Неуравновешенность любой вращающейся детали тепловоза может возникнуть как в процессе эксплуатации вследствие неравномерного износа, изгиба, скопления загрязнений в каком-либо одном месте, при утере балансировочного груза, так и в процессе ремонта из-за неправильной обработки детали (смещения оси вращения) или неточной центровки валов. Для уравновешивания деталей их подвергают балансировке. Существуют два вида балансировки : статическая и динамическая .

Рис. 1. Схема статического уравновешивания деталей:

Т1 — масса неуравновешенной детали; Т2 — масса уравновешивающего груза;

L1, L2 — их расстояния от оси вращения.

Статическая балансировка . У неуравновешенной детали ее масса располагается несимметрично относительно оси вращения. Поэтому при статическом положении такой детали, т. е. когда она находится в покое, центр тяжести будет стремиться занять нижнее положение (рис.1). Для уравновешивания детали добавляют с диаметрально противоположной стороны груз массой Т2 с таким расчетом, чтобы его момент Т2L2 был равен моменту неуравновешенной массы Т1L1. При этом условии деталь будет находиться в равновесии при любом положении, так как центр тяжести ее будет лежать на оси вращения. Равновесие может быть достигнуто также путем удаления части металла детали высверловкой, спиливанием или фрезерованием со стороны неуравновешенной массы Т1. На чертежах деталей и в Правилах ремонта на балансировку деталей дается допуск, который называют дисбалансом (г/см).

Статической балансировке подвергают плоские детали, имеющие небольшое отношение длины к диаметру: зубчатое колесо тягового редуктора, крыльчатку вентилятора холодильника и т.п. Статическая балансировка ведется на горизонтально-параллельных призмах, цилиндрических стержнях или на роликовых опорах. Поверхности призм, стержней и роликов должны быть тщательно обработаны. Точность статической балансировки во многом зависит от состояния поверхностей этих деталей.

Динамическая балансировка . Динамической балансировке обычно подвергают детали, длина которых равна или больше их диаметра. На рис. 2 показан статически отбалансированный ротор, у которого масса Т уравновешена грузом массой М. Этот ротор при медленном вращении будет находиться в равновесии в любом положении. Однако при быстром его вращении возникнут две равные, но противоположно направленные центробежные силы F1 и F2. При этом образуется момент FJU который стремится повернуть ось ротора на некоторый угол вокруг его центра тяжести, т.е. наблюдается динамическое неравновесие ротора со всеми вытекающими отсюда последствиями (вибрация, неравномерный износ и т. п.). Момент этой пары сил может быть уравновешен только другой парой сил, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент.

Для этого в нашем примере нужно приложить к ротору в той же плоскости (вертикальной) два груза массами Шх = т2 на равном расстоянии от оси вращения. Грузы и их расстояния от оси вращения подбирают так, чтобы центробежные силы от этих грузов создавали момент /уь противодействующий моменту FJi и уравновешивающий его. Чаще всего уравновешивающие грузы прикрепляют к торцовым плоскостям деталей или с этих плоскостей удаляют часть металла.

Рис. 2. Схема динамического уравновешивания деталей:

Т — масса ротора; М — масса уравновешивающего груза; F1,F2 — неуравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; m1,m2 — уравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; Р1 Р 2 — уравновешивающие центробежные силы;

При ремонте тепловозов динамической балансировке подвергают такие быстровращающиеся детали, как ротор турбокомпрессора, якорь тягового электродвигателя или другой электрической машины, рабочее колесо воздуходувки в сборе с приводной шестерней, вал водяного насоса в сборе с крыльчаткой и зубчатым колесом, карданные валы привода силовых механизмов.

Рис. 3. Схема балансировочного станка консольного типа:

1 — пружина; 2 — индикатор; 3 якорь; 4 — рама; 5 — опора станка; 6 — опора станины;

I, II — плоскости

Динамическое уравновешивание ведется на балансировочных станках. Принципиальная схема такого станка консольного типа показана на рис. 3. Балансировка, например, якоря тягового электродвигателя ведется в таком порядке. Якорь 3 укладывают на опоры качающейся рамы 4. Рама одной точкой упирается на опору станка 5, а другой на пружину 1. При вращении якоря неуравновешенная масса любого его участка (кроме масс, лежащих в плоскости II — II) вызывает качание рамы. Амплитуда колебания рамы фиксируется индикатором 2.

