對汽車車輪動(dòng)平衡檢測數(shù)據(jù)的校驗(yàn)評價(jià)

摘 要：隨著我國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展和汽車技術(shù)水平的提高，對駕駛汽車時(shí)多重路況，以及行駛速度變換要求越來越高，車輪不平衡對汽車安全性能的影響也越來越大，車輪不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的不平衡力的大小和方向在不斷變化，一是整車有上下跳動(dòng)的趨勢，引起垂直方向的振動(dòng)，影響汽車行駛平穩(wěn)性，二是引起轉(zhuǎn)向輪橫向擺動(dòng)，影響汽車操縱穩(wěn)定性和行駛安全。更嚴(yán)重的還會造成輪胎、轉(zhuǎn)向及傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的沖擊和磨損，縮短使用壽命。因此，汽車使用一段時(shí)間后，一定要對車輪進(jìn)行動(dòng)平衡檢測，測出不平衡質(zhì)量和相位，并對其校正。國家對車輛的行駛中，要求人員財(cái)產(chǎn)安全的保障越來越提到較高的范疇，為確保車輪動(dòng)平衡機(jī)檢測出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，依據(jù)JJF1151—2006《車輪動(dòng)平衡機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》對各汽修企業(yè)以及4S店在用的車輪動(dòng)平衡機(jī)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，校驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：車輪;輪動(dòng)平衡;檢測;校驗(yàn)

1 汽車車輪動(dòng)平衡機(jī)的工作原理

1.1車輪靜平衡和車輪靜不平衡

車輪靜平衡是一種理想的狀態(tài)，要求車輪質(zhì)心與其幾何、旋轉(zhuǎn)中心重合。簡單的檢驗(yàn)方法是：支起車輪，將輪軸調(diào)至水平，調(diào)整好輪轂軸承的松緊度，用手輕轉(zhuǎn)車輪，待其自然停轉(zhuǎn)，此時(shí)在車輪離地最底點(diǎn)做一個(gè)記號。重復(fù)試驗(yàn)多次，如果每次離地最底點(diǎn)相同，證明車論存在靜不平衡。如果每次試驗(yàn)自然停轉(zhuǎn)位置各不相同，則證明車輪是靜平衡。

在實(shí)際生活中，不論是新制造的還是使用中的車輪都存在車輪靜不平衡和動(dòng)不平衡問題，這就需要我們利用車輪動(dòng)平衡機(jī)對車輪不平衡質(zhì)量及相位的大小進(jìn)行測試，并對車輪不平衡點(diǎn)的不平衡量予以校正。

對于靜不平衡車輪，其車輪質(zhì)心與其幾何、旋轉(zhuǎn)中心不重合，車輪旋轉(zhuǎn)過程中在不平衡點(diǎn)產(chǎn)生慣性離心力，現(xiàn)將車輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360°分析各點(diǎn)慣性離心力的情況，假設(shè)車輪的幾何、旋轉(zhuǎn)中心為O點(diǎn)（即坐標(biāo)原點(diǎn)），不平衡點(diǎn)的坐標(biāo)為（r，θ）r是不平衡點(diǎn)的質(zhì)量距車輪的幾何、旋轉(zhuǎn)中心的距離，θ不平衡點(diǎn)與x軸的夾角，不平衡點(diǎn)的質(zhì)量為m，車輪旋轉(zhuǎn)角速度為ω，車輪轉(zhuǎn)速為n，ω=2πn，離心力的方向與車輪的切線垂直。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)離心力F=4π2mm2，可以看出，離心力F與車輪轉(zhuǎn)速n、不平衡點(diǎn)的質(zhì)量m、不平衡點(diǎn)的質(zhì)量距車輪的幾何、旋轉(zhuǎn)中心的距離r成正比。離心力F可分解為水平分力Fx=Fcosθ和垂直分力Fy=Fsinθ。在車輪旋轉(zhuǎn)一周中，垂直分力Fy=Fsinθ有兩次落在通過車輪中心的垂線上，一次在θ=90°，一次在θ=270°，方向相反，均達(dá)到最大值，使車輪上下跳動(dòng)，引起車輪擺振。水平分力Fx=Fcosθ有兩次落在通過車輪中心的水平線上，一次在θ=0°，一次在θ=180°，方向相反，均達(dá)到最大值，使車輪前后竄動(dòng)，造成前輪擺振。當(dāng)左、右輪的不平衡點(diǎn)的質(zhì)量相互處于180°位置時(shí)，前輪擺振最為嚴(yán)重。

1.2車輪動(dòng)不平衡

靜平衡的車輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩，出現(xiàn)動(dòng)不平衡，使車輪產(chǎn)生擺振。在車輪的A、B兩平面內(nèi)，有兩不平衡點(diǎn)，作用半徑相同（r），相位相反（θ、θ+180°）的兩質(zhì)點(diǎn)m1、m2， 車輪是靜平衡的。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力形成力偶，使車輪處于動(dòng)不平衡。如果車輪是轉(zhuǎn)向輪，那么在力偶的作用下轉(zhuǎn)向輪就會繞主銷左右擺動(dòng)。如果在m1、m2同一作用半徑（r）的相反方向（θ+180°、θ）上配上相同質(zhì)量的m'1=m1、m'2=m2，形成一個(gè)與m1、m2，相反方向的平衡轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的車輪處于動(dòng)平衡狀態(tài)，經(jīng)過以上分析可知：靜平衡的車輪不一定是動(dòng)平衡的，但動(dòng)平衡的車輪一定是靜平衡的，因此，國家對車輪必須進(jìn)行動(dòng)平衡檢測，以確保車輛行駛安全。

