汽车车轮动平衡机工作原理及其检测方法的改进.pdf

汽车车轮动平衡机工作原理及其检测方法的改进 近几年，随着我国汽车行业的飞速发展和汽车技术水平的提高， 汽车可行驶速度越来越高， 车轮不平衡对汽车安全性能的影响也越来 越大。车轮不平衡产生的不平衡力的大小和方向在不断变化，一是整 车有上下跳动的趋势，引起垂直方向的振动，影响汽车行驶平稳性; 二是引起转向轮横向摆动， 影响汽车操纵稳定性和行驶安全。更严重 的还会造成轮胎、 转向及传动系统零部件的冲击和磨损，缩短使用寿 命。因此，汽车使用一段时间后，一定要对车轮进行动平衡检测。 计量法明确了车轮动平衡机属于国家依法管理的计量器具， 测量出的数据是否准确可靠直接关系到车辆的行驶安全。为了保证广 大人民群众的生命财产安全， 确保车轮动平衡机检测出的数据准确可 靠，计量部门依据jjf1151-2006车轮动平衡机校准规范对各汽 修企业以及 4s 店在用的车轮动平衡机依法进行校准。 一、汽车车轮动平衡机的工作原理 1. 车轮静平衡和车轮静不平衡 车轮静平衡是一种理想的状态，要求车轮质心与其几何、旋转中 心重合。简单的检验方法是：支起车轮，将轮轴调至水平，调整好轮 毂轴承的松紧度，用手轻转车轮，待其自然停转，此时在车轮离地最 低点作一个记号。重复试验多次，如果每次离地最低点相同，证明车 轮存在静不平衡。 如果每次试验自然停转位置各不相同，则证明车轮 是静平衡。 在实际生活中，不论是新制造的还是使用中的车轮都存在车轮静 不平衡和动不平衡问题， 这就需要利用车轮动平衡机对车轮不平衡质 量及相位的大小进行测试，并对车轮不平衡点的不平衡量予以校准。 对于静不平衡车轮，其车轮质心与其几何、旋转中心不重合，车 轮旋转过程中在不平衡点产生惯性离心力。现将车轮逆时针旋转 360°分析各点惯性离心力的情况，假设车轮的几何、旋转中心为o 点(即坐标原点 ) ，不平衡点的坐标为 (r ，)，r 是不平衡点的质量 距车轮的几何、旋转中心的距离，为不平衡点与 x 轴的夹角，不平 衡点质量为 m ，车轮旋转角速度为 ，车轮转速为 n，=2n，离心 力的方向与车轮的切线垂直，如图1 所示。根据圆周运动离心力f=4 2mrn2，可以看出，离心力 f 与车轮转速 n、不平衡点的质量 m 、不 平衡点的质量距车轮的几何、 旋转心的距离 r 成正比。离心力 f 可分 解为水平分力 fx=fcos 和垂直分力 fy=fsin 。 在车轮旋转一周中， 垂直分力 fy=fsin 有两次落在通过车轮中心的垂线上，一次在 =90°，一次在 =270°，方向相反，均达到最大值，使车轮上下跳 动，起车轮摆振。水平分力fx=fcos 有两次落在通过车轮中心的水 平线上，一次在 =0°，一次在 =180°，方向相反，均达到最大值， 使车轮前后窜动，造成前轮摆振。当左、右轮的不平衡点的质量相互 处于 180°位置时，前轮摆振最为严重。 2. 车轮动不平衡 静平衡的车轮在高速旋转时可能产生不平衡转矩，出现动不平衡， 使车轮产生摆振。 在车轮的 a、b 两平面内有两不平衡点，作用半径相同(r) ，相位 相反(、+180°) 的两质点 m1 、m2 ，车轮是静平衡的，当车轮旋 转时，两质点产生的离心力形成力偶，使车轮处于动不平衡。如果车 轮是转向轮， 那么在力偶的作用下转向轮就会绕主销左右摆动。如果 在 m1 、m2同一作用半径 r 的相反方向 (+180°、)上配上相同质 量的 m 1=m1 、m 2=m2 ，形成一个与 m1 、m2相反方向的平衡转矩， 此时的车轮处于动平衡状态(见图 2)。