Балансировка шин , также называемая дисбалансом шин или дисбалансом шин , описывает распределение массы внутри автомобильной шины или всего колеса (включая обод ), на котором оно установлено.
Когда колесо вращается, асимметрия в распределении его массы может привести к тому, что оно приложит периодические силы и крутящие моменты к оси, что может вызвать нарушения езды, обычно в виде вертикальных и поперечных вибраций, а также может вызвать колебания рулевого колеса . Частота и величина этого нарушения плавности хода обычно увеличиваются с увеличением скорости, и подвеска транспортного средства может прийти в возбуждение, когда частота вращения колеса равна резонансной частоте подвески.
Баланс шин измеряют на заводах и в ремонтных мастерских двумя методами: на статических балансировочных станках и на динамических балансировочных станках. Шины с большим дисбалансом снижаются или бракуются. Когда шины устанавливаются на колеса в точке продажи, их снова измеряют на балансировочном станке и применяют корректирующие грузы для противодействия их совокупному дисбалансу. Шины можно отбалансировать, если водитель чувствует чрезмерную вибрацию. Балансировка шин отличается от балансировки колес .
Статическая балансировка требует, чтобы центр масс колеса находился на его оси вращения, обычно в центре оси, на которой оно установлено. Статический баланс можно измерить с помощью станка для статической балансировки, на котором шину помещают на вертикальный невращающийся шпиндель. Если центр массы шины не расположен на этой вертикальной оси, то сила тяжести приведет к отклонению оси. Величина отклонения указывает на величину дисбаланса, а ориентация отклонения указывает на угловое расположение дисбаланса. На заводах по производству шин в статических балансировочных станках используются датчики , установленные на шпинделе. В магазинах по продаже шин статические балансировочные устройства обычно представляют собой невращающиеся пузырьковые балансировочные устройства, где величина и угол дисбаланса указываются центральным пузырем маслонаполненного стеклянного смотрового указателя. Хотя некоторые очень маленькие магазины, в которых нет специализированного оборудования, все еще выполняют этот процесс, они в основном заменены более крупными магазинами с машинами.
Динамический баланс требует, чтобы главная ось момента инерции шины была совмещена с осью, вокруг которой вращается шина, обычно с осью, на которой она установлена. На шинном заводе шина и колесо монтируются на испытательном колесе балансировочной машины, узел вращается со скоростью 100 об/мин (от 10 до 15 миль в час с современными датчиками высокой чувствительности) или выше, 300 об/мин (от 55 до 60 миль в час с типичной низкой чувствительностью). датчики), а силы дисбаланса измеряются датчиками. Эти силы преобразуются в статические и парные значения для внутренней и внешней плоскостей колеса и сравниваются с допуском на дисбаланс (максимально допустимыми производственными пределами). Если шина не проверена, она может вызвать вибрацию подвески автомобиля, на котором она установлена. В шиномонтажных магазинах шина/колеса в сборе проверяются на балансировочном стенде, который определяет величину и угол дисбаланса. Затем балансировочные грузы устанавливаются на внешний и внутренний фланцы колеса. [1]
Хотя динамический баланс теоретически лучше статического баланса, поскольку как динамический, так и статический дисбаланс можно измерить и исправить, его эффективность оспаривается из-за гибкой природы резины. Шина в машине со свободным вращением может не испытывать такой же центробежной деформации, тепловой деформации, а также веса и развала, как на транспортном средстве. Таким образом, динамическое балансирование может создать новые непреднамеренные дисбалансы. [2]
Динамическая балансировка традиционно требовала снятия колеса с автомобиля, но датчики, установленные в современных автомобилях, например, антиблокировочная система тормозов , могут позволить оценить дисбаланс во время движения. [3]
В первом приближении, в котором не учитываются деформации, возникающие из-за его упругости, колесо представляет собой жесткий ротор , вынужденный вращаться вокруг своей оси. Если главная ось момента инерции колеса не совмещена с осью из-за асимметричного распределения массы, то необходим внешний крутящий момент, перпендикулярный оси, чтобы заставить колесо вращаться вокруг оси. Этот дополнительный крутящий момент должен обеспечиваться осью, и ее ориентация постоянно вращается вместе с колесом. Реакция на этот крутящий момент согласно третьему закону Ньютона распространяется на ось, которая передает его на подвеску и может вызвать ее вибрацию. Автомеханики могут снизить эту вибрацию до приемлемого уровня при балансировке колеса, добавляя небольшие грузы к внутреннему и внешнему ободу колеса, которые выравнивают главную ось с осью.
Вибрация в автомобиле может возникать по многим причинам, например, из-за разбалансировки колес, несовершенной формы шин или колес, пульсации тормозов, а также изношенных или ослабленных компонентов трансмиссии, подвески или рулевого управления. Инородные материалы, такие как дорожная смола, камни, лед или снег, которые застряли в протекторе шины или иным образом прилипли к шине или колесу, также могут вызвать временный дисбаланс и последующую вибрацию. [4] [5]
Ежегодно автомеханики прикрепляют к колесам миллионы грузов, балансируя их. Традиционно эти гири делались из свинца ; По оценкам, до 500 000 фунтов (230 т) свинца, упавшего с колес автомобиля, попало в окружающую среду. [6] По данным Агентства по охране окружающей среды США , во всем мире ежегодно образуется более 20 000 тонн свинца, [7] и поэтому поощряется использование менее токсичных материалов. [8] В Европе свинцовые гири запрещены с 2005 года; в США некоторые штаты также запретили их. Альтернативой являются гири, изготовленные из свинцовых сплавов, включающих цинк или медь, или гири, вообще не содержащие свинца. [9]
В итоге колеса могут оказаться покрыты льдом и снегом. Этот твердый кусок льда вызывает тряску рулевого колеса, поскольку добавленная масса, вращающаяся вместе с колесом, нарушает балансировку колеса.