О дисбалансе и биениях колеса

Проблема балансировки колес возникла со времени появления автомобилей. Однако пока скорость движения была мала, а покрытия дорог – несовершенны, даже значительные дисбаланс и биения колес мало волновали. Но с возрастанием скоростей и улучшением покрытий дорог ситуация в корне изменилась.

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 тяжести – лежать на этой оси.

Колесо считается уравновешенным (отбалансированным), когда ось его вращения является и главной центральной осью инерции. Но… как само колесо, его составные части, так и резиновую шину изготовляют с определенными допускаемыми отклонениями от номинальных значений параметров, поэтому оно практически всегда несимметрично, а, значит, и неуравновешенно.

Различают два основных вида неуравновешенности – статическую и динамическую. Статическая это такая неуравновешенность колеса, когда главная центральная ось инерции (О₁ — О₁), на которой находится центр тяжести колеса (ЦТ), параллельна оси вращения (О – О), но не совпадает с ней.

Дисбаланс колеса: а) — статический, б) — динамический

В этом случае сила тяжести неуравновешенной массы (m_н) такого колеса создаст вращающий момент: свободно установленное на оси колесо начнет вращаться (колебаться подобно маятнику) и остановится только тогда, когда неуравновешенная масса (m_н) займет крайнее нижнее положение. Значит, чтобы уравновесить данное колесо статически надо с диаметрально противоположной стороны колеса установить корректирующую массу -уравновешивающий груз (m_у). Такое уравновешивание называется статической балансировкой.

Динамический 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. Неуравновешенные массы колеса в этом случае приводятся к двум массам (m_н), лежащим в диаметральной плоскости. При вращении колеса в местах расположения центров тяжести неуравновешенных масс возникнут центробежные силы (Р_ц), которые, действуя в противоположных направлениях, создадут пару сил с моментом вращения М=Р α . Он-то и характеризует величину динамического дисбаланса.

Теперь для уравновешивания колеса надо на закраинах обода в плоскости действия указанной пары сил с внутренней и с наружной стороны колеса укрепить соответствующие уравновешивающие грузики (m_у), тем самым устранить динамический дисбаланс.

Дисбаланс колеса является следствием либо его конструкции – наличием вентильного отверстия в диске, переменного шага рисунка протектора шины, люком для регулировки тормозов в тормозном барабане, либо технологичности изготовления – неточности геометрической формы, отклонения размеров, неоднородности материалов и т.д.

Точность изготовления деталей колеса оценивается радиальным и боковым биениями, овальностью, местными отклонениями формы. На дисбаланс оказывают влияния биения, овальность – практически не влияет.

Радиальное биение характеризуется разностью расстояний от любых точек беговой дорожки протектора шины до оси вращения колеса. Боковое биение – разностью расстояний боковой поверхности за один оборот колеса от плоскости, перпендикулярной к оси вращения колеса.

Итак, проблема дисбаланса и биений связана с качеством изготовления неуравновешенных 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 возможностей изготовления. Самую большую «лепту» в дисбаланс колеса вносит шина. Она наиболее удалена от центра вращения, имеет большой вес, сложную многокомпонентную структуру, изготовлена из различных материалов: резины, тканей, стальной проволоки и т.п. Чем дальше от центра лишняя масса материала покрышки, тем большее влияние на дисбаланс она оказывает.

Если шина камерная, то общий дисбаланс ее складывается из дисбалансов покрышки и ездовой камеры, который также зависит от их взаимного расположения. В камере разная толщина стенки, ее стык, особенно если он укреплен стыковочной ленточкой, вентиль оказывают влияние на дисбаланс. Поэтому чтобы его уменьшить, при изготовлении камеры вентиль устанавливают на сторону, противоположную стыку, камеру вставляют в покрышку таким образом, чтобы вентиль камеры совпал с легким местом покрышки. Однако дисбаланс камеры намного меньше дисбаланса покрышки. Основные факторы, влияющие на дисбаланс и биение покрышек:
• стык протектора, неравномерность его толщины по длине окружности, переменный шаг рисунка протектора, в зимних ошипованных шинах – шипы (в новой покрышке и по мере их выпадения);
• стыки в слое корда, стыки слоев корда в каркасе и брекере;
• стык герметизирующего слоя в бескамерной шине;
• неконцентричность бортовых колец, большой нахлест проволоки в бортовом кольце;
• непостоянство углов наклона нитей корда в слоях каркаса и брекера;
• расхождение нитей корда в слоях;
• точность изготовления пресс-формы;
• разная толщина боковых стенок и боковин;
• 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 обнаружить воочию, представлены на фото 1.

