Ощутив вибрацию, передающуюся от колес на руль, педаль тормоза и кузов машины, автовладелец задается вопросом, о том что представляет собой балансировка колес и как часто нужно её делать для предотвращения неприятных последствий.
Автор статьи: mudriy_lev
Специализация: ремонт автогенераторов и сервоприводов в автомобиле.
Место работы: сервисный центр. Стаж: 2 года.
Образование: высшее — инженер-электромеханик, среднее специальное — слесарь механосборочных работ.
В результате воздействия центробежной силы на вращающееся колесо возникает биение, интенсивность и частота которого меняется в зависимости от скорости автомобиля. Эксплуатация машины после появления дисбаланса колес чревата следующими последствиями:
- Утрата комфорта при пользовании автомобилем. В случае если биение резонансно увеличивается на определенной скорости, сносно ездить на авто возможно, только избегая соответствующих показаний спидометра. Но если вибрации сохраняются в большом диапазоне скоростей, то говорить о каком-либо комфорте невозможно.
- Неравномерность износа протектора. В результате повышенных нагрузок, эффекта пробуксовки шин и дополнительно возникающих сил трения возникает ускоренный износ. Это приводит к уменьшению интервала между заменами покрышек, что увеличивает затраты на эксплуатацию автомобиля.
- Понижение безопасности автомобиля. Обусловлено двумя факторами: ухудшением управляемости и возможным разрушением важных деталей на скорости, например, подшипника ступицы. Уменьшение площади и стабильности контакта покрышки с дорогой значительно увеличивает тормозной путь.
- Более быстрый износ элементов тормозной системы и рулевого управления. Поэтому для предотвращения дорогостоящего ремонта балансировка колес должна быть произведена в кратчайшие сроки.
- Разрушение элементов подвески, так как на нее помимо гашения ударов, возникающих из-за неровностей дорожного покрытия, возлагается справляться и с вибрациями, вызванными разбалансировкой колес.
Виды дисбаланса колес
В зависимости от координатного расположения осей вращения и инерции выделяют два вида разбалансировки колес:
- Статическая, когда оси вращения и инерции находятся в одной плоскости и параллельны друг другу. В таком случае наблюдается смещения центра тяжести колеса. Для диагностики дисбаланса колес необходимо раскрутить колесо вокруг оси и отследить наличие маятникообразного вращения.
- Динамическая, которая характеризуется отсутствием совпадения между осью вращения и осью инерции. Возникает он в результате неоптимального распределения массы по ширине колеса. Для диагностики достаточно визуально осмотреть вращающееся колесо на поддомкраченом автомобиле.
Причины возникновения дисбаланса колес
Появление разбалансировки возможно в процессе обычной эксплуатации автомобиля, но обычно этому предшествуют следующие события:
- попадание колеса в существенную ямку, либо проезд по дороге с большим количеством выбоин;
- удар колесами о бордюр, например, при неудачной парковке;
- смена покрышек, вызванная сезонностью или износом старой резины;
- большое количество грязи на колесах, например, после выезда за город;
- тюнинг автомобиля некачественными пластиковыми колпаками с нарушенной развесовкой;
- процессы усадки, возникающие после обкатки новой покрышки;
- проводились реставрационные операции с диском;
- произошел прокол покрышки.
Периодичность необходимости балансировки колес
Балансировку необходимо обязательно делать, если произошла одна или несколько ситуаций описанных выше и способных стать причиной для создания дисбаланса колеса.
Помимо этого, балансировку необходимо делать в таких случаях:
- Пробег автомобиля после последней проверки составляет 10-15 тысяч километров. Цифра, когда делать балансировку, индивидуальна и отдельно указывается автопроизводителем для каждой выпускаемой модели. Обычно необходимость проведения балансировки по причине смены сезона нивелирует балансировку из-за пробега, так как мало автовладельцев достигают 10-15 тысяч километров за полугодие. Агрессивный стиль езды сокращает интервал проведения балансировки до 7-8 тысяч километров пробега, не зависимо от рекомендаций автогигантов. Более точно определить, как часто делать балансировку, возможно только комплексно анализируя все факторы.
- Дальняя поездка. До и желательно после поездки на расстояние более 2000 километров необходимо произвести балансировку колес, что бы разрушающая вибрация не появилась во время преодоления расстояния.
- Возникновение вибраций на руле, педали тормоза, кузове автомобиля. Не зависимо от предшествующих факторов и километраже пробега, в случае возникновения перечисленных симптомов, необходимо в кратчайшие сроки посетить шиномонтаж.