Чтобы уравновесить якорь в плоскости I — I, к его торцу со стороны коллектора (к нажимному конусу) прикрепляют поочередно различные по массе пробные грузы и добиваются прекращения колебания рамы или его уменьшения до допускаемой величины. Затем якорь переворачивают так, чтобы плоскость I— I проходила через неподвижную опору станины 6, и повторяют те же операции для плоскости II— II. В этом случае балансировочный груз прикрепляют к задней нажимной шайбе якоря.

После окончания всех работ по комплектованию детали подобранных комплектов маркируют (буквами или цифрами) согласно требованиям чертежей

При технологической обработке вращающихся деталей (шкивов, зубчатых колес, валов, барабанов и т. д.) трудно получить их полную уравновешенность вследствие неоднородности металла (пустоты, раковины при отливке, некоторые неточности при механической обработке и сборке). Неуравновешенность вращающейся детали выражается в том, что центр тяжести не совпадает с осью вращения. Кроме того, эта ось вращения не является главной центральной осью инерции вращающейся детали. Самый процесс уравновешивания вращающейся детали называют балансировкой. Имеются два вида балансировки - статическая и динамическая .

Чтобы статически уравновесить вращающуюся деталь, надо центр ее тяжести перенести на геометрическую ось вращения. Такой вид уравновешивания называется статической балансировкой.

Рис. 110. Виды статической балансировки :

а - положение трех главных центральных осей; б - пример балансировки; в -установка для статической балансировки: 1, 3 - направляющие, 2 -уравновешиваемая деталь, г - профили направляющих

На рис. 110, а даны положения трех главных центральных осей XX, YY и ZZ. Если центр тяжести S вращающегося тела перенести в точку О пересечения главных центральных осей, то это тело будет находиться в равновесии.

Пусть центр тяжести S диска А удален от оси вращения YY на расстояние l 1 , тогда при вращении диска А появится центральная сила инерции Р и. Эта сила Р и при вращении диска А будет создавать дополнительное давление на вал и на подшипник. При этом давление от силы инерции намного превосходит задаваемые силы, особенно при больших числах оборотов вала.

Неуравновешенность центробежных сил приводит к упругим периодическим колебаниям вала. При больших скоростях эти колебания вала передаются через подшипники и станину на фундамент, который может подвергнуться преждевременному разрушению.

Чтобы уравновесить силу инерции Р и, надо центр тяжести перенести на ось вращения. Это можно осуществить, приложив с противоположной стороны в точке S" силу Р и " :

Объясним это на примерах.

На круглом вращающемся диске (рис. 110, б) закреплена масса m 1 , удаленная от оси вращения на расстояние r 1 . Требуется уравновесить массу m 1 другой массой m 2 , закрепленной с противоположной стороны на расстоянии r 2 . Полное уравновешивание диска произойдет тогда, когда развиваемые массами m 1 и m 2 силы инерции Р и1 и Р и2 будут равны между собой.

Самым простым устройством для статической балансировки являются параллельные стенды. Конструкция их ясна из рис. 110, в. Профили направляющих, по которым перекатывается уравновешиваемая деталь, показаны на рис. 110, г. Чтобы уменьшить коэффициент трения, рабочая часть направляющих должна быть закалена и тщательно отшлифована. Ширину b делают минимальной, чтобы не создавать вмятин на поверхности цапф.

Стенд для балансировки должен быть снабжен комплектом направляющих с различной шириной опорной части.

Направляющие круглого сечения, не имеющие плоской опорной поверхности, используются для деталей массой 40-50 кг. Преимущество круглых направляющих заключается в простоте обработки и в возможности путем поворота их на небольшой угол исключать из зоны контакта поврежденные места.

Для балансировки тяжелых деталей и узлов применяются направляющие квадратного или прямоугольного сечения.