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.

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.

Выписка из ГОСТ 4754- 97 ШИНЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ДЛЯ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ, ПРИЦЕПОВ К НИМ, ЛЕГКИХ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И АВТОБУСОВ ОСОБО МАЛОЙ ВМЕСТИМОСТИ (Технические условия)

5.1.7 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.

5.1.8 Динамический дисбаланс шин в сборе с колесом должен устраняться корректирующей массой, указанной в таблице 4, с каждой стороны обода колеса.

Т а б л и ц а 4.

5.1.9 Биение шин должно быть не более норм, указанных в таблице 5.

Т а б л и ц а 5

Такая выписка из ГОСТ 4754-97 должна быть вывешена в каждой шиномонтажной мастерской.

Виды дисбаланса колеса

Статический и динамический дисбаланс

Как только появился первый автомобиль, появились первые проблемы с балансировкой колес. С годами скорость движения на дорогах увеличивалась, покрытие на дорогах менялось, и соответственно менялось отношение к дисбалансу.

Дисбалансом считается наличие неуравновешенных вращающихся масс: ступиц, тормозных барабанов, ободьев и особенно шин затрудняет управление автомобилем. Данный дисбаланс снижает срок службы амортизаторов, подвески, рулевого управления, шин, безопасность движения и увеличивает расходы на техническое обслуживание.

Любое колесо — это объект вращения, имеющий симметричную форму, благодаря которой центр тяжести должен лежать на оси вращения, а все точки поверхности колеса в сечениях должны быть равноудалены от неё.

Колесо считается отбалансированным, когда ось его вращения является и главной центральной осью инерции. Однако как диски, так и автомобильные шины, выпускаются с определенными допустимыми погрешностями. Из этого можно сделать вывод, что любое колесо практически всегда несимметрично, а, значит, имеет дисбаланс.

Существует два вида дисбаланса: статический и динамический.

Статический дисбаланс — это неравномерное распределение масс по оси вращения, При этом колесо бьет в вертикальной плоскости. При вращении колеса неуравновешенная масса создает свою центробежную силу F, которая при вращении колеса создаёт переменный по направлению вращающий момент на оси, что ведет к разбиванию подвески. Такой дисбаланс устраняется приложением силы Fу равной силе F по величине, но противоположной по направлению. Это достигается прикреплением дополнительного грузика в точке противоположной точке нахождения неуравновешенной массы. Это и называется статической балансировкой.

Динамический дисбаланс появляется из-за неравномерного распределение масс в плоскостях колеса. При динамическом дисбалансе на колесо действует пара противоположно направленных сил F , действующих на определенном плече относительно плоскости вращения колеса. Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных стендах. В основном при балансировке колеса мы сталкиваемся с комбинированным дисбалансом («комбинация» статического и динамического дисбалансов).

Иногда, дисбаланс колеса может возникать из-за его конструкционных особенностей – переменного шага рисунка протектора шины, наличием вентильного отверстия в диске, люком для регулировки тормозов в тормозном барабане, либо технологичности изготовления – неточности геометрической формы, отклонения размеров, неоднородности материалов и т.д.

Самое большое влияние на дисбаланс колеса оказывает автомобильная шина. Она наиболее удалена от центра вращения, имеет большой вес, сложную многокомпонентную структуру, изготовлена из различных материалов: резины, тканей, стальной проволоки и т.п. Чем дальше от центра лишняя масса материала покрышки, тем большее влияние на дисбаланс она оказывает.

