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解析現(xiàn)代汽車車輪的平衡性能檢測論文
1車輪平衡性能檢測的意義
不平衡的車輪不僅加劇其本身的磨損，而且也必然殃及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，同時也是整車振動的激振源。車輪的平衡與否與汽車的平順性、操穩(wěn)性、安全性息息相關(guān)。隨著高速公路和城市道路立交系統(tǒng)的興建，過去被道路因素所制約的汽車高速行駛的能力得到了充分發(fā)揮，提高了運輸效率，但長期掩蓋在低速工況下的一些機構(gòu)裝置的隱患，也逐漸暴露出來，車輪不平衡便是其中之一。車輪是汽車重要組成部分，在汽車運輸總成本中占10%～30%。車輪長年累月裸露在外，不僅經(jīng)受日曬、風(fēng)吹、雨淋，而且與粗糙不平的路面接觸，極易磨損。隨著汽車行駛速度的不斷提高，車輪輪胎磨損量也會越來越大，如水泥路面上車速為100km/h時磨損率是車速為40km/h時的4倍，而車輪由于位置不正或失調(diào)嚴(yán)重時，其磨損率是正常使用的車輪的10倍，縮短了車輪的使用壽命，因此車輪平衡問題不僅是交通工具發(fā)展的需要，而且在經(jīng)濟運輸和安全可靠上也是勢在必行的。不平衡的車輪不僅加劇其本身的磨損，而且也必然殃及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，同時也是整車振動的激振源。車輪的平衡與否與汽車的平順性、操穩(wěn)性、安全性息息相關(guān)，這已成為人們的共識。討論它的成因及危害，并在維修和檢測作業(yè)過程中正確測定其不平衡的量值和相位，以便實施有效的平衡方法。
隨著汽車道路條件的改善和高速公路的不斷增加，汽車行駛速度也愈來愈高，因此對車輪平衡度的要求也愈來愈高。如果車輪不平衡，汽車在行駛過程中，它將造成汽車轉(zhuǎn)向輪跳動和擺振，進而影響汽車的行駛平順性和乘坐舒適性。因此，車輪平衡的檢測已越來越引起人們的重視。車輪跳動和擺振還會使車輛難以控制，因而對安全性也有較大影響。此外，如果車輪不平衡，還會加劇輪胎及有關(guān)部件的磨損和沖擊，縮短了汽車使用壽命，增加了汽車運輸成本。因此，應(yīng)重視車輪不平衡引起的不良影響，并對車輪不平衡進行檢測、控制和調(diào)整。
2車輪靜平衡與靜不平衡的主要原因
車輪不平衡包括靜不平衡和動不平衡兩種情況，車輪是否靜平衡，可以采用以下方法進行判斷。首先用舉升設(shè)備支起車橋，調(diào)整好輪轂軸承松緊度，給車輪一個徑向力，讓車輪進行轉(zhuǎn)動，由于阻力的存在，車輪會慢慢停止轉(zhuǎn)動。車輪停穩(wěn)后，在車輪離地面最近的地方做一標(biāo)識，然后重復(fù)上面的轉(zhuǎn)動過程、反復(fù)試驗多次。如果車輪每次自然停止轉(zhuǎn)動時所做的標(biāo)記是處于任意位置的，或者用外力強迫車輪停轉(zhuǎn)然后消除外力車輪也不再繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則可認(rèn)為車輪是靜平衡的。反之，如果不管是自然停轉(zhuǎn)還是強迫停轉(zhuǎn)后消除外力，所作標(biāo)記只有處于離地最近處時車輪才能停穩(wěn)，則車輪是靜不平衡的。這時，稱輪胎上的標(biāo)記點為不平衡點。
