Балансування

Проблема балансування коліс виникла з часу появи автомобілів. Проте поки швидкість руху була мала, а покриття доріг – недосконалі, навіть значний дисбаланс і биття коліс мало хвилювали. Але із зростанням швидкостей і покращенням доріг ситуація в корені змінилася.
Дисбаланс – наявність неврівноважених мас, що обертаються: ступиць, гальмівних барабанів, диску і особливо шин утруднює управління автомобілем, знижує термін служби амортизаторів, підвіски, рульового управління, шин, безпека руху, збільшує витрати на технічне обслуговування. Колесо будь-якого транспортного засобу є об”єктом обертання. Воно повинне мати симетричну форму, а це означає, що всі точки поверхні колеса в перетинах повинні бути рівновіддалені від осі його обертання, а центр тяжіння – лежати на цій осі.
Колесо вважається урівноваженим (відбалансованим), коли вісь його обертання є і головною центральною віссю інерції. Але. як саме колесо, його складові частини, так і гумову шину виготовляють з певними відхиленнями, що допускаються, від номінальних значень параметрів, тому воно практично завжди несиметричне, а, значить, і неврівноважене.

Розрізняють два основні види неврівноваженості – статичну і динамічну. Статична -це така неврівноваженість колеса, коли головна центральна вісь інерції (О1 – О1), на якій знаходиться центр тяжіння колеса (ЦТ) паралельна осі обертання (Про – Про), але не співпадає з нею. В цьому випадку сила тяжіння неврівноваженої маси (mн) такого колеса створить момент, що обертає: вільно встановлене на осі колесо почне обертатися (коливатися подібно до маятника) і зупиниться тільки тоді, коли неврівноважена маса (mн) займе крайнє нижнє положення. Значить, щоб зрівноважити дане колесо статично треба з діаметрально протилежного боку колеса встановити масу, що корегує. Таке урівноваження називається статичним балансуванням.

Динамічний дисбаланс обумовлений неврівноваженістю по ширині колеса і може бути виявлений тільки при обертанні його. У такого колеса вісь обертання хоч і проходить через центр тяжіння, але з головною центральною віссю інерції утворює деякий кут . Неврівноважені маси колеса в цьому випадку приводяться до двох мас (mн), лежачих в діаметральній площині. При обертанні колеса в місцях розташування центрів тяжіння неврівноважених мас виникнуть відцентрові сили (Рц), які, діючи в протилежних напрямах, створять пару сил з моментом обертання М=Р . Він-то і характеризує величину динамічного дисбалансу.

Тепер для урівноваження колеса треба на закраїнах ободу в площині дії вказаної пари сил з внутрішнього і із зовнішнього боку колеса укріпити відповідні врівноважуючі вантажі (mу), тим самим усунути динамічний дисбаланс.
Дисбаланс колеса є наслідком або його конструкції – наявністю вентильного отвору в диску, змінного кроку малюнка протектора шини, люком для регулювання гальм в гальмівному барабані, або технології виготовлення – неточності геометричної форми, відхилення розмірів, неоднорідності матеріалів і т.д.

Точність виготовлення деталей колеса оцінюється радіальним і бічним биттям, овальністю, місцевими відхиленнями форми. На дисбаланс має вплив биття, овальність – практично не впливає. Радіальне биття характеризується різницею відстаней від будь-яких точок бігової доріжки протектора шини до осі обертання колеса. Бічне биття – різницею відстаней бічної поверхні за один оборот колеса від площини, перпендикулярної до осі обертання колеса.

Отже, проблема дисбалансу і биття пов”язана з якістю виготовлення неврівноважених мас автомобіля, що обертаються. Створити ідеальне колесо без дисбалансу і биття практично неможливо. Тому на практиці при виробництві кожної деталі колісного вузла і шини вводяться певні обмеження, допуски, виходячи з умов їх роботи і можливостей виготовлення. Найбільший «внесок» до дисбалансу колеса вносить шина. Вона найбільш віддалена від центру обертання, має велику вагу, складну багатокомпонентну структуру, виготовлена з різних матеріалів: гуми, тканин, сталевого дроту і т.п. Чим далі від центру зайва маса матеріалу покришки, тим більший вплив на дисбаланс вона робить. Якщо шина камерна, то загальний дисбаланс її складається з дисбалансів шини і камери, який також залежить від їх взаємного розташування. У камері різна товщина стінки, її стик, особливо якщо він укріплений стикувальною стрічкою, вентиль,- надають вплив на дисбаланс. Тому щоб його зменшити, при виготовленні камери вентиль встановлюють на сторону, протилежну стикую, камеру вставляють в покришку так, щоб вентиль камери співпав з легким місцем шини. Проте дисбаланс камери набагато менше дисбалансу шини. Основні чинники, що впливають на дисбаланс і биття шин:
стик протектора, нерівномірність його товщини по довжині кола, змінний крок малюнка протектора, в зимових ошипованних шинах – шпильки (у новій шині і у міру їх випадання);
стик в шарі корду, стики шарів корду в каркасі і брекері;
стик герметизуючого шару в безкамерній шині;
неконцентричність бортових кілець, велике нахльостування дроту в бортовому кільці;
непостійність кутів нахилу ниток корду в шарах каркаса і брекера;
розбіжність ниток корду в шарах;
точність виготовлення прес-форми;
різна товщина бічних стінок і боковин;
згруповані в одному місці маркіровка позначень на боковині покришки і ін.

Більшість з перерахованих чинників, що роблять вплив на дисбаланс, зовні себе не проявляють: вони, так би мовити, внутрішні. Можливі прояви деяких з них, які можна виявити своїми очима, представлені на фото 1.
Підвищення вимог до технологічної точності всіх процесів виробництва шин і деталей колеса – неодмінна умова поліпшення їх якості, а значить і зниження дисбалансу і биття. Але оскільки уникнути дисбалансу і биття неможливо, ГОСТ 4754-97 регламентує вимоги до цих показників.

При експлуатації автомобіля дисбаланс дисків в зборі з шинами доцільно перевіряти через кожних 2-3 тис. км., а через кожних 10 тисяч колеса з шинами необхідно балансувати заново.