经过以上分析可知：静平衡的 车轮不一定是动平衡的，但动平衡的车轮一定是静平衡的。因此，国 家对车轮必须进行动平衡检测，以确保车辆行驶安全。 3. 车轮动不平衡检测方法 (1) 静不平衡安装在特制平衡轴或平衡机转轴上的车轮，如果不平 衡，在自由转动状态下， 其不平衡点处于最下面的位置才能保持静止 状态，给车轮不平衡点配重平衡后，车轮停于任一位置。利用物体平 衡原理，可测得车轮的静不平衡点的质量和相位。 车轮平衡机检测车轮静不平衡的原理就是支承离地面的车轮如果 不平衡，车轮转动时产生的上下振动通过转向节或悬架传递给检测装 置的传感磁头、 可调支架和底座内的传感器。 传感器变成的电信号控 制频间灯闪光， 以指示车轮不平衡点位置， 并由输入指示装置指示不 平衡质量和相位。 (2) 动不平衡现在以硬支撑平衡机为例来分析离车式车轮动平衡 机的工作原理，硬支撑是指支撑刚度很大，车轮支撑系统振动很小， 车轮的惯性力可以忽略不计。 平衡机主轴长为l ，并且 la+b+c，其中： a 是被测车轮距 n2 支 撑点的距离 ;b 是被测车轮轮辋宽度 ;c 是平衡机主轴 n1、 n2 两支撑点 之间的距离，c 为平衡机的结构参数， n1、 n2 为两支撑点的动反力 ( 见 图 3) ，由相应传感器转换成电信号后测出。 设有不平衡质量m1 、m2 ，集中在两侧轮辋的边缘处，且在同一方 向，车轮旋转时质量m1 、m2产生的离心力为f1 、f2 ，n1、n2 为平衡 机主轴左右支撑测得的动反力，由相应传感器转换成电信号后测出， 根据物体平衡条件，力和力矩的平衡条件有： 已知 a、b、c、n1、n2 就可计算出 f1 、f2 ，再根据离心力计算公 式 f=mr2，求出不平衡质量 m1 、m2 ，式中：为车轮平衡时动平衡 机主轴的转动角速度， r 为不平衡点质量到车轮旋转中心的距离，一 般平衡块安装在轮辋边缘，所以r=d/2 ，d 是被测车轮轮辋直径，可 查看轮胎代号读取。 二、动平衡机标准转子和试重砝码应改进 1. 标准校验转子 在实际使用动平衡机对车轮作动平衡试验时，动平衡机检测出来 不平衡点的相位是0360°中任意一点。为提高动平衡机相位的校准 能力，应将校验转子的a、 b 校准平面轴向的 12 个螺孔(相位差 30°) 设计成 360°任意一点。 2. 试重砝码 首先应熟悉每个试重砝码 (5g 、10g、20g、30g、40g、50g、60g、 80g、100g、120g)的几何形状是由大圆柱和小圆柱质量构成，其中小 圆柱带丝扣为拧在校验转子上(见图 4) 。设试重砝码的质心与它的几 何中心重合， 当试重砝码不论加在a 或 b 校准平面上， 还是加在 a 或 b 非校准平面上，都会影响校准结果。 现在来分析以试重砝码加在a 校准平面上为例， 进行受力分析， a 校准平面的质心与几何中心重合为o 点，当动平衡机以角速度 旋转 时，试重砝码产生离心力，其方向由o 点指向试重砝码的质心并与a 校准平面的夹角为 ，离心力为 f ，与主轴不垂直。离心力可分解成 两个分力：一个垂直于主轴分力fcos ; 一个沿主轴方向分力fsin ， 该分力会影响动平衡机的校准结果。只有当 =0°时，fsin =0， 沿主轴方向分力为零，才不会影响动平衡机的校准结果。 如将每个试重砝码的几何形状设计成两个大小一样的圆柱形并自 带螺口，两个圆柱形组合在一块就成为一个圆柱形砝码，将该试重砝 码加在 a 校准平面上时，试重砝码的质心与a 校准平面的质心在同一 平面上，即 =0°(见图 5); 沿主轴方向分力为零，这样设计试重砝 码形状结构就不会影响动平衡机的校准结果。