國家標(biāo)準(zhǔn)《機動車運行安全技術(shù)條件》中對車輪有如下要求：轎車輪胎胎冠上花紋深度在磨損后應(yīng)不少于1.6mm，其他車輛輪胎胎冠上的花紋深度不得少于3.2mm;輪胎胎面因局部磨損不得暴露出輪胎簾布層;輪胎的胎面和胎壁上不得有長度超過25cm，深度足以暴露出輪胎簾布層的破裂和割傷;同一軸上的輪胎應(yīng)為相同型號和花紋;機動車轉(zhuǎn)向輪不得裝用翻新的輪胎;車輪橫向和徑向擺動量：小型汽車和摩托車不大于5mm，其他車輛不大于8mm。
引起車輪不平衡有如下的主要原因：
(1) 前輪定位不當(dāng)，尤其是前束和主銷傾角，不僅影響汽車的操縱性和行駛穩(wěn)定性，而且會造成輪胎偏磨，這種胎冠的不均勻磨損與輪胎不平衡形成惡性循環(huán)，因而使用中出現(xiàn)車輪不平衡，也可能是車輪定位角失準(zhǔn)的信號。
(2) 輪胎和輪輞以及檔圈等因幾何形狀失準(zhǔn)或密度不均勻而先天形成的重心偏離。
(3) 因輪轂和輪輞定位誤差使安裝中心與旋轉(zhuǎn)中心難以重合。
(4) 維修過程的拆裝破壞了原有的整體綜合重心。
(5) 輪輞直徑過小，運行中輪胎相對于輪輞在圓周方面滑移，從而發(fā)生波狀不均勻磨損。
(6) 輪胎翻新中因定位精度不高而造成新胎冠厚度不均勻而使重心改變。
(7) 高速行駛中制動抱死而引起的縱向和橫向滑移，會造成局部的不均勻磨損。
3車輪不平衡的檢測方法
車輪不平衡的檢測分為離車式和就車式兩種，離車式是把車輪拆下后單獨進行檢測，而就車式是不拆下車輪，直接在車軸上對車輪平衡度進行檢測。
離車式：根據(jù)車輪靜平衡的判定原理可以對車輪靜不平衡量進行檢測。即安裝在特制平衡心軸或平衡儀轉(zhuǎn)軸上的車輪，如果不平衡，在自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，只有當(dāng)其不平衡點處于最下方位置時才能保持靜止?fàn)顟B(tài)，而在配重平衡后則可停于任何一個位置。因此，通過改變配重質(zhì)量的大小及安裝位置便可以測得靜不平衡質(zhì)量和相位。
就車式：車輪靜不平衡度就車式檢測，可以用就車式車輪平衡機進行。就車式車輪平衡機檢測車輪靜不平衡的原理如圖1所示。被支離地面的車輪如果不平衡，轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的上下振動通過轉(zhuǎn)向節(jié)或懸架傳給檢測裝置的傳感磁頭、可調(diào)支桿和底座內(nèi)的傳感器，傳感器將其變成電信號后控制頻閃燈閃光以指示車輪不平衡點位置，并輸入指示裝置指示出車輪不平衡度。當(dāng)傳感磁頭傳遞向下的力時頻閃燈發(fā)亮，所照射到的車輪最下部的點即為不平衡點。當(dāng)不平衡點的質(zhì)量愈大時，傳感器的受力也愈大，變換的電量也愈大，指示裝置指示的數(shù)值也愈大。
方法和步驟如下：a.被測車輪的準(zhǔn)備。去掉車輪輪輞上已有平衡塊，清除輪胎表面的泥土和花紋中的石子，檢查輪胎氣壓并充至規(guī)定值，在輪胎側(cè)面任意處貼上白色反光標(biāo)志。b.用舉升器頂起車橋，將車橋落座于車橋支架上，檢查車輪轉(zhuǎn)動是否自如，車輪軸承有無松曠，如松曠應(yīng)進行調(diào)整。c.把摩擦輪緊壓在被測車輪上，按下第一次試驗按鈕，啟動電動機帶動摩擦輪和被測車輪高速旋轉(zhuǎn)，注意使車輪旋轉(zhuǎn)方向與汽車前進時一致。待轉(zhuǎn)速上升到適當(dāng)轉(zhuǎn)速時，分離摩擦輪同時釋放按鈕，測量系統(tǒng)記錄與不平衡力及其相位有關(guān)的、但未經(jīng)標(biāo)定的原始數(shù)據(jù)。