随着道路质量的提高和高速公路的出现,汽车高速行驶的车轮不平衡问题逐渐暴露。这不仅加剧了轮胎的磨损,而且缩短了有关机件的使用寿命,引起整车的振摆,严重影响汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性以及汽车行驶的安全。因此,对车轮的平衡度进行检测和调整,已经成为汽车维修作业中的重要项目之一。
1 就车式车轮平衡机检测的原理
车轮平衡机可分为就车式车轮平衡机和离车式车轮平衡机两大类。就车式车轮平衡机可以在不拆下车轮的情况下进行平衡测试作业。该机工作时,被测车轮的车桥由支架举起,摩擦盘被驱动电机带动旋转,并压于被测车轮上,依靠摩擦力带动被测车轮以角速度ω高速旋转。压电传感器位于支杆底座内,设车轮不平衡点质量为m0,到转轴中心的距离为r,不平衡点引起的不平衡力为Fm0=m0rω2。在t时刻,其竖直向下的分力为Fy=m0rω2sinωt,该分力产生的上下振动通过支杆传给压电传感器。当Fy达到最大值时,由传感器转换成的电信号控制频闪灯发光,此刻车轮最下方位置即为不平衡点的位置。不平衡点质量越大,传感器转换的电量越大,显示装置所指示的不平衡量也越大,如图1所示。
检测前,在被测车胎任意位置用白粉笔做上反光标记,然后启动电机,驱动摩擦盘带动车轮旋转开始检测。观察频闪灯照射下轮胎反光标记的位置,读取不平衡量数值。切断电源,待车轮停止转动后,用手转动车轮使其上的标记仍处在上述观察位置上,此时车轮不平衡点就在最下方位置,其反方向位置即轮辋的最上方(时钟12点位置)即为加装平衡块的位置[1]。由于仅选用车轮的外侧轮辋作为校正平面进行车轮平衡,不考虑不平衡质量在轮宽上的分布,对不平衡力矩不进行平衡,因此,就车式平衡机按静平衡原理工作。
初检时车轮标记的位置凭目测估计,由于视觉误差,根据初检结果所加装平衡块的质量和位置不一定准确,需要重新驱动车轮进行复查调整。
2 复检时频闪灯照射下平衡块的相位分析
根据初检平衡调整中所加平衡块的质量和位置的偏差,分析复检时频闪灯照射下平衡块所处的位置,即相位,进而运用逆向思维,探求就车式车轮平衡机复检调整的方法,即根据复检时频闪灯照射下平衡块所处的位置,推断初检平衡调整中所加平衡块的质量和位置是否正确,从而根据推断作出相应的调整。
根据初检调整所加平衡块的位置是否正确,分两种情形进行讨论。
(1)如果初检调整所加平衡块位置正确。设车轮本身不平衡量为m0,平衡块质量为m。比较m0、m的大小,存在以下3种情况,如图2、3所示。
若质量大小亦合适,即检测到的不平衡量Δm=|m-m0|小于规定值(一般规定5g左右),复检后不予调整。
②若m
③若m>m0,即检测到的不平衡量Δm=m-m0大于规定值,初次调整后m、m0引起不平衡力的合力方向与Fm相同,复检时每当平衡块转到最下方,频闪灯即闪烁,此时,平衡块的相位角φ=0°。
(2)如果初检调整所加平衡块位置不正确。假设平衡块位置右偏θ角。比较m0、m的大小,同样存在以下3种情况,如图4、5所示。
若质量大小合适,由于平衡块位置右偏θ角,m、m0引起不平衡力的合力F合,其方向为Fm、Fm0的夹角平分线。复检时每当合力指向正下方,频闪灯即闪烁。因此,F合与Fm的夹角即为复检时频闪灯照射下平衡块所处的相位φ。由几何关系可得,φ=90°-θ/2。当θ→0°时,φ→90°,所以平衡块相位φ的可能区间为[90°-θ/2, 90°)。
②若m
当θ一定时,平衡块质量m越接近m0,合力越靠近Fm、Fm0的夹角平分线,即φ→90°-θ/2;m越小,合力越靠近Fm0;当θ→0°时,φ→180°;因此,φ的可能区间为(90°-θ/2, 180°)。
③若m>m0,m、m0引起不平衡力的合力F合,其方向为Fm、Fm0的夹角平分线偏向Fm侧方向。复检时每当合力指向正下方,频闪灯即闪烁。
当θ一定时,平衡块质量m越接近m0,合力越靠近Fm、Fm0的夹角平分线,即φ→90°-θ/2;m越大,合力越靠近Fm;当θ→0°时,φ→0;因此,φ的可能区间为(0°, 90°-θ/2)。
如果平衡块位置左偏θ角,对照平衡块右偏θ角的情况可作类似分析,分析从略。
3 就车式车轮平衡机的复检调整
通过以上分析,得到就车式车轮平衡机复检调整的一种方法,即根据复检时频闪灯照射下平衡块所处的不同相位,可以推断初检平衡调整中所加平衡块的质量和位置是否正确,如图6所示,其调整方法如下:
(1)当φ=0°或φ=180°,表明初检调整所加平衡块位置正确,复检时平衡块位置不变。
(2)φ在(0°, 180°)区间内,表明初检调整所加平衡块右偏θ角,复检时需对平衡块作逆时针移动;φ在(-180°, 0°)区间内,表明初检调整所加平衡块左偏θ角,复检时需对平衡块作顺时针移动。因此,上述情况即只要φ≠180°且φ≠0°,均应沿圆周方向向上移动平衡块。
(3)φ在(-90°+θ/2,90°-θ/2)区间内,表明初检调整平衡块质量过大,复检时只需减小平衡块质量。
(4)φ在(90°-θ/2,270°+θ/2)区间内,表明初检调整平衡块质量过小,复检时只需增加平衡块质量。
(5)φ在[90°-θ/2,90°)或(90°,-90°+θ/2]区间内情况稍复杂,复检时先不改变平衡块质量,向上移动平衡块,如果不合适再改变平衡块质量进行复检。常规情况下,复检次数最多2次即可。
上述调整方法中复检时频闪灯照射下平衡块所处的区间,是一个理论的可能区间,实际操作中φ的具体范围与初检调整时视觉误差引起的平衡块偏角θ、平衡块质量与车轮本身不平衡量之比为m /m0有关,若给出一定条件,可得出相位φ更为具体的范围。
参考文献:
[1] 张建俊.汽车诊断与检测技术[M].北京:人民交通出版社,2003.
本文作者：秦 浩,董笑鹏