Статическое уравновешивание обычно выполняют на специальных оправках. Для корректирования и уравновешивания массы применяют различные приспособления (рис. 111).

Рис. 111. Приспособление для устранения неуравновешенности подвешиванием к детали металлических грузов

Неуравновешенность устраняется подвешиванием к детали металлических грузов. Линейка 1 с передвижным грузом 2 с помощью струбцины 3 прикрепляется к уравновешиваемой детали 4, а противовес 5 закрепляется отдельно. Статическая балансировка может уравновесить деталь только относительно ее оси вращения, но не может устранить действия сил, стремящихся повернуть продольную ось. Это относится к деталям и узлам, имеющим длину больше диаметра (роторы крупных турбин, турбогенераторов, электродвигателей, быстровращающиеся шпиндели станков, коленчатые валы автомобильных и авиационных двигателей и т. д.).

Чтобы выполнить динамическую балансировку длинного вала, применяют специальные балансировочные машины, на которых определяют центробежную силу, величину эксцентриситета, вес груза для уравновешивающей пары моментов. Работу эту выполняют специалисты-балансировщики.

На чтение 6 мин.

Автолюбители исправно проходят техническое обслуживание своих автомобилей, меняют масла, фильтры и другие расходники. Однако зачастую многие забывают о такой процедуре, как балансировка колес. Владельцы одного комплекта дисков раз в сезон приезжают на смену резины с летней на зимнюю и наоборот. Обладатели летнего и зимнего варианта самостоятельно ставят колеса и годами ездят на неотбалансированной резине.
Различают два вида балансировки:

• динамическая;
• статическая.

Внимание! Не каждая фирма по шиномонтажу готова взяться за работу по статической балансировке из-за отсутствия необходимого оборудования. Качественные и профессиональные услуги вы можете получить .

Такой вид работ вам могут провести только на специальном и современном стенде. На большинстве новых автомобилей с завода устанавливается резина с широким профилем, которая чувствительно воспринимает динамический дисбаланс и требует дополнительной проверки на оборудовании.
При проведении работ специалист устанавливает колесо на рабочий станок, который делает несколько замеров и указывает место установки грузика. Такая процедура не займет у вас много времени, зато оградит от неприятных биений при прохождении затяжного поворота.

Любой балансировочный станок способен устранить статические биения колеса. Смысл заключается в поиске самой тяжелой точки и определении точки установки грузика.
Разные станки могут обслужить колеса от небольшого грузового и легкового автомобиля. Для установки больших колес используется специальный грузовой стенд и осевой адаптер.
При проведении статической балансировки ваше колесо раскручивается для определения центробежной нагрузки. Частота вращения зависит от настроек оборудования. Данная операция может выполняться работником сервиса до тех пор, пока колесо полностью не отбалансируется и прибор не покажет правильные значения.

Внимание! Перед проведением работ проследите за тем, чтобы оператор удалил все камни из протектора, очистил внутреннюю сторону диска от загрязнений и удалил старые грузики. Если вам проведут настройку баланса с камнями в протекторе, то все настройки собьются сразу после удаления камня на высокой скорости.

Перед установкой колеса на станок нужно правильно отмыть и очистить все загрязнения. Некоторые компании используют очистительную камеру, в которой подается пар под высоким давлением.

Нужна ли балансировка колес?

При производстве резины и автомобильных дисков невозможно точно угадать баланс и равномерно распределить вес. Даже в процессе покраски литых или металлических дисков краска на ободе ложится не равномерно и дает биение при динамических нагрузках.
Самое сильное влияние на распределение веса оказывает резина, ввиду удаленного расположения от центральной оси. Поэтому даже если вы купите новую резину и диски, то необходимо сделать балансировку колес.
Резина, установленная без балансировки, оказывает влияние на некоторые системы и детали автомобиля, например:

• ступичные подшипники изнашиваются в несколько раз быстрее;
• по кузову идет хорошо ощутимая вибрация на высоких скоростях;
• долгий процесс эксплуатации с вибрацией выводит из строя шрус, рулевые тяги, шаровые, наконечники и сайлентблоки;
• покрышка изнашивается намного быстрее;
• рулевая рейка постоянно получает микроудары и быстрее придет в негодность.