Периодичность необходимости балансировки задних колес
Дисбаланс задних колес вызывает намного меньший дискомфорт водителю, чем разбалансировка передних колес. Обусловлено это тем, что вибрация не передается на рулевое управление. В случае биения педали тормоза, оно имеет небольшую амплитуду и проявляется крайне редко. Именно по этим причинам разбалансировка задних колес достаточно частое явление.
Не смотря на меньшее уменьшение комфорта при управлении автомобилем, последствия дисбаланса задних колес аналогичны разбалансировке передних, так как все перегрузи, возникающие на одном колесе, успешно передаются на другие колеса. Поэтому балансировку передних и задних колес необходимо производить одновременно. Исключением являются только случаи, если балансировка производится в результате повреждения исключительно передних колес.
Симптомы, когда нужно делать балансировку колес, могут появится как резко, так и постепенно усиливаясь день ото дня, в зависимости от причин возникновения разбалансировки. Визит в шиномонтаж не должен затягиваться, независимо от природы возникновения дисбаланса.
Со времен появления первых автомобилей, их владельцы сталкивались с проблемой балансировки колес. Раньше, скорость движения и качество дорог были не высоки, поэтому проблемы балансировки мало кого волновали. Со временем все кардинально изменилось.
Под дисбалансом колеса понимается наличие неуравновешенных крутящихся масс - ступиц, тормозных барабанов и др. По причине дисбаланса значительно затрудняется управление машиной, понижается срок эксплуатации амортизаторов, подвески, руля и безопасность движения в целом. Все это, следовательно, повышает расходы на тех. обслуживание автомобиля.
Так как колесо является вращающимся объектом любого автомобиля, оно должно обладать симметричной формой. Каждая точка вращения колеса должна быть равноудалена от оси вращения. Центр тяжести колеса при этом, должен находиться на этой самой оси.
Под балансировкой колеса понимается процесс уменьшения до допустимого уровня дисбаланса колеса, ступицы и диска, крепления колеса и элементов подвески.
Причинами нарушения баланса являются: износ резины, деформации диска и прочие причины, нарушающие форму колеса.
Колесо можно назвать правильно сбалансированным, если ось его вращения совпадает с главной центральной осью инерции. При изготовлении колес и резины, допускаются определенные погрешности от номинальных значений. По этой причине, любое колесо не сбалансировано изначально.
Существуют два вида неуравновешенности колес - статическая и динамическая.
При статической неуравновешенности главная ось инерции (O1-O1) параллельна оси вращения (О-О), но с ней не совпадает.
Дисбаланс колес может быть:
- статический;
- динамический.
В случае статического дисбаланса , тяжесть неуравновешенной массы (mH) создает вращающий момент. То есть, свободно вращающееся колесо, будет двигаться до тех пор, пока неуравновешенная масса не займет крайнего нижнего положения. В этом случае движение колеса будет подобно маятнику.
Для того чтобы устранить статический дисбаланс необходимо в месте, противоположном месту нахождения неуравновешенной массы, укрепить уравновешивающий груз (my). Это называется статической балансировкой колеса.
Динамический дисбаланс выражается в неуравновешенности колеса по его ширине. Он заметен только при его вращении. При этом, ось вращения, проходящая по центру тяжести, не совпадает с главной центральной осью инерции. В результате чего, образуется некоторый угол α между осями.
Две массы (mH), лежащие в диаметральной плоскости должны быть приведены к неуравновешенным массам колеса. При вращении такого колеса возникают центробежные силы (Pц), действующие в противоположных направлениях, и, создающие две силы с моментом вращения M=P α. Полученное значение и является характеристикой величины динамического дисбаланса.
Для того, чтобы устранить динамический дисбаланс необходимо на закраинах обода, в месте действия указанных сил, с внутренней стороны и фасаде диска закрепить уравновешивающие грузы (my). Динамическую балансировку необходимо проводить на специальном станке.
Дисбаланс колеса может быть вызван особенностями его конструкции (наличие вентильного отверстия в диске, рисунок протектора шины и др.) или технологией изготовления (погрешности форм колеса, неоднородность материала и т.д.).
Радиальное и боковое биение, овальность и отклонения формы - главные оценки точности изготовления колеса. На баланс оказывают влияние только биения, овальность практически никакого влияния не оказывает.
Радиальное биение (RPO) - это разность расстояний от различных точек протектора покрышки до оси вращения колеса. Другими словами это отклонение округлости шины от идеального круга. Боковое (поперечное) биение - разность расстояния боковой поверхности, за один оборот колеса относительно поверхности, перпендикулярной оси вращения колеса.
