статической балансировкой.
Квазистатический (моментный) дисбаланс возникает в том случае, если у собранного колеса имеется две одинаковые по величине неуравновешенные массы (mн), которые лежат по разные стороны колеса приблизительно на одинаковом от оси вращения расстоянии.
Квазистатический дисбаланс обусловлен неуравновешенностью по ширине колеса и может быть обнаружен только при вращении его. У такого колеса ось вращения хотя и проходит через центр тяжести, но с главной центральной осью инерции образует некоторый угол α. При вращении колеса в местах расположения центров тяжести неуравновешенных масс возникнут центробежные силы (Рц), которые, действуя в противоположных направлениях, создают пару сил с моментом вращения М=Р*α. Эта пара сил характеризует величину динамического дисбаланса.
При квазистатической неуравновешенности на закраинах обода необходимо установить два для уравновешивающих грузика (mу) в плоскости действия указанной пары сил с внутренней и с наружной стороны колеса, тем самым устранить квазистатический дисбаланс.
Динамический дисбаланс происходит в том случае, если пара центробежных сил, возникающих при вращении собранного колеса, вызывает сложные колебания собранного колеса, так как центр тяжести колеса не лежит на оси вращения колеса. Ось вращения такого колеса и ось его вращения не совпадает с центром масс, то есть ось его масс перекрещивается с осью вращения колеса.
Динамический дисбаланс может быть устранен установкой на закраинах обода неодинаковых по массе балансировочных грузиков, и, довольно часто, балансировка достигается установкой более чем двух грузиков.
Примечание автора:
Большая часть колес, особенно длительное время находящихся в эксплуатации, имеют динамический дисбаланс, и его можно сбалансировать установкой нескольких грузиков по разные стороны колеса.
Дисбаланс колеса является следствием либо технологических особенностей конструкции, например, наличием вентильного отверстия в диске, применением переменного шага рисунка протектора шины, люками для доступа к регулировочным элементам барабанных тормозных механизмов тормозном барабане, либо неточностями геометрической формы, отклонения размеров, неоднородности материалов и т.д.
Точность изготовления деталей колеса оценивается радиальным и боковым биениями, овальностью, локальными отклонениями формы. Большое влияние на дисбаланс оказывают радиальные и боковые биения, овальность формы не оказывает существенного влияния на сбалансированность колеса.
Радиальное биение характеризуется разностью расстояний от любых точек беговой дорожки протектора шины до оси вращения колеса. Боковое биение – разностью расстояний, возникающих при вращении колеса на один оборот, от плоскости вращения колеса, перпендикулярной оси вращения колеса.
Дисбаланс и биений связано с качеством изготовления вращающихся масс автомобиля. Создать идеальное колесо без дисбаланса и биений практически невозможно. Поэтому на практике при производстве каждой детали колесного узла и шины вводятся определенные ограничения, допуски, исходя из условий их работы и погрешностей, возникающих при изготовлении деталей колеса. Самую большую «лепту» в дисбаланс колеса вносит шина. Она наиболее удалена от оси вращения, имеет большой вес, сложную многокомпонентную структуру, изготовлена из различных материалов: резины, тканей, стальной проволоки и т.п. Чем дальше от оси вращения колеса избыточная масса материала покрышки, тем большее влияние на дисбаланс она оказывает.
Дисбаланс камерной шины складывается из неуравновешенности покрышки и камеры, поэтому минимизировать дисбаланс необходимо их взаимным расположением.
Стенки камеры могут иметь разную толщину, стык камеры, особенно если он укреплен стыковочной ленточкой, и вентиль оказывают существенное влияние на дисбаланс. Чтобы уменьшить влияние неравенства масс, при изготовлении камеры вентиль устанавливают на стороне, противоположной стыку. Камеру укладывают в покрышку так, чтобы вентиль камеры совпал с наиболее легким местом покрышки. Однако неуравновешенность масс камеры намного меньше неуравновешенности масс покрышки.
