解析现代汽车车轮的平衡性能检测

　　1车轮平衡性能检测的意义
　　不平衡的车轮不仅加剧其本身的磨损，而且也必然殃及转向系统、行驶系统和传动系统，同时也是整车振动的激振源。车轮的平衡与否与汽车的平顺性、操稳性、安全性息息相关。随着高速公路和城市道路立交系统的兴建，过去被道路因素所制约的汽车高速行驶的能力得到了充分发挥，提高了运输效率，但长期掩盖在低速工况下的一些机构装置的隐患，也逐渐暴露出来，车轮不平衡便是其中之一。车轮是汽车重要组成部分，在汽车运输总成本中占10% 30%。车轮长年累月裸露在外，不仅经受日晒、风吹、雨淋，而且与粗糙不平的路面接触，极易磨损。随着汽车行驶速度的不断提高，车轮轮胎磨损量也会越来越大，如水泥路面上车速为100km/h时磨损率是车速为40km/h时的4倍，而车轮由于位置不正或失调严重时，其磨损率是正常使用的车轮的10倍，缩短了车轮的使用寿命，因此车轮平衡问题不仅是交通工具发展的需要，而且在经济运输和安全可靠上也是势在必行的。不平衡的车轮不仅加剧其本身的磨损，而且也必然殃及转向系统、行驶系统和传动系统，同时也是整车振动的激振源。车轮的平衡与否与汽车的平顺性、操稳性、安全性息息相关，这已成为人们的共识。讨论它的成因及危害，并在维修和检测作业过程中正确测定其不平衡的量值和相位，以便实施有效的平衡方法。
　　随着汽车道路条件的改善和高速公路的不断增加，汽车行驶速度也愈来愈高，因此对车轮平衡度的要求也愈来愈高。如果车轮不平衡，汽车在行驶过程中，它将造成汽车转向轮跳动和摆振，进而影响汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性。因此，车轮平衡的检测已越来越引起人们的重视。车轮跳动和摆振还会使车辆难以控制，因而对安全性也有较大影响。此外，如果车轮不平衡，还会加剧轮胎及有关部件的磨损和冲击，缩短了汽车使用寿命，增加了汽车运输成本。因此，应重视车轮不平衡引起的不良影响，并对车轮不平衡进行检测、控制和调整。
　　2车轮静平衡与静不平衡的主要原因
　　车轮不平衡包括静不平衡和动不平衡两种情况，车轮是否静平衡，可以采用以下方法进行判断。首先用举升设备支起车桥，调整好轮毂轴承松紧度，给车轮一个径向力，让车轮进行转动，由于阻力的存在，车轮会慢慢停止转动。车轮停稳后，在车轮离地面最近的地方做一标识，然后重复上面的转动过程、反复试验多次。如果车轮每次自然停止转动时所做的标记是处于任意位置的，或者用外力强迫车轮停转然后消除外力车轮也不再继续转动，则可认为车轮是静平衡的。反之，如果不管是自然停转还是强迫停转后消除外力，所作标记只有处于离地最近处时车轮才能停稳，则车轮是静不平衡的。这时，称轮胎上的标记点为不平衡点。
　　国家标准《机动车运行安全技术条件》中对车轮有如下要求：轿车轮胎胎冠上花纹深度在磨损后应不少于1.6mm，其他车辆轮胎胎冠上的花纹深度不得少于3.2mm;轮胎胎面因局部磨损不得暴露出轮胎帘布层;轮胎的胎面和胎壁上不得有长度超过25cm，深度足以暴露出轮胎帘布层的破裂和割伤;同一轴上的轮胎应为相同型号和花纹;机动车转向轮不得装用翻新的轮胎;车轮横向和径向摆动量：小型汽车和摩托车不大于5mm，其他车辆不大于8mm。
　　引起车轮不平衡有如下的主要原因：
　　(1) 前轮定位不当，尤其是前束和主销倾角，不仅影响汽车的操纵性和行驶稳定性，而且会造成轮胎偏磨，这种胎冠的不均匀磨损与轮胎不平衡形成恶性循环，因而使用中出现车轮不平衡，也可能是车轮定位角失准的信号。
　　(2) 轮胎和轮辋以及档圈等因几何形状失准或密度不均匀而先天形成的重心偏离。