Как уже известно, дисбаланс и биения возникают по причине качества производства неуравновешенных, вращающихся масс машины. Создать идеальное колесо практически невозможно. Поэтому, при изготовлении деталей колесного узла и шин устанавливаются определенные допуски и нормы. Шина - самая главная причина дисбаланса колеса, так как она наиболее отдалена от центра вращения, и имеет большую массу, сложную структуру и изготавливается из различных по составам материалов: резины, тканей и стальных проволок и т.п. Влияние на дисбаланс усиливается по мере отдаленности от центра колеса масс материалов шины.
Общий дисбаланс камерных шин складывается из дисбалансов покрышки и ездовой камеры. В самой камере, на баланс колеса влияют разность толщины стенок камеры, стыки и вентили. Поэтому для улучшения баланса вентиль устанавливается на противоположную сторону стыка. Камера устанавливается так, чтобы вентиль совпал с наиболее легким местом покрышки. Тем не менее, величина дисбаланса камеры значительно меньше дисбаланса покрышки.
Главными причинами, оказывающими влияние на величину дисбаланса и биения покрышек, являются:
Стык протектора. Неоднородность его толщины по длине колеса, переменный рисунок протектора, наличие шипов, для зимних шин;
- стыки слоев корда в каркасе и брекере;
- стык герметизирующего слоя для бескамерных шин;
- сильный нахлест проволоки в бортовом кольце;
- разница углов наклона нитей корда в каркасе и брекере;
- расхождение нитей корда в слоях покрышки;
- точность производства пресс-форм;
- различная толщина боковых стенок;
- маркировка на боковине покрышке, которая нанесена на одно место и т.п.
Большинство из названых факторов, влияющих на баланс, внешне себя никак не проявляют. Они относятся к внутренним причинам дисбаланса. Причины, которые можно заметить невооруженным взглядом.
Непременным условием повышения качества производимых колес, является ужесточение требований к технологии производства. Все эти меры, в итоге должны привести к снижению дисбаланса и биений.
Как было сказано выше, идеальное колесо сделать невозможно. Поэтому, существующий государственный стандарт 4754-97 устанавливает требования к показателям дисбаланса.
Правильная балансировка позволяет повысить комфорт езды. Но главное даже не удобство. Дисбаланс колеса создает ударную нагрузку на ступицу и подшипники. И нагрузка эта не слабая! Дисбаланс всего в 20 гр. на колесе размером 14 дюймов, при скорости движения 100 км/ч, создает нагрузку равную ударам трех килограммовой кувалды с частотой 800 ударов в минуту.
Дисбаланс колес - наличие в автомобиле неуравновешенных крутящихся масс - ступиц, тормозных барабанов и прочих деталей. Дисбаланс отрицательно влияет на стабильность транспортного средства, снижает срок эксплуатации амортизаторов, руля и подвески. Расходы на техобслуживание автомобиля существенно повышаются. При возникновении серьезного дисбаланса требуется немедленно произвести балансировку колес.
Виды дисбаланса колеса
- Статический. Возникает в том случае, когда центральная ось инерции параллельна оси вращения. Колесо становится неустойчивым и качается, подобно маятнику.
- Динамический. Возникает в случае неуравновешенности по ширине колеса. Ось инерции пересекает ось вращения под определенным углом. Динамический дисбаланс можно определить только во время движения.
Главные факторы, влияющие на дисбаланс колеса:
- стыки в слое корда;
- неправильное (неточное) изготовление пресс-формы;
- неодинаковая толщина стенок и боковин.
Дисбаланс колес: признаки
- Бьет переднее колесо на скорости, бьет колесо при торможении. Этот признак указывает на дисбаланс одного из передних колес. Сопровождается выходом из строя подшипника ступицы.
- Бьет заднее колесо, слабо бьет колесо на малой скорости. Данный признак указывает на дисбаланс задних колес, а также возможные проблемы с подвеской - стойки, сайлентблоки балки. Дисбаланс задних колес не обладает характерными чертами, тем не менее он также может привести к выходу из строя ступичных подшипников и привести к раннему износу покрышки.
Допустимый дисбаланс колеса
Идеально сбалансировать колесо невозможно. Поэтому существуют диапазоны допустимого дисбаланса, которые регулируются ГОСТом 4754-97. Помимо значений статического дисбаланса, в нем указаны технические условия эксплуатации шин и максимально допустимые показатели биения колес.
Когда нужно производить балансировку колес?