Основными факторами, оказывающими влияющие на дисбаланс и биение покрышек, являются:
• стык протектора, неравномерность его толщины по длине поверхности качения шины, переменный шаг рисунка протектора, а в зимних ошипованных шинах – шипы;
• стыки в слоях корда в каркасе и брекере;
• стык герметизирующего слоя в бескамерной шине;
• неравномерность толщины бортовых колец, большой нахлёст проволоки в бортовом кольце;
• неравенство углов наклона нитей корда в слоях каркаса и брекера;
• расхождение нитей корда в слоях;
• невысокая точность изготовления пресс-формы;
• различие в толщине боковых стенок покрышки;
• сгруппированные в одном месте маркировка обозначений на боковине покрышки и пр.
Большинство из перечисленных факторов, оказывающих влияние на дисбаланс, внешне себя не проявляют: они, так сказать, внутренние. Возможные проявления некоторых из них, которые можно визуально обнаружить, представлены на фото 1.
Фото 1 Переменный шаг рисунка протектора, как источник дисбаланса покрышки
Фото 2. Стыки слоя каркаса, как «источники» дисбаланса покрышки
Повышение требований к технологической точности всех процессов производства шин и деталей колеса – непременное условие улучшения их качества, а значит и снижение дисбаланса и биений.
Но поскольку избежать дисбаланса и биений невозможно, ГОСТ 4754-97 регламентирует требования к этим показателям.
Пункт 5.1.7 Статический дисбаланс шин для легковых автомобилей должен быть не более 0,35% произведения массы шины на свободный радиус, для шин легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости – не более 0,5% произведения массы шины на свободный радиус.
При вкладывании камеры в покрышку легкое место покрышки должно быть совмещено с вентилем камеры и отмечено на покрышке меткой в виде круга диаметром 5…10 мм, нанесенного прочной несмываемой краской так, чтобы она не закрывалась ободом колеса.
Пункт 5.1.8 Динамический дисбаланс шин в сборе с колесом должен устраняться корректирующей массой, указанной в таблице 4, с каждой стороны обода колеса.
Таблица 4
| Обозначение шины | Номинальный посадочный диаметр обода, дюйм | Корректирующая масса, г. не более |
| Радиальная (всех обозначений) | 12 | 50 |
| 13 | 60 | |
| 14…16 | 70 | |
| 215/80R16C | 16 | 140 |
| 225/75R16C | 16 | 160 |
| Диагональная (всех обозначений) | 13 | 80 |
| 14 | 100 | |
| 15 | 140 | |
| 175/80-16 | 16 | 120 |
| 6,50-16С | 16 | 150 |
5.1.9 Биение шин должно быть не более норм, указанных в таблице 5.
Таблица 5
| Обозначение шины | Биение шин, мм | |
| радиальное | боковое | |
| Радиальная с посадочным диаметром 12…14 | 1,0 | 1,5 |
| Радиальная с посадочным диаметром 15…16 | 1,5 | 2,0 |
| Диагональная (всех обозначений) | 2,0 | 3,0 |
Пункт 5.1.10 колебания радиальной и боковой сил за счет неоднородности радиальной шины с металлокордным брекером не долен быть более 2,5% максимально допустимой нагрузки на шину для шин, поставляемых на экспорт и на комплектацию, для остальных – 3,5%.
Допускается использование шин, не предназначенных для экспортаи комплектации, с нормой колебаний радиальной и боковой сил не более 5% максимально допустимой нарузки на шину при скорости не более 100 км/ч с соответствующим изменением категории скорости.
Пункт 5.1.11 Конусный эффект шин радиальной конструкции с металокордным брекером, поставляемых на комплектацию и экспорт, не должен быть более 2,0% максимально допустимой нагрузки на шину.
При эксплуатации автомобиля дисбаланс колес в сборе с шинами целесообразно проверять через каждые 2-3 тыс. км, а через каждые 10 тысяч колеса с шинами необходимо балансировать заново.