Балансировка колёс

В одной из статей цикла «Как обустроить мастерскую» говорилось о балансировочных стендах. После этой публикации некоторые читатели попросили (кое-кто даже в тоне попрека) рассказать и о самой задаче уравновешивания колес, о ее технической сути. Сегодня мы это и делаем.

ЗАЧЕМ ИХ БАЛАНСИРУЮТ

О том, какими неприятностями грозит неуравновешенность колес, большинство из нас знает по собственному опыту: ускоренно изнашиваются шины, разбалтываются сочленения подвески. Пренебрежение этим обстоятельством обходится дорого. Дело осложняется еще и тем, что ощутить дисбаланс в виде вибраций кузова или рулевого колеса не очень-то просто: частоты таковы, что до скорости 80—90 км/ч, а также свыше 110— 120 км/ч человек практически не воспринимает этих колебаний, если", конечно, дисбаланс не катастрофически велик. И нередки случаи, когда водитель заявляет примерно следующее: «Знаешь, смонтировал новые покрышки, уже третий день езжу по городу и ничего не чувствую. Не стану я тратиться на балансировку». Сожаление по поводу столь опрометчивого решения приходит гораздо позже.

Теперь о сути дисбаланса. Это неуравновешенность колеса относительно оси вращения. попросту — когда у колеса есть тяжелое и легкое место. Причины могут быть разные: неравномерное распределение массы материала (главным образом, в протекторной зоне покрышки), геометрическое смещение колеса относительно центра. Кстати, в последнем случае появляется еще и биение протектора, которое в свою очередь вызывает примерно те же последствия, что и дисбаланс. Варианты наиболее серьезных нарушений схематически показаны на рис. 1.

Вариант А — эксцентриситет посадочных полок обода. При изготовлении колеса биение полок не должно превышать 1 мм, но в эксплуатации, где диски бьют и правят, бывает намного больше. Но даже «штатный» миллиметр при прочих идеальных условиях вызывает значительный дисбаланс (500—800 г см), ибо от центра смещается вся масса колеса.

Возможно и другое — разновысокость покрышки (вариант Б). Биение протектора относительно бортов по условиям изготовления не должно превышать 1мм. однако и этот миллиметр сказывается заметно, поскольку основная масса покрышки сосредоточена в подпротекторной зоне.

Наконец, вариант В. который многие безосновательно считают главным виновником дисбаланса. Стенки покрышки могут иметь неодинаковую толщину в разных местах (специалисты так и говорят — разнотолщинность), и опять-таки это более всего относится к подпротекторной зоне. Бывает, что внешняя геометрия покрышки безупречна, а неуравновешенность налицо,авновешенность налицо, Нормативов на разнотолщинность не существует.

Как бороться с дисбалансом? Это общеизвестно: на собранное, смонтированное колесо в нужных местах навешивают специальные грузики так, чтобы вся вращающаяся масса достигла состояния безразличного равновесия. Впрочем, понятие это совсем не простое и даже не однозначное.

В СТАТИКЕ И В ДИНАМИКЕ

Представим, что перед нами колесо, у которого, как обычно, есть легкая сторона, есть тяжелая. Прикрепляем к легкой компенсирующие грузики—все уравнивается. Будучи повернутым, такое колесо произвольно останавливается в любом положении. По этому принципу и проводят так называемую статическую балансировку. Статически отбалансированное колесо равновесно именно по отношению к оси вращения и именно в состоянии покоя.

Такой «нейтралитет» сохранялся бы и при езде с любой скоростью, будь колесо плоским, как блин. Откуда тут появятся возмущающие центробежные силы и моменты? Однако автомобильное колесо довольно широкое, вследствие чего возможны определенные неприятности. На рис. 2 показан такой случай. Как видим, колесо на рисунке вполне уравновешено относительно оси, но имеет неоднородное распределение масс по своей ширине. В результате этого силы Р на плече О создают момент, который при каждом обороте стремится повернуть саму плоскость вращения влево-вправо, попросту — заставить колесо вилять. Явление вредное, провоцирующее износ шины и деталей рулевого привода, а при езде с большой скоростью даже опасное из-за нарушения устойчивости машины. Бороться с ним можно лишь соответствующей установкой балансировочных грузиков: они должны компенсировать неоднородное распределение масс не только по отношению к оси, но и по ширине вращающегося тела. Такую балансировку называют динамической; только она может гарантировать «пристойное» поведение колеса на дороге (без галопирования и виляния, вызванных центробежными силами).