Можно выделить несколько основных факторов, влияющих на дисбаланс покрышек:

• стык протектора, неравномерность его толщины по длине окружности, переменный шаг рисунка протектора, в зимних ошипованных шинах – шипы (в новой покрышке и по мере их выпадения);
• стыки в слое корда, стыки слоев корда в каркасе и брекере;
• стык герметизирующего слоя в бескамерной шине;
• неконцентричность бортовых колец, большой нахлест проволоки в бортовом кольце;
• непостоянство углов наклона нитей корда в слоях каркаса и брекера;
• расхождение нитей корда в слоях;
• точность изготовления пресс-формы;
• разная толщина боковых стенок и боковин;
• сгруппированные в одном месте маркировка обозначений на боковине покрышки и пр.

Повышение требований к технологической точности всех процессов производства шин и деталей колеса – непременное условие улучшения их качества, а значит и снижение дисбаланса и биений. 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.

Все о балансировке колес автомобиля

Одним из важнейших элементов конструкции машины считается его колесная база. Ее нестабильность приводит к очень серьезным негативным последствиям. Чтобы подвеска правильно работала, а машина не потеряла устойчивости, обязательно делается балансировка колёс. Когда покрышки правильно настроены, увеличивается срок эксплуатации трансмиссии. Поездка становится комфортной и безопасной.

Каждый водитель просто обязан делать балансировку колес автомобиля. При этом на машину должны устанавливаться качественные автодиски и хорошие покрышки. Только в этом случае балансировка даст максимальный результат.

Зачем балансируют колеса

Довольно часто новички задают вопрос: зачем нужна балансировка, можно ли обойтись без нее? По их мнению, она делается для распределения массы колеса, относительного его центра. Однако от балансировки зависит и много других функций.

Если все сделано грамотно, вибрация колес будет минимальной, поездки станут более комфортными. При езде по бездорожью в салоне не будут ощущаться кочки и ямы. От того, насколько хорошо сбалансированы колеса, зависит внешний вид покрышки.

При отсутствии баланса возможен быстрый выход из строя подшипника ступицы. Стоимость балансировки колес несопоставима со стоимостью ремонта подвески.

Некоторые автолюбители балансируют только ведущие колеса. Они считают, что этого вполне достаточно. Такое мнение ошибочно, балансировать нужно их все.

Последствия отсутствия балансировки

Если отказаться от балансировки или сделать ее неправильно, возможно появление неприятных последствий.

Детали ходовой части начнут испытывать повышенную нагрузку.

Возникнет сильная колесная вибрация. В результате начнут быстро изнашиваться детали подвески:

3. Стойки амортизатора,

4. Шаровые опоры,

5. Протектор изнашивается неравномерно,

6. Увеличивается тормозной путь.

Все это приводит к ухудшению управляемости машиной. Поломка может стать причиной крупного ДТП.

Насколько часто надо балансировать колеса

Ответ на этот вопрос зависит от несколько важных критериев:

· Если покрышки всесезонные, и они работали постоянно, балансировка должна выполняться хотя бы раз в год.

· Колеса обязательно балансируются, если резина устанавливается на диск. Повторение такой операции выполняется после 500 км пробега.

· После ремонта или замены деталей подвески, балансирование должно выполняться в обязательном порядке.

· Желательно проводить такую операцию на машинах с большим пробегом. Подвеска не новая, имеет много погрешностей и люфтов.

Правила дорожного движения не устанавливают жесткой периодичности проведения балансировки колес. Опытные водители примерно знают, когда требуется провести такую операцию. Новичкам можно посоветовать обратиться к экспертам.

Если попытаться систематизировать возможные причины, требующие проведения балансировки, получится следующий список:

· Пробег – 5- 15 тыс. километров.

· Сильная вибрация рулевой колонки.

Насколько важна точность балансирования колес

Прежде всего, точность влияет на управление автомобилем. Давайте вспомним, как определяется центробежная сила (ЦС):

M – Неуравновешенная масса.

W – Скорость вращения колеса.

R – Радиус, определяющий отдаленность оси вращения от массы колеса.

Анализ формулы говорит о следующем: чем выше показатель скорости, тем, соответственно, больше ЦС. В результате:

· Состояние колеса зависит от покрышки.

· При увеличении скорости намного сильнее выражен отрицательный эффект.

· Внутри салона постоянно ощущается дискомфорт.