　　(3) 因轮毂和轮辋定位误差使安装中心与旋转中心难以重合。
　　(4) 维修过程的拆装破坏了原有的整体综合重心。
　　(5) 轮辋直径过小，运行中轮胎相对于轮辋在圆周方面滑移，从而发生波状不均匀磨损。
　　(6) 轮胎翻新中因定位精度不高而造成新胎冠厚度不均匀而使重心改变。
　　(7) 高速行驶中制动抱死而引起的纵向和横向滑移，会造成局部的不均匀磨损。
　　3车轮不平衡的检测方法
　　车轮不平衡的检测分为离车式和就车式两种，离车式是把车轮拆下后单独进行检测，而就车式是不拆下车轮，直接在车轴上对车轮平衡度进行检测。
　　离车式：根据车轮静平衡的判定原理可以对车轮静不平衡量进行检测。即安装在特制平衡心轴或平衡仪转轴上的车轮，如果不平衡，在自由转动状态下，只有当其不平衡点处于最下方位置时才能保持静止状态，而在配重平衡后则可停于任何一个位置。因此，通过改变配重质量的大小及安装位置便可以测得静不平衡质量和相位。
　　就车式：车轮静不平衡度就车式检测，可以用就车式车轮平衡机进行。就车式车轮平衡机检测车轮静不平衡的原理如图1所示。被支离地面的车轮如果不平衡，转动时产生的上下振动通过转向节或悬架传给检测装置的传感磁头、可调支杆和底座内的传感器，传感器将其变成电信号后控制频闪灯闪光以指示车轮不平衡点位置，并输入指示装置指示出车轮不平衡度。当传感磁头传递向下的力时频闪灯发亮，所照射到的车轮最下部的点即为不平衡点。当不平衡点的质量愈大时，传感器的受力也愈大，变换的电量也愈大，指示装置指示的数值也愈大。
　　方法和步骤如下：a.被测车轮的准备。去掉车轮轮辋上已有平衡块，清除轮胎表面的泥土和花纹中的石子，检查轮胎气压并充至规定值，在轮胎侧面任意处贴上白色反光标志。b.用举升器顶起车桥，将车桥落座于车桥支架上，检查车轮转动是否自如，车轮轴承有无松旷，如松旷应进行调整。c.把摩擦轮紧压在被测车轮上，按下第一次试验按钮，启动电动机带动摩擦轮和被测车轮高速旋转，注意使车轮旋转方向与汽车前进时一致。待转速上升到适当转速时，分离摩擦轮同时释放按钮，测量系统记录与不平衡力及其相位有关的、但未经标定的原始数据。d.在反光标志处加装预设的标定质量，按下第二次试验按钮，重复第三步操作。当转速达到设定值时指示灯亮，测量系统把第一次试验测得的数据转换成为应加装的平衡块质量和相位，并显示在仪表板上，这就是平衡机的自标定功能。根据显示的质量，在指定相位上加装上平衡块，同时去掉标定质量块。e.再次重复第三步操作，检测剩余不平衡量，是否满足规定要求。
　　如果是驱动桥，则可利用发动机动力驱动车轮旋转，其他操作同上所述。对于平衡要求较高的车辆，为了消除阻尼造成的相位误差，平衡时可令车轮左右各转一次，取两次的平均值为最后测定值。
　　检测车轮摆动量：轿车轮胎总成装完之后，必须进行车轮的平衡，以免车辆行驶中加剧轮胎和行走部分机件的磨损，以及造成车辆安全性降低。检测车轮摆动量时，先将前桥和后桥架起，使车轮离地，检测轮毂轴承的松紧度是否合适，再用钢皮尺放在与车轮中心高度相同的木块上，将尺靠在轮辋边沿处，用手转动车轮，察看轮辋边沿的摆动情况，如摆动超过10mm时，应详细检查其原因，如系轮盘扭曲变形应予校正;如系安装时轮盘不清洁，或螺母松动等，应拆下清洁或旋紧轮胎螺母。
　　检测轮辋径向跳动：汽车行驶一段距离，以消除汽车停车位置造成的轮胎接触扁平区。轮辋从原来的安装位置移动两个轮胎螺栓的距离。并重新扭紧轮胎螺栓达到标准的转矩值;再检查跳动，若仍然超差，在轮胎胎侧，轮辋和轮胎螺栓的最大跳动点上做出标记。并按下述方法再进行：相对轮辋转动轮胎位置，做好标记后，将轮胎从轮辋上拆下按原来的位置，将轮辋重新安装在轮毂上。检查轮辋的径向跳动量，其值应小于0.9mm。端面跳动量应小于1.1mm。若最大的轮辋径向跳动点接近原来的记号，将轮胎从原来的位置转动角度重新安装，再检查测量，若还达不到要求，应进一步检测有关零部件，进行修理或更换。
