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轮胎动平衡原理

一．绪 论
质量分布不均会使轮胎产生不平衡以及导致车辆在行驶过程中产生振动。动平衡试验机能够检测轮胎的不平衡量，从而能够实现对轮胎的质量分布不均进行修正。这一章简要介绍轮胎动平衡的以下几方面问题：
不平衡量的产生及其影响
不平衡量测量的类型
不平衡力、力矩的原理
不平衡的类型
不平衡量的修正及测量单位

二．不平衡量的产生及其影响

所有轮胎的不平衡量都是可以测量的，主要是由于轮胎原材料以及制造等原因造成的。 质量不平衡的轮胎能够对行驶的车辆产生下列影响：
垂直力
前向力
操纵力矩
拱型力矩
其振动频率与车辆的速度成正比，如果速度增加两倍，其振动频率也会增加两倍。
当不平衡量产生的频率与车辆固有的振动频率相同时，会使车辆噪音及振动更加明显。不平衡也会加剧轮胎的磨损。
注：不平衡总是相对于旋转中心线而言的。如果旋转中心线改变了，则物体的不平衡量也就改变了。

三．不平衡量的测量方法
静态测量法
静态测量法是早期采用的一种测量方法，它是基于物体的重力，静态测量法用于轮胎不旋转的情况下进行测量。
静态测量法多用于汽车修理厂，由于重力的作用引起轮胎的转动，这样就可以测量出轮胎的不平衡量极其角度。
动态测量法
动态测量法是近年来使用最多的测量方法，它是基于轮胎的旋转产生力及力矩来测量其不平衡量的。静不平衡或偶不平衡当中的任何一种不平衡都会产生车辆的振动。

四．不平衡力和力矩的原理
这一部分将对不平衡力和力矩的原理进行详细的说明。
离心力
当一个质子 (m)绕着旋转半径 (r) 按一定的角速度(ω)进行旋转时，在其半径方向将产生一个离心力(F) (见图 3-1.)

图3-1 离心力原理
根据牛顿第二定律：
F= ma
a= v2/r
F= mv2/r
v= rω
F= mrω2
单位:
F=kg m/s2 = 牛顿 (磅)
以轮胎为例, 质子 (m)和 半径 (r)
是未知量, 因此必须首先采用测量离心力 (F) 和角速度(ω)的方法来确定mr. 制造商必须保证离心力F的测量具有精确性和重现性。
测量系统
要测量离心力 F, 必须将轮胎安装在装有测力传感器的测量系统中。 (见图3-2.) 驱动系统的角速度是可以测量的。由于质子旋转，使两个测力传感器产生连续变化的波形， 将两个传感器测得的力进行合成并折算到轮胎的各个面，就可以计算出离心力(F)。

图3-2 求得离心力
五．不平衡的种类
有两种不平衡—静不平衡及偶不平衡. 静不平衡及偶不平衡的组合就我们通常所说的动不平衡。

静不平衡
我们用图3-3中在轮胎中心线的质量块来举例说明静不平衡。 可以看出离心力所产生的连续波形，由此就可以确定出mr。测量系统的数学模型就象图中所示，其受力是平衡的(见图 3-4.)，我们可以测得上部和下部外力的反作用力，这样离心力也就被确定了。测量系统的离心力由数学方程式来表示，是基于力矩求和来建立方程的。

图3-3 静不平衡

图3-4 受力图
上传感器方程式 (t):
Rb = FsH/d
下传感器方程式(b):
Rt = Fs(H+d)/d
两式连立求解：
Fs = Rbd/2H + Rtd/2(H+d) = mrω2
这个表达式表明离心力(F)是测量系统几何尺寸的函数。离心力(F)除以角速度(ω2)就得到mr，或者叫做静不平衡量。
静不平衡量可以用一个试重平均分配到轮胎两面来模拟(见图 3-5)。

图3-5 静不平衡量
静不平衡就是车辆在高速行使过程中，乘客能够感觉到车辆在跳跃的那种感觉。

偶不平衡
图3-6举例说明了两个质量相等的质子相对于轮胎中心线称分布，它们所产生的离心力也是连续波形。
相对于轮胎中心线的离心力Ft 和 Fb形成了一对离心力。它们大小相等、方向相反(Ft = Fb = F)，这就叫做力偶(见图3-7)。

图3-6 偶不平衡

图3-7 受力图
与前面相同, mr由下面方程决定：
上传感器：
Rb = FW/d
下传感器：
Rt = FW/d
联立求解；
F = d(Rb + Rt)/2W = mrω2
这个表达式表明离心力(F)是测量系统几何尺寸的函数。离心力(F)除以角速度(ω2)就得到mr，或者叫做偶不平衡量。象这种情况，两个力构成一对力偶或者叫做力矩，它等于mr乘以宽度W。
偶不平衡可以用两个大小相等的质子对称分布于轮胎的两个面上来表示，见图3-8，它就是车辆在高速行使过程中，乘客能够感觉到车辆在摆动的那种感觉。

图3-8 偶不平衡量

动不平衡
动不平衡就是静不平衡与偶不平衡的组合，如图3-9,它可以用模拟静不平衡及偶不平衡的试重组合来表示。动不平衡就是车辆在高速行使过程中，乘客既能够感觉到车辆在跳动又在摆动的那种感觉。

图3-9 动不平衡量

六．不平衡量的修正
汽车制造商及轮胎制造商都采用在轮胎及车轮组件上加配试重块的办法来补偿不平衡量。一个简单的例子如 3-10所示，试重块被加在上面和下面。这样就可以修正其不平衡量而消除车辆的振动。

图3-10 典型不平衡量的修正
修正量的单位
加到修正位置的配重块等效于所测量的静不平衡量及偶不平衡量。
静不平衡量的测量单位
静不平衡量的科学测量单位是克-厘米（盎司-英吋），在汽车工业，测量单位可以任为是在修正半径下的克（盎司）（见图3-11）。例如，一个180克-厘米的静不平衡量可以用一个在修正半径为18厘米（14吋轮胎）的“10克不平衡量”来表示，也可以用车轮两面的修正角度各加一个1/2配重块。
注: 配重块的重量极限由车主决定。

图3-11 静不平衡量的修正
偶不平衡量的测量单位
偶不平衡量的科学测量单位是克-厘米（盎司-英吋），在汽车工业，测量单位可以任为是在修正半径下的克（盎司）（见图3-11）。例如在图3-12中，当r = 18 厘米，宽度W = 15厘米，一个偶不平衡量为2700克×厘米×厘米不平衡量可以用一对在修正半径为18厘米（14吋轮胎）的对称两面相差180°的“10克不平衡量”来表示。

图3-12 偶不平衡量的修正
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