Разновидности дисбаланса

Большинству автолюбителей знакомы два вида дисбаланса:

Оба возникают в том случае, когда инерция не совпадает с осью вращения. Исправить такую ситуацию может только балансировка.

При динамическом дисбалансе происходит смещение ЦТК прямо по оси. Причем не происходит совпадения с нею и оси инерции. Динамический дисбаланс вызывает их пересечение, перестает равномерно распределяться вес.

Для исправления динамического дисбаланса необходима установка специальных компенсирующих грузиков – справа и слева от обода. Место установки зависит от характера разбалансировки.

Возникновение статистического дисбаланса связано с другими причинами: ось вращения становится параллельной оси инерции. В результате происходит смещение ЦТК, что становится причиной неравномерного распространения массы колеса.

Когда проявляется статический дисбаланс, движение колеса напоминает движение маятника. После перемещения ЦТК до крайней нижней точки оно останавливается. Этот дефект легко устраняется качественной балансировкой.

Как определить, насколько хорошо выполнена балансировка

Для выполнения операции используются специальные грузики. Их устанавливают на обе стороны обода. Идеальна установка с обоих боков. Однако по техническим причинам сделать это удается не всегда.

Если груз сложно установить на внешнюю сторону, это можно уравновесить его правильной позицией – рядом со «спицами».

Разновидности балансировки

По методу выполнения различают несколько видов этой операции:

4. Динамическая (на станке).

Как делается автоматическая балансировка

Такую операцию выполняют на грузовом транспорте, а также на автобусах. Для балансирования на каждое колесо добавляется груз. Это может быть песок или специальные гранулы.

Когда колесо начинает вращаться, центробежные силы прислоняют груз к середине. В результате происходит автоматическая балансировка. Такую систему не применяют на обыкновенных легковых автомобилях, так как невозможно определить, сколько гранул нужно засыпать.

Динамическая

Традиционная, выполняемая практически в каждой шиномонтажке процедура. В основном требуется для узких колес. Эти методом устраняют боковое биение посредством крепления компенсирующих грузиков – набивных для штамповки и самоклеющихся – для литья.

Статическая балансировка

Предполагает устранение вертикального дисбаланса. Процесс выполнения аналогичен динамической балансировке.

Финишная

Выполняется после любой балансировки или смены колес. Под автомобилем устанавливают электронное устройство. Чтобы оно начало вычисления, колесо разгоняют до скорости 80 – 90 км. После остановки электроника точно укажет место, где нужно закрепить вспомогательные грузы.

Срок проведения балансировки

Специалисты по-разному обозначают срок проведения балансировки. Иногда говорят о пробеге в 10000 километров. Но точного срока никто указать не может. Обычно водитель начинает чувствовать, что автомобилем стало тяжело управлять, появилась вибрация в рулевом колесе. Он стал дергаться. Возможно, что резина пришла в негодность и потеряла балансировку.

Такие симптомы требуют немедленного посещения шиномонтажной мастерской. Мастера осмотрят колеса и при необходимости сделают повторную балансировку.

Иногда биение колес возникает сразу после балансировки. Чтобы устранить такое явление, их необходимо просто поменять местами. К примеру, левое заменить правым.

Технология балансировочного процесса

Снятое колесо закрепляют на специальном балансировочном станке. Посредством адаптера его раскручивают,затем проводится центровка.

В программу станка вводится конфигурация колеса.

После остановки покрышки дисплей показывает, на какую сторону надо установить дополнительные грузы определенного веса.

Балансировочные грузы могут быть двух видов:

1. Набивные, оборудованы кронштейном. Устанавливаются на литые или штампованные диски.

2. Универсальные. Приклеиваются к внутренней поверхности диска.

Лучшими считаются набивные грузики. Их крепление намного надежнее. Они редко вылетают, появление дисбаланса у таких колес практически невозможно.

На универсальные грузы влияет температура. При минусовой температуре они могут просто отпасть. Иногда они падают во время мойки. Основную роль здесь играет клеящий состав, который не всегда бывает высокого качества.