В итоге копеечная экономия на ежегодную балансировку может привести к серьезным тратам при дорогостоящем ремонте ходовой части автомобиля. Последствия вибрации также могут оказывать негативное влияние на подушки двигателя и трансмиссии.

Как делают балансировку колес?

Работы проводятся на специальном оборудовании с помощью вспомогательных элементов и грузиков для балансировки колес.
Всего доступно несколько вариантов:

• На оборудовании (требуется снятие колеса).
• Финишная, при которой колесо остается на автомобиле.
• Автоматическая (используется бисер или тонкий порошок).Самым распространенным и надежным вариантом является настройка баланса снятого колеса на специальном оборудовании.

Перед установкой на станок выполняются условия:

• очистка покрышки и диска с помощью гидротурбины, пара или мойки высокого давления;
• подкачка колеса до рабочего давления;
• снятие центрального колпачка и установка адаптера.

Внимание! Зачастую мелкие сервисы по старинке очищают обод тонкой щеткой, не промывая трудные участки от скопившейся грязи. Такой подход не позволит правильно отбалансировать колесо, и вам придется делать повторный визит или ехать в другую фирму.

Балансировать колеса вы можете самостоятельно с помощью специальных гранул. Однако не каждый автовладелец хочет сыпать в каждую покрышку легкового автомобиля около 50-100 граммов порошка. К тому же сделать балансировку рабочего колеса обойдется намного дешевле классическим способом с применением грузиков. Поэтому автоматический метод балансировки с бисером чаще всего используется дальнобойщиками на грузовых авто.
Финишную балансировку колес можно сделать прямо на автомобиле. Машина устанавливается на специальное оборудование, которое раскручивает колесо до 90 километров в час, проверяя резину и диск на биение. Если с настройками все в порядке, то приспособление не потребует установки дополнительного грузика. Непосредственная проверка на автомобиле удобна тем, что вам не придется снимать колесо.
Оборудование для проведения балансировки
Лучшими станками для проведения балансировочных работ являются «Тринберг» и «Троммельберг». Мастера часто называют их «Тролинберг». Принципы работы каждого станка очень схожи, однако отличаются системные алгоритмы для определения точки установки грузика.

Важно! Невозможно сделать балансировку колеса на устаревшем оборудовании с изношенным валом и сбившимися системными настройками. Поэтому, если вы решили сделать балансировку в незнакомом сервисе, обязательно обратите внимание на чистоту рабочего места и внешний вид станка.

Можно ли самостоятельно отбалансировать колеса
Колеса без балансировки оказывают пагубное влияние на элементы подвески и снижают срок службы ступичных подшипников. Не все автовладельцы хотят раз в сезон оплачивать услуги балансировки передней и задней оси, поэтому часто задаются вопросом, можно сделать балансировку колес своими руками?
Наверняка вы не захотите самостоятельно создавать балансировочное оборудование, а покупка готовых вариантов стоит приличных денег. Для работы нужен не только станок, но и дополнительные компоненты:

• помещение для проведения работ;
• мощная электрическая точка для обеспечения питания;
• твердая рука и наличие опыта;
• свой комплект грузиков, которые могут самоклеяться.

Все необходимые компоненты требуют много времени и денежных вложений. Поэтому на начало зимнего или летнего сезона вам все же придется посетить станцию и обслужить колеса.

Грузики для балансировки колес

Различают несколько типов грузиков:

1. Набивные.
2. Самоклеящиеся.

Набивные состоят из свинца или металла. Каждая деталь оснащена специальным крепежом для надежного зацепления с ободом колеса. Установка осуществляется на внешнюю и внутреннюю сторону обода с помощью легкого постукивания молотком. Такие детали имеют разные показатели по весу, а также отличаются по форме для штампованных и литых дисков.

