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    汽车车轮动平衡机工作原理

    来源:上海申众平衡机制造 发布时间:2015-12-11 点击:

    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。

    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,θ),r是不平衡点的质量距车轮的几何、旋转中心的距离,θ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ω,车轮转速为n,ω=2πn,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=4π2mrn2,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=fcosθ和垂直分力fy=fsinθ。在车轮旋转一周中,垂直分力fy=fsinθ有两次落在通过车轮中心的垂线上,一次在θ=90°,一次在 θ=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=fcosθ有两次落在通过车轮中心的水平线上,一次在θ=0°,一次 在θ=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(θ、θ+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(θ+180°、θ)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l>a+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。

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