После выбора грузиков, выполняется их установка. Желательно располагать их как можно ближе друг к другу. Причем их общий вес не должен превышать 60 грамм. Если этот показатель будет больше, необходимо посмотреть, где находится метка на покрышке. Если метка совпадает с вентилем, а вес намного больше, значит, имеет место повреждение колеса. Возможно, диск получил большую деформацию.

Когда деформация исправлена, колесо несколько раз прокручивают по земле, Затем снова устанавливают на станок. После вращения и установки грузиков, допускается погрешность стальных дисков – 5 грамма. У легкосплавных дисков этот показатель несколько ниже. Три грамма на обе стороны.

Финальная стадия осуществляется только на высокотехнологичном оборудовании. Но такие станки большая редкость, поэтому ее не проводят в шиномонтажной мастерской.

Разновидности балансировочных станков

Довольно часто разделение балансировочного оборудования происходит в зависимости от вида транспорта, для которого он предназначен. Однако это не совсем правильно. Балансировочные станки могут быть:

3. Полный автомат.

В зависимости от вида транспорта, станки подразделяются на группы:

· Для легковых автомобилей,

Однако нужно учитывать возможность многих станков для покрышек легковых автомашин проводить балансировку шин небольших грузовиков и наоборот. Грузовые станки могут отбаланисировать колеса легковушек. Для выполнения такой операции важную роль играют следующие параметры:

2. Диаметр обода.

Балансировочные стенды оснащаются специальным дисплеем, который показывает все основные данные.

Самым популярным станком для балансировки считается российская модель Сивик. В зависимости от ее функциональных возможностей, стоимость находится в диапазоне 56 – 180 тыс. рублей.

Следующую ступеньку занимает китайское оборудование:

Стоимость оборудования находится в пределах 35 – 180 тыс. рублей.

Самым лучшим оборудованием можно назвать изделия из Италии и Германии. Но стоимость таких станков намного выше:

· MNB – 130 – 350 тыс. рублей.

· Werther-OMA – 200 – 550 тыс. р.

· Ravaglioli – 135 – 550 тыс. р.

· Bosch – 250 – 550 тыс. р.

Что такое фланцевый адаптер

С помощью этой детали выполняется центрирование колеса, в зависимости от крепежных отверстий диска. В результате происходит имитация расположения диска на ступице машины.

При затягивании гайки происходит равномерное распределение давления через оси фланцевого адаптера. Колесо устанавливается на ось балансировочного стенда в 100% вертикальном направлении. Таким образом создается идеально точная установка.

Поскольку крепежные отверстия на штампованных и литых дисках сделаны намного точнее центрального отверстия, полученные параметры будут намного выше.

Фланцевые адаптеры относят к максимально точному оборудованию. К сожалению, встретить такой адаптер почти невозможно. Центровка осуществляется обычным конусом.

Самостоятельная балансировка

Чтобы выполнить такую операцию, необходимо добиться такого положения, когда центр тяжести станет осью вращения. Для этого нужно отыскать проблемный участок, установить на него балансировочный груз, пока не установится полное равновесие. Такую операцию выполняют с каждым колесом.

Для проведения самостоятельной балансировки необходимо в магазине купить специальные грузики, массой 30 грамм. Желательно, чтобы они были на специальных кронштейнах, другие грузы на липучке просто быстро отвалятся.

Колесо не снимается с автомобиля. Достаточно просто приподнять машину домкратом. Передача должна быть установлена в нейтральное положение.

Затем расшплинтовывается гайка, крепящая ступицу. Удаляется весь скопившийся мусор. С колеса снимаются старые грузы. Ему придают обратное вращение и ждут, пока оно остановится. Вершина обозначается меткой.

Затем снова вращают колесо, но уже в противоположную сторону. После остановки отмечают верхнюю точку. Между этими отметками и будет находиться самая легкая точка.

Грузики набивают под метками и начинают снова вращать колесо. После остановки они будут находиться внизу. Таким образом, определяется нижняя точка. Колесо продолжают вращать. Грузы должны смещаться в разные стороны, пока оно перестанет останавливаться в любом положении. Такой операции подвергаем все четыре колеса. Конечно, при такой балансировке возможны погрешности, но они будут минимальными.