Самоклеющиеся грузики

Балансировочные ленты с адгезивной подложкой изготавливаются из свинца. Чаше всего вся лента весит 60 граммов и состоит из отдельных элементов по 5 и 10 граммов. При необходимости нужный вес очень легко отделить.
Данная деталь приклеивается с внутренней стороны литого диска с помощью специального клейкого состава.
Внимание! Перед приклеиванием нужно тщательно обезжирить поверхность. В противном случае грузик отвалится при высоких скоростях.

Неуравновешенность (дисбаланс ) вращающихся частей является одним из факторов, лимитирующих надежность автомобилей в эксплуатации. Неуравновешенность — состояние, характеризующееся таким распределением масс, которое вызывает переменные нагрузки на опоры, повышенные износ и вибрацию, способствует быстрой утомляемости водителя.

Дисбаланс изделия — векторная величина, равная произведению локальной неуравновешенной массы т на расстояние до оси изделия г или произведению веса изделия G на расстояние от оси изделия до центра масс е, т. е. D = mr = Ge.

Виды неуравновешенности

а - статическая, б - динамическая, смешанная.

Проводится при возникновении в процессе изготовления (восстановления) деталей, сборки узлов и агрегатов и изменяет свое количественное значение в процессе эксплуатации и текущего ремонта.

В зависимости от взаимного расположения оси изделия и его главной центральной оси инерции различают три вида неуравновешенности: статическую, моментную и динамическую.
При статической неуравновешенности ось ОВ вращения детали смещена на эксцентриситет е и параллельна главной центральной оси инерции. Данная неуравновешенность присуща дискообразным деталям (маховики, диски сцепления, шкивы, крыльчатки, сцепления в сборе и др.) и проявляется как в статическом, так и в динамическом состоянии. Статическая неуравновешенность определяется главным вектором дисбалансов (статический дисбаланс).
При моментной неуравновешенности ось изделия и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс. Данная неуравновешенность определяется главным моментом дисбалансов М или двумя равными по значению антипараллельными векторами дисбалансов в двух произвольных плоскостях.
Моментная неуравновешенность является частным случаем более общей — динамической неуравновешенности, при которой ось изделия и его главная центральная ось пересекаются не в центре масс или перекрещиваются. Присуща она деталям и узлам типа валов, состоит из статической и моментной неуравновешенностей и определяется главным вектором дисбалансов и главным моментом дисбалансов или двумя приведенными векторами дисбалансов (в общем случае разных по значению и непараллельных), лежащих в двух выбранных плоскостях.

Дисбаланс изделия характеризуется числовым значением (в г - мм, г см, кг-см) и углом дисбаланса (в град.) в системе координат, связанных с осью изделия.

Главный вектор дисбалансов В„ может быть разложен на два параллельных DCTl и Дт2, приложенных в выбранных плоскостях, а главный момент дисбалансов М может быть заменен моментом пары равных антипараллельных дисбалансов Ц,1 и DM2 в тех же плоскостях. Геометрические суммы Дт! + Ai = Д и Дт2 + А2 = А образуют два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях, которые полностью определяют динамическую неуравновешенность изделия.
При вращении неуравновешенного изделия возникает переменная по величине и направлению центробежная сила инерции. Приведение изделий, обладающих неуравновешенностью, в уравновешенное состояние осуществляется их балансировкой, т. е. определением дисбаланса изделия и устранением (уменьшением) его путем удаления или добавления корректирующих в определенных точках масс. В зависимости от вида неуравновешенности тела различают два вида балансировки: статическую и динамическую.

Статическая балансировка .

Статическая балансировка производится на стендах с призмами или роликами либо на специальных станках для статической балансировки в динамическом режиме (при вращении тела). Такая балансировка повышает точность балансировки и открывает возможность автоматизации процесса.

Динамическая балансировка вращающихся деталей

При такой балансировке определяются и устраняются (уменьшаются) два приведенных дисбаланса А и А в выбранных плоскостях коррекции путем удаления или добавления двух приведенных корректирующих масс, в общем случае разных по значению и расположенных под разными углами коррекции, в системе координат, связанной с осью детали. При динамической балансировке устраняется (уменьшается) как статическая, так и моментальная неуравновешенность, и изделие становится полностью сбалансированным.

Допустимый дисбаланс деталей: коленчатого вала , карданного вала и.др.