1.3車輪動(dòng)不平衡檢測方法

（1）靜不平衡

安裝在特制平衡軸或平衡機(jī)轉(zhuǎn)軸上的車輪，如果不平衡，在自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，其不平衡點(diǎn)處于最下面的位置才能保持靜止?fàn)顟B(tài)，給車輪不平衡點(diǎn)配重平衡后，車輪停于任一位置。利用物體平衡原理，可測得車輪的靜不平衡點(diǎn)的質(zhì)量和相位。

車輪平衡機(jī)檢測車輪靜不平衡的原理就是支承離地面的車輪如果不平衡，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的上下振動(dòng)通過轉(zhuǎn)向節(jié)或懸架傳遞給檢測裝置的傳感磁頭、可調(diào)支架和底座內(nèi)的傳感器。傳感器變成的電信號控制頻間燈閃光，以指示車輪不平衡點(diǎn)位置，并由輸入指示裝置指示不平衡質(zhì)量和相位。

（2）動(dòng)不平衡

現(xiàn)在以硬支撐平衡機(jī)為例來分析離車式車輪動(dòng)平衡機(jī)的工作原理，硬支撐是指支撐剛度很大，車輪支撐系統(tǒng)振動(dòng)很小，車輪的慣性力可以略去不計(jì)。

平衡機(jī)主軸長為L， 并且L>a+b+c， 其中：a是被測車輪距N2支撐點(diǎn)的距離;b是被測車輪輪輞寬度;c是平衡機(jī)主軸N1、N2兩支撐點(diǎn)之間的距離，c為平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，N1、N2為兩支撐點(diǎn)的動(dòng)反力，由相應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號后測出。

設(shè)有不平衡質(zhì)量m1、m2，集中在兩側(cè)輪輞的邊緣處，且在同一方向，車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)質(zhì)量m1、m2產(chǎn)生的離心力為F1，F(xiàn)2 ，N1、N2為平衡機(jī)主軸左右支撐測得的動(dòng)反力，由相應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號后測出，根據(jù)物體平衡條件，力和力矩的平衡條件有：

已知：a、b、c、N1、N2就可計(jì)算出F1，F(xiàn)2，再根據(jù)離心力計(jì)算公式F=mrω2，求出不平衡質(zhì)量m1、m2，式中：ω為車輪平衡時(shí)動(dòng)平衡機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，r為不平衡點(diǎn)質(zhì)量到車輪旋轉(zhuǎn)中心的距離，一般平衡塊安裝在輪輞邊緣，所以r=d/2，d是被測車輪輪輞直徑，可查看輪胎代號讀取。

2 動(dòng)平衡機(jī)標(biāo)準(zhǔn)器校驗(yàn)轉(zhuǎn)子和試重砝碼應(yīng)改進(jìn)

2.1標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子

在實(shí)際使用動(dòng)平衡機(jī)對車輪作動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)，動(dòng)平衡機(jī)檢測出來不平衡點(diǎn)的相位是（0～360）°任意一點(diǎn)，為提高動(dòng)平衡機(jī)相位的校準(zhǔn)能力，應(yīng)將校驗(yàn)轉(zhuǎn)子的A、B校正平面軸向的12個(gè)螺孔（相位差30°）設(shè)計(jì)成360°任意一點(diǎn)。

2.2試重砝碼

首先應(yīng)熟悉每個(gè)試重砝碼（5g、10g、20g、30g、40g、50g、60g、80g、100g、120g）幾何形狀是由大圓柱和小圓柱質(zhì)量構(gòu)成，其中小圓柱帶絲扣為擰在校驗(yàn)轉(zhuǎn)子上。設(shè)試重砝碼的質(zhì)心與它的幾何中心重合，當(dāng)試重砝碼不論加在A或B校正平面上，還是加在A或B非校正平面上，都會影響校準(zhǔn)結(jié)果。

現(xiàn)在來分析：以試重砝碼加在A校正平面上為例，進(jìn)行受力分析，A校正平面的質(zhì)心與幾何中心重合為O點(diǎn)，當(dāng)動(dòng)平衡機(jī)以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，試重砝碼產(chǎn)生離心力，其方向由O點(diǎn)指向試重砝碼的質(zhì)心并與A校正平面的夾角為α，離心力為F與主軸不垂直，離心力可分解成兩個(gè)分力，一個(gè)垂直于主軸分力Fcosα;一個(gè)沿主軸方向分力Fsinα，該分力會影響動(dòng)平衡機(jī)的校準(zhǔn)結(jié)果，只要α=0°時(shí)，F(xiàn)sinα=0，沿主軸方向分力為零，才不會影響動(dòng)平衡機(jī)的校準(zhǔn)結(jié)果。

如將每個(gè)試重砝碼的幾何形狀設(shè)計(jì)成兩個(gè)大小一樣的圓柱形并自帶螺口，兩個(gè)圓柱形組合在一塊就成為一個(gè)圓柱形砝碼，將該試重砝碼加在A校正平面上時(shí)，試重砝碼的質(zhì)心與A校正平面的質(zhì)心在同一平面上，即α=0°，沿主軸方向分力為零，這樣設(shè)計(jì)試重砝碼形狀結(jié)構(gòu)就不會影響動(dòng)平衡機(jī)的校準(zhǔn)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

張建剛（1964.01—），男，漢，籍貫：內(nèi)蒙古自治區(qū)省呼和浩特市人，大學(xué)本科，現(xiàn)職稱：工程師，研究方向：企業(yè)評價(jià)及汽車召回。