Балансировку колес необходимо производить при сезонной замене колес или шин, а также в случае внезапного удара, заноса, попадания в дорожную яму. Ведущие автопроизводители рекомендуют делать балансировку каждые 15 тыс. км пробега (но не реже раза в год). В случае, если водитель предпочитает двигаться по дорогам на большой скорости, балансировка колес производится каждые 8-9 тыс. км пробега. Нужно помнить, что даже незначительная проблема с колесами может спровоцировать дорожно-транспортное-происшествие.
Не всегда автолюбители задумываются о серьезности такой процедуры, как балансировка колес. А зря. От качественно выполненного процесса зависит состояние автомобиля в целом.
Любое колесо - это вращающийся объект, который должен обладать следующими важными признаками:
- иметь ось симметрии;
- центр тяжести расположен на оси вращения;
- каждая точка колеса (окружности) равноудалена от центра тяжести.
Процесс балансировки колес — это уменьшение до необходимого уровня дисбаланса колес, диска. Осуществляется путем добавления на части обода особых гранул. Гранулы притягиваются к поверхности резины и тем самым уравновешивают их. Вовремя выполненная балансировка колес автомобиля — это залог уверенности в комфортном и безопасном передвижении на дороге. Регулярно выполненная процедура является гарантией избавления неприятных последствий выведения из строя элементов подвески (стойки, рулевой механизм, подшипники).
Разделяют два типа дисбаланса колес (см. рис. 1):
- Статический дисбаланс. Происходит при смещении центра тяжести относительно оси вращения. Масса при этом распределяется неравноценно по окружности. Появляется вертикально направленная вибрация. Последствия — неритмичный износ колес , снижение комфорта и надежности транспортного средства.
- Динамический дисбаланс. Приходит при пересечении осей инерции и вращении. Центр тяжести при этом расположен на оси вращения. Масса неодинаково рассредоточена по колесу.
- Комбинированный дисбаланс. Оси инерции и тяжести колеса смещены и наклонены относительно друг друга.
Рис. 1 Типы разбалансировки колеса.
Причины дисбаланса колес.
- изнашиваемость шины;
- деформирование диска;
- неточность изготовления колеса: различный шаг рисунка протектора шин ; наличием отверстия в диске;
- различная ширина боковых стенок;
- некачественный ремонт шин.
Больше всего на дисбаланс колеса оказывают шины. Сложность структуры материала шин и неравномерность при их изготовлении сказываются на качестве отцентровки колес.
Последствия дисбаланса
- ухудшается сцепление колеса с дорогой;
- увеличивается длина тормозного пути;
- увеличивается износ деталей подвески;
- дискомфорт в пути;
- ухудшается управляемость автомобилем;
- увеличивается риск возникновения аварии;
- снижение срока службы транспортного средства;
- шум, вибрация при движении.
Признаки дисбаланса
1) Биение или вибрация руля. При этом разбалансированы передние колеса автомобиля.
2) Вибрация задней части авто. Машина «гуляет» из стороны в сторону.
Выполнять балансировку колес нужно обязательно при замене резины, после резких неожиданных маневров. Например, проезд на большой скорости по лежачему полицейскому или глубокой яме. Также каждые 15 000 км пути или длительные поездки по некачественным дорогам.
ГОСТ 4754-97 говорит, что при частном использовании транспортного средства целесообразно выполнять проверку дисбаланса каждые 2-3 тыс. км, а каждые 10 тыс. км нужно балансировать колеса заново.
Способы балансировки колес
Идеально скомпенсированных колес не существует. Цель балансировки при любом типе дисбаланса — равное рассредоточение массы. Процедура сводится к установке специальных грузиков в необходимые места обода диска. Выбор их расположение выполняется компьютерной программой. Грузики бывают из цинка или свинца. Их масса варьируется от 5 до 100 грамм. Также различат набивные и клеящиеся грузы. Первый тип считается предпочтительнее, т.к. клеящиеся могут потерять свои свойства в результате воздействия перепада температур.
Балансировку необходимо проводить на специализированных стендах. Они твердо закреплены на выровненной поверхности. Такая балансировка сумеет устранить все типы дисбаланса колеса.
Способы закрепления колеса на стенд.
1) Крепеж по центру. Применяют адаптер к одной из сторон диска, когда поверхность колес без дефектов. Способ не имеет высокой точности. Но имеет широкое применение: тот же конус можно установить на колеса с различными размерами отверстий.
2) Крепеж по бокам. Осуществляется с помощью фланцевого адаптера. Колесо центрируется на стенде равносильно расположению его на ступице транспортного средства. Способ имеет высокую точность.