КАК БАЛАНСИРУЮТ КОЛЕСО

Вначале о статической балансировке. При всех ее недостатках она отнюдь не бесполезна — как говорится, во много раз лучше, чем ничего. В частности, для задних неуправляемых колес автомобиля такая балансировка обычно вполне достаточна.

Самый старый способ — приспособление в виде упрощенной ступицы, сидящей на очень легких, «нежных» шарикоподшипниках (рис. ЗА). Колесо, закрепленное на такой ступице, само поворачивается тяжелым местом вниз. После этого на противоположной, верхней части обода закрепляют стандартные грузики (поровну с внешней и внутренней стороны колеса), добиваясь безразличного равновесия. Данный метод иногда называют статической балансировкой с горизонтальной осью вращения. Приспособление не очень сложно сделать своими силами, но нужно соблюсти достаточную точность, особенно в части токарных работ.

Гораздо проще выглядит другой метод статической балансировки — с вертикальной осью (рис. ЗБ). Если положить колесо плашмя так, что единственной опорой будет точка на оси вращения (острие штыря, прикрепленного к колесу и поставленного на любой твердый предмет), то оно сразу же станет крениться в сторону тяжелого места. Но если точка опоры находится выше центра тяжести колеса, оно не опрокинется и не упадет, а зависнете наклонном положении. В зоне приподнятого легкого места ставят грузики (опять же поровну с двух сторон обода), добиваясь, чтобы колесо расположилось строго горизонтально. Надо иметь в виду, что чувствительность метода повышается с уменьшением расстояния от точки опоры до центра тяжести колеса (размер «а» на рисунке).

Существует технологическая разновидность того же метода — с подвешиванием колеса на гибкой нити (ей может служить тонкая проволока. шнур, цепочка и т. д.), как показано на рис ЗВ.

Что касается динамической балансировки колеса, то эта задача значительно Сложнее (или, если посмотреть с другой точки зрения, проще). Дело в том. что такая работа может выполняться только на специальном стенде — примерно таком, о котором шла речь в АР N 18. Других вариантов тут не существует, пересказывать же инструкцию к балансировочному стенду просто нет необходимости.

Для полноты картины надо упомянуть еще об одном методе, получившем определенное распространение на станциях технического обслуживания. Речь идет о так называемой статической балансировке в динамическом режиме. По конечному результату это обычная статическая балансировка, позволяющая, однако, экономить силы и время за счет того, что колесо не нужно снимать с машины, достаточно лишь его вывесить. Ролик специального стенда, выполненного в виде подкатной тележки, раскручивает приподнятое колесо, а датчик колебаний, совмещенный со стробоскопом, показывает легкую зону, в которой на обод необходимо установить балансировочные грузики (тоже, разумеется, с обеих сторон, чтобы не усугублять динамический дисбаланс, если таковой имеется). Операция быстрая. но подкатной стенд стоит недешево. Сведения о таком агрегате были приведены в уже упоминавшейся статье (см. АР, № 18,1993).

Рис. 1. Основные причины дисбаланса колеса: А — эксцентриситет посадочных полок обода; Б — эксцентриситет протектора относительно бортов покрышки; В — разнотолщинность подпротекторной зоны покрышки; 1 — подпротекторная зона; 2 — окружность посадочных полок обода

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая сущность динамического дисбаланса (б — плечо действия центробежной силы Р)

О ЖИВУЧЕМ ПРЕДРАССУДКЕ

Время от времени (такие процессы всегда происходят волнообразно) среди автомобилистов вспыхивает интерес к простенькому, а потому заманчивому методу, суть которого заключается в следующем. Если в пространство внутри шины ввести небольшое количество какой-нибудь жидкости или сыпучего материала, то, по мнению энтузиастов, во время быстрого вращения колеса этот материал сам собой расположится в легкой зоне и будет играть роль балансировочного груза. Увы, как мы видели на примерах рис 1. такое может произойти лишь в варианте В. а в вариантах А и Б положение только ухудшится. В свое время сотрудники НИИ шинной промышленности провели натурный эксперимент, который подтвердил преобладающую вероятность такого ухудшения. В частности, у нескольких произвольно взятых и идеально отбалансированных «жигулевских» колес после заливки жидкости появился дисбаланс в пределах от 770 до 2350 г см. измеренный при вращении на стенде для динамической балансировки. Нетрудно догадаться, что в ходе эксплуатации это привело бы к печальным результатам.