d.在反光標(biāo)志處加裝預(yù)設(shè)的標(biāo)定質(zhì)量，按下第二次試驗按鈕，重復(fù)第三步操作。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時指示燈亮，測量系統(tǒng)把第一次試驗測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為應(yīng)加裝的平衡塊質(zhì)量和相位，并顯示在儀表板上，這就是平衡機的自標(biāo)定功能。根據(jù)顯示的質(zhì)量，在指定相位上加裝上平衡塊，同時去掉標(biāo)定質(zhì)量塊。e.再次重復(fù)第三步操作，檢測剩余不平衡量，是否滿足規(guī)定要求。
如果是驅(qū)動橋，則可利用發(fā)動機動力驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，其他操作同上所述。對于平衡要求較高的車輛，為了消除阻尼造成的相位誤差，平衡時可令車輪左右各轉(zhuǎn)一次，取兩次的平均值為最后測定值。
檢測車輪擺動量：轎車輪胎總成裝完之后，必須進行車輪的平衡，以免車輛行駛中加劇輪胎和行走部分機件的磨損，以及造成車輛安全性降低。檢測車輪擺動量時，先將前橋和后橋架起，使車輪離地，檢測輪轂軸承的松緊度是否合適，再用鋼皮尺放在與車輪中心高度相同的木塊上，將尺靠在輪輞邊沿處，用手轉(zhuǎn)動車輪，察看輪輞邊沿的擺動情況，如擺動超過10mm時，應(yīng)詳細(xì)檢查其原因，如系輪盤扭曲變形應(yīng)予校正;如系安裝時輪盤不清潔，或螺母松動等，應(yīng)拆下清潔或旋緊輪胎螺母。
檢測輪輞徑向跳動：汽車行駛一段距離，以消除汽車停車位置造成的輪胎接觸扁平區(qū)。輪輞從原來的安裝位置移動兩個輪胎螺栓的距離。并重新扭緊輪胎螺栓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)矩值;再檢查跳動，若仍然超差，在輪胎胎側(cè)，輪輞和輪胎螺栓的最大跳動點上做出標(biāo)記。并按下述方法再進行：相對輪輞轉(zhuǎn)動輪胎位置，做好標(biāo)記后，將輪胎從輪輞上拆下按原來的位置，將輪輞重新安裝在輪轂上。檢查輪輞的徑向跳動量，其值應(yīng)小于0.9mm。端面跳動量應(yīng)小于1.1mm。若最大的輪輞徑向跳動點接近原來的記號，將輪胎從原來的位置轉(zhuǎn)動角度重新安裝，再檢查測量，若還達(dá)不到要求，應(yīng)進一步檢測有關(guān)零部件，進行修理或更換。
4車輪動不平衡檢測
離車式車輪動平衡：對于動不平衡的離車式檢測比靜不平衡復(fù)雜，其檢測裝置有機械式動平衡機和電測式動平衡機之分。用電測式動平衡機(硬式車輪平衡機) 進行車輪動平衡度檢測時，把車輪架在平衡機轉(zhuǎn)軸支撐裝置上，由于車輪的不平衡，在轉(zhuǎn)動過程中給平衡機轉(zhuǎn)軸支撐裝置施加一動反力，從而引起支撐裝置的振動，通過傳感器把振動量轉(zhuǎn)變成電信號的方式檢測出不平衡量。硬支承式車輪平衡機，由于轉(zhuǎn)軸支承裝置剛度大、固有振動頻率高、振幅小，因而車輪轉(zhuǎn)動中的慣性力可以忽略不計。車輪不平衡所產(chǎn)生的離心力是以力的形式作用在支承裝置上的，只要測出作用在支承裝置上的力或因此而產(chǎn)生的振動，就可測得車輪的不平衡量。