Объект исследования и описание производственного процесса

Проблема балансировки колес возникла со времени появления автомобилей. Однако пока скорость движения была мала, а покрытия дорог – несовершенны, даже значительные дисбаланс и биения колес мало волновали. Но с возрастанием скоростей и улучшением покрытий дорог ситуация в корне изменилась.

Дисбаланс – наличие неуравновешенных вращающихся масс: ступиц, тормозных барабанов, ободьев и особенно шин затрудняет управление автомобилем, снижает срок службы амортизаторов, подвески, рулевого управления, шин, безопасность движения, увеличивает расходы на техническое обслуживание.

Колесо любого транспортного средства является объектом вращения. Оно должно иметь симметричную форму, а это означает, что все точки поверхности колеса в сечениях должны быть равноудалены от оси его вращения, а центр тяжести – лежать на этой оси.

Колесо считается уравновешенным (отбалансированным), когда ось его вращения является и главной центральной осью инерции. Но как само колесо, его составные части, так и резиновую шину изготовляют с определенными допускаемыми отклонениями от номинальных значений параметров, поэтому оно практически всегда несимметрично, а, значит, и неуравновешенно.

Различают два основных вида неуравновешенности – статическую и динамическую. Статическая это такая неуравновешенность колеса, когда главная центральная ось инерции (О1 - О1), на которой находится центр тяжести колеса (ЦТ), параллельна оси вращения (О – О), но не совпадает с ней.

Рис.1.1 Дисбаланс колеса: а) - статический, б) – динамический.

В этом случае сила тяжести неуравновешенной массы (m_н) такого колеса создаст вращающий момент: свободно установленное на оси колесо начнет вращаться (колебаться подобно маятнику) и остановится только тогда, когда неуравновешенная масса (m_н) займет крайнее нижнее положение. Значит, чтобы уравновесить данное колесо статически надо с диаметрально противоположной стороны колеса установить корректирующую массу уравновешивающий груз (m_у). Такое уравновешивание называется статической балансировкой.

Динамический дисбаланс обусловлен неуравновешенностью по ширине колеса и может быть обнаружен только при вращении его. У такого колеса ось вращения хотя и проходит через центр тяжести, но с главной центральной осью инерции образует некоторый угол α. Неуравновешенные массы колеса в этом случае приводятся к двум массам (m_н), лежащим в диаметральной плоскости. При вращении колеса в местах расположения центров тяжести неуравновешенных масс возникнут центробежные силы (Р_ц), которые, действуя в противоположных направлениях, создадут пару сил с моментом вращения М=Р α. Он и характеризует величину динамического дисбаланса.

Для уравновешивания колеса надо на закраинах обода в плоскости действия указанной пары сил с внутренней и с наружной стороны колеса укрепить соответствующие уравновешивающие грузики (m_у), тем самым устранить динамический дисбаланс.

Дисбаланс колеса является следствием либо его конструкции – наличием вентильного отверстия в диске, переменного шага рисунка протектора шины, люком для регулировки тормозов в тормозном барабане, либо технологичности изготовления – неточности геометрической формы, отклонения размеров, неоднородности материалов и т.д.

Точность изготовления деталей колеса оценивается радиальным и боковым биениями, овальностью, местными отклонениями формы. На дисбаланс оказывают влияния биения, овальность – практически не влияет.

Радиальное биение характеризуется разностью расстояний от любых точек беговой дорожки протектора шины до оси вращения колеса. Боковое биение – разностью расстояний боковой поверхности за один оборот колеса от плоскости, перпендикулярной к оси вращения колеса.

Итак, проблема дисбаланса и биений связана с качеством изготовления неуравновешенных вращающихся масс автомобиля. Создать идеальное колесо без дисбаланса и биений практически невозможно. Поэтому на практике при производстве каждой детали колесного узла и шины вводятся определенные ограничения, допуски, исходя из условий их работы и возможностей изготовления. Самую большую «лепту» в дисбаланс колеса вносит шина. Она наиболее удалена от центра вращения, имеет большой вес, сложную многокомпонентную структуру, изготовлена из различных материалов: резины, тканей, стальной проволоки и т.п. Чем дальше от центра лишняя масса материала покрышки, тем большее влияние на дисбаланс она оказывает.

Если шина камерная, то общий дисбаланс ее складывается из дисбалансов покрышки и ездовой камеры, который также зависит от их взаимного расположения. В камере разная толщина стенки, ее стык, особенно если он укреплен стыковочной ленточкой, вентиль оказывают влияние на дисбаланс. Поэтому чтобы его уменьшить, при изготовлении камеры вентиль устанавливают на сторону, противоположную стыку, камеру вставляют в покрышку таким образом, чтобы вентиль камеры совпал с легким местом покрышки. Однако дисбаланс камеры намного меньше дисбаланса покрышки. Основные факторы, влияющие на дисбаланс и биение покрышек:

• стык протектора, неравномерность его толщины по длине окружности, переменный шаг рисунка протектора, в зимних ошипованных шинах – шипы (в новой покрышке и по мере их выпадения);

• стыки в слое корда, стыки слоев корда в каркасе и брекере;

• стык герметизирующего слоя в бескамерной шине;

• неконцентричность бортовых колец, большой нахлест проволоки в бортовом кольце;

• непостоянство углов наклона нитей корда в слоях каркаса и брекера;

• расхождение нитей корда в слоях;

• точность изготовления пресс-формы;

• разная толщина боковых стенок и боковин;

• сгруппированные в одном месте маркировка обозначений на боковине покрышки и пр.

Большинство из перечисленных факторов, оказывающих влияние на дисбаланс, внешне себя не проявляют: они внутренние.

Рис.1.2 Переменный шаг рисунка протектора как «источник» дисбаланса покрышки

а) б)

в)

Рис.1.3 Стыки слоя каркаса, как «источники» дисбаланса покрышки: а) – одиночный стык; б) – два стыка; в) – два стыка рядом.

Повышение требований к технологической точности всех процессов производства шин и деталей колеса – непременное условие улучшения их качества, а значит и снижение дисбаланса и биений.

 

Но поскольку избежать дисбаланса и биений невозможно, ГОСТ 4754-97 регламентирует требования к этим показателям.

При эксплуатации автомобиля дисбаланс колес в сборе с шинами целесообразно проверять через каждые 2-3 тыс. км, а через каждые 10 тысяч колеса с шинами необходимо балансировать заново.

 

Выписка из ГОСТ 4754-97 ШИНЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ДЛЯ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ, ПРИЦЕПОВ К НИМ, ЛЕГКИХ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И АВТОБУСОВ ОСОБО МАЛОЙ ВМЕСТИМОСТИ (Технические условия)

5.1.7 При вкладывании камеры в покрышку легкое место покрышки должно быть совмещено с вентилем камеры и отмечено на покрышке меткой в виде круга диаметром 5-10 мм, нанесенного прочной несмываемой краской так, чтобы она не закрывалась ободом колеса.

5.1.8 Динамический дисбаланс шин в сборе с колесом должен устраняться корректирующей массой, указанной в таблице 4, с каждой стороны обода колеса.

Таблица 4.

 

5.1.9 Биение шин должно быть не более норм, указанных в таблице 5.

Таблица 5.

Такая выписка из ГОСТ 4754-97 должна быть вывешена в каждой шиномонтажной мастерской.