3) Центральный и боковой крепеж. Происходит центрирование и фланцевыми, и цанговыми адаптерами. Способ имеет большую точность при балансировке легкосплавных колес с высоким качеством обработки отверстия.
Рис. 2 Балансировочный стенд
Балансировать нужно тщательно вымытое, максимально очищенное от грязи и пыли колесо. Иначе все процедуры будут выполнены напрасно. В случае, когда после процедуры и дисбаланс не ушел, то возникает вопрос о проблемах с механизмами, которые приводят колесо в работу. Чтобы увидеть на глаз неточности необходимо внимательно присмотреться к направляющим болтам. Иногда встречается балансировка с помощью одного груза. Выполнить это достаточно сложно, поэтому ее редко используют.
При выполнении повторной балансировки колес, необходимо освободить обод от ранее установленных грузиков. Правильно установленные грузики — залог долгой, надежной и комфортной езды. Но важно не удобство. Дисбаланс колеса проявляет серьезную ударную нагрузку на элементы подвески. Несвоевременное устранение этой нагрузки может привести к плачевным последствиям.
Колесо – вращающийся предмет, устройство, который имеет правильную окружность, то есть все точки должны быть равномерно удалены от оси вращения, а центр тяжести совпадать с ней. Колесо должно быть абсолютно симметричным, к чему стремятся производители.
Когда колесо ровное и симметричное, дисбаланс возникает вследствие использования ступиц, тормозных дисков, барабанов, шин, имеющих неравномерные вращающиеся массы. Это снижает срок службы элементов подвески, рулевого управления, покрышек, а также влияет на безопасность дорожного движения.
Существует два вида дисбаланса колеса – статически и динамический. Статический дисбаланс – когда ось инерции, на которой располагается центр тяжести, параллельна оси вращения, но не совпадает с ней.
Рис 1. Статический и динамический дисбаланс.
Статический дисбаланс можно заметить при установке на ось вращения. При этом колесо непроизвольно начнет качаться, располагая неуравновешенную массу внизу. Чтобы отбалансировать колесо, необходимо прямо диаметрально на противоположной стороне колеса разместить компенсирующий груз. Это называется статической балансировкой.
Динамический дисбаланс можно обнаружить только при вращении колеса. Как правило, динамический дисбаланс появляется в горизонтальной плоскости. У такого колеса ось вращения проходит через центр тяжести, но не совпадает с осью инерционного движения, а образует некоторый угол. Во время вращения колеса в местах расположения неуравновешенных масс возникают силы, направленные противоположно центру тяжести. Для устранения динамического дисбаланса устанавливается компенсирующая огрузка с внутренней и внешней стороны обода, с противоположной стороны действия силы неуравновешенных масс.
Дисбаланс колеса возникает вследствие заводской конструкции протектора шины, специальных крепежных и регулировочных отверстий, отклонений при штамповке деталей. Точность производства деталей характеризуется радиальным и боковым биение.
Радиальное биение возникает при несоответствии расстояний от любых точек протектора шины до оси вращения колеса. Боковое биение – несоответствие расстояний боковой части колеса за оборот от плоскости, перпендикулярной к оси вращения колеса.
Основные моменты, которые влияют на появление дисбаланса колеса:
Неравномерность толщины протектора по всей окружности, стыки и сварные швы, переменный шаг рисунка протектора, установка шипов в зимней резине, выпадение шипов по мере износа;
места наложения и стыков шинного корда, стыки в каркасе шины и брекере;
стык слоя, который герметизирует бескамерную покрышку;
не концентрические кольца каркаса шины, большой нахлест проволоки в кольце борта;
неравномерность углов расположения нитей каркаса и брекера;
не точности форм изготовления покрышек и дисков;
неравномерная толщина боковых стенок покрышек ободов;
совпадение самых жестких и тяжелых мест покрышки, выявляемых при маркировке и дефектовке.
Рис 2. Переменный шаг протектора.
Чаще всего дефекты дисбаланса колеса имеют внутренний характер, и определить их визуально практически невозможно. В этом случае производится обычная балансировка в зависимости от статического или динамического дисбаланса.
Но есть видимые дефекты, которые упрощают механизм выявления дисбаланса.
а) – одиночный стык
б) – два стыка
в) – два стыка рядом
Рис 3. Производные возникновения дисбаланса покрышки.
Улучшение качества изготовления дисков и шин обуславливается нормативами ГОСТ и ISO, которые с каждым годом все ужесточаются. По ГОСТ 4754-97 динамический дисбаланс шин вместе с колесом должен устраняться корректирующими грузами, как указано в таблице.