通過運算即可根據(jù)動反力確定出兩個校正面上的離心力，再根據(jù)離心力確定出兩校正面上的平衡量。這種動平衡機一般由轉(zhuǎn)軸與支承裝置、驅(qū)動裝置、制動裝置、顯示與控制裝置、機箱和車輪防護罩等組成。轉(zhuǎn)軸由兩滾動軸承進行支承，各軸承處均有一能將動反力變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅�，被測車輪通過錐體和快速螺母等固裝在轉(zhuǎn)軸的外端。驅(qū)動裝置一般由電動機、傳動機構(gòu)等組成，其作用是帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)軸與支承裝置等一同裝在機箱內(nèi)。車輪防護罩可防止車輪旋轉(zhuǎn)對其上的平衡塊或花紋內(nèi)夾雜物飛出傷人。制動裝置的作用是在適當(dāng)時候使車輪強制停轉(zhuǎn)。
就車式車輪動平衡機：就車式車輪動平衡機通常由驅(qū)動裝置、測量裝置、指示與控制裝置、制動裝置和小車等組成。驅(qū)動裝置由電動機、轉(zhuǎn)輪等組成，能帶動已被支離地面的車輪轉(zhuǎn)動。檢測從動車輪時，將轉(zhuǎn)輪直接緊靠于車輪的胎面，電動機通過轉(zhuǎn)輪帶動車輪旋轉(zhuǎn)。測量裝置由傳感磁頭、可調(diào)支桿、底座和傳感器等組成，檢測時，將傳感磁頭吸附在獨立懸架下臂或非獨立懸架的轉(zhuǎn)向節(jié)處或低板上，將振動信號傳給底座內(nèi)的傳感器，從而將車輪不平衡量產(chǎn)生的振動變成電信號，并送至指示與控制裝置。指示裝置由頻閃燈、不平衡度表或數(shù)字顯示屏等組成，頻閃燈用來指示車輪不平衡點位置。不平衡度表或數(shù)字顯示屏用來指示車輪的不平衡量，一般有兩個擋位。第一擋往往用于初查時的指示，第二擋往往用于裝上平衡塊后復(fù)查時指示。制動裝置通常為摩擦式制動器，用于車輪止動，以便進行車輪平衡作業(yè)。除測量裝置外，車輪平衡機的其他裝置均裝在小車上，可進行移動，這為測量帶來了很大的方便。
就車式平衡的原理：就車式車輪平衡儀檢測車輪動不平衡的原理。首先用千斤頂或舉升器等支起車橋使車輪離地，車輪平衡儀傳感磁頭安裝于制動底板邊緣部位，且平行于車輪轉(zhuǎn)動中心。轉(zhuǎn)動車輪，如果車輪動不平衡，則必然引起車輪繞主銷的擺振，該擺振通過傳感磁頭傳到傳感器，傳感器將此振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，控制頻閃燈閃光并指示動不平衡值，其測量原理與靜不平衡就車式檢測基本相同。前從動輪動平衡檢測時，首先將傳感磁頭吸附在經(jīng)過擦拭的制動底板邊緣平整處，并盡量使磁頭與車輪旋轉(zhuǎn)中心處在同一水平位置。然后操縱平衡機電動機使車輪旋轉(zhuǎn)至規(guī)定轉(zhuǎn)速，用頻閃燈觀察輪胎標(biāo)記位置，從儀表上讀取車輪動不平衡量數(shù)值。
5結(jié)束語
總之，車輪平衡問題越來越重要的一個原因是車輛維修的經(jīng)濟問題，由于汽車運輸費用的提高，促使人們尋求一種延長汽車部件的額定壽命、降低汽車運輸成本的途徑，而車輪上的不平衡質(zhì)量，會在車輛的轉(zhuǎn)向部件上產(chǎn)生比它本身質(zhì)量大2～300倍的作用力，這樣會大大降低轉(zhuǎn)向部件的壽命，必須更換，否則就會影響行車安全
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