　　4车轮动不平衡检测
　　离车式车轮动平衡：对于动不平衡的离车式检测比静不平衡复杂，其检测装置有机械式动平衡机和电测式动平衡机之分。用电测式动平衡机(硬式车轮平衡机) 进行车轮动平衡度检测时，把车轮架在平衡机转轴支撑装置上，由于车轮的不平衡，在转动过程中给平衡机转轴支撑装置施加一动反力，从而引起支撑装置的振动，通过传感器把振动量转变成电信号的方式检测出不平衡量。硬支承式车轮平衡机，由于转轴支承装置刚度大、固有振动频率高、振幅小，因而车轮转动中的惯性力可以忽略不计。车轮不平衡所产生的离心力是以力的形式作用在支承装置上的，只要测出作用在支承装置上的力或因此而产生的振动，就可测得车轮的不平衡量。通过运算即可根据动反力确定出两个校正面上的离心力，再根据离心力确定出两校正面上的平衡量。这种动平衡机一般由转轴与支承装置、驱动装置、制动装置、显示与控制装置、机箱和车轮防护罩等组成。转轴由两滚动轴承进行支承，各轴承处均有一能将动反力变为电信号的传感器，被测车轮通过锥体和快速螺母等固装在转轴的外端。驱动装置一般由电动机、传动机构等组成，其作用是带动转轴旋转。驱动装置、转轴与支承装置等一同装在机箱内。车轮防护罩可防止车轮旋转对其上的平衡块或花纹内夹杂物飞出伤人。制动装置的作用是在适当时候使车轮强制停转。
　　就车式车轮动平衡机：就车式车轮动平衡机通常由驱动装置、测量装置、指示与控制装置、制动装置和小车等组成。驱动装置由电动机、转轮等组成，能带动已被支离地面的车轮转动。检测从动车轮时，将转轮直接紧靠于车轮的胎面，电动机通过转轮带动车轮旋转。测量装置由传感磁头、可调支杆、底座和传感器等组成，检测时，将传感磁头吸附在独立悬架下臂或非独立悬架的转向节处或低板上，将振动信号传给底座内的传感器，从而将车轮不平衡量产生的振动变成电信号，并送至指示与控制装置。指示装置由频闪灯、不平衡度表或数字显示屏等组成，频闪灯用来指示车轮不平衡点位置。不平衡度表或数字显示屏用来指示车轮的不平衡量，一般有两个挡位。第一挡往往用于初查时的指示，第二挡往往用于装上平衡块后复查时指示。制动装置通常为摩擦式制动器，用于车轮止动，以便进行车轮平衡作业。除测量装置外，车轮平衡机的其他装置均装在小车上，可进行移动，这为测量带来了很大的方便。
　　就车式平衡的原理：就车式车轮平衡仪检测车轮动不平衡的原理。首先用千斤顶或举升器等支起车桥使车轮离地，车轮平衡仪传感磁头安装于制动底板边缘部位，且平行于车轮转动中心。转动车轮，如果车轮动不平衡，则必然引起车轮绕主销的摆振，该摆振通过传感磁头传到传感器，传感器将此振动信号转换为电信号，控制频闪灯闪光并指示动不平衡值，其测量原理与静不平衡就车式检测基本相同。前从动轮动平衡检测时，首先将传感磁头吸附在经过擦拭的制动底板边缘平整处，并尽量使磁头与车轮旋转中心处在同一水平位置。然后操纵平衡机电动机使车轮旋转至规定转速，用频闪灯观察轮胎标记位置，从仪表上读取车轮动不平衡量数值。
　　5结束语
　　总之，车轮平衡问题越来越重要的一个原因是车辆维修的经济问题，由于汽车运输费用的提高，促使人们寻求一种延长汽车部件的额定寿命、降低汽车运输成本的途径，而车轮上的不平衡质量，会在车辆的转向部件上产生比它本身质量大2 300倍的作用力，这样会大大降低转向部件的寿命，必须更换，否则就会影响行车安全