一、概述

    不平衡的车轮不仅加剧其本身的磨损，而且也必然殃及转向系、行驶系和传动系，同时也是整车振动的激振源。车轮的平衡与否与汽车的平顺性、操稳性、安全性息息相关，这已成为人们的共识。讨论它的成因及危害，并在维修和检测作业过程中正确测定其不平衡的量值和相位，以便实施有效的平衡方法。引起车轮不平衡的主要原因如下：

    （1）前轮定位不当，尤其是前束和主销倾角，不仅影响汽车的操纵性和行驶稳定性，而且会造成轮胎偏磨，这种胎冠的不均匀磨损与轮胎不平衡形成恶性循环，因而使用中出现车轮不平衡，也可能是车轮定位角失准的信号。

    （2）轮胎和轮辋以及档圈等因几何形状失准或密度不均匀而先天形成的重心偏离。

    （3）因轮毂和轮辋定位误差使安装中心与旋转中心难以重合。

    （4）维修过程的拆装破坏了原有的整体综合重心。

    （5）轮辋直径过小，运行中轮胎相对于轮辋在圆周方面滑移，从而发生波状不均匀磨损。

    （6）车轮碰撞造成的变形引起的质心位移。

    （7）轮胎翻新中因定位精度不高而造成新胎冠厚度不均匀而使重心改变。

    （8）高速行驶中制动抱死而引起的纵向和横向滑移，会造成局部的不均匀磨损。TOP

二、车轮平衡机的结构与使用

    1、就车式车轮平衡机的结构与使用

    （1）就车式车轮平衡机的结构和就车式车轮平衡机

    除力传感器外，其他如电测系统和光电相位装置以及显示仪表板和磨擦轮驱动电机等均装在一个驱动小车内。车桥支架是一个复杂的力传感器，它有两种形式，一种供轻型小客车使用（如图 1中6所示），另一种为中型车设计（如图 2所示）支架高度可由顶杆2和销钉3来调整以适应不同车型的要求，支架在车桥下就位，车桥压下后，小轮弹簧4即被压下缩入，底板7直接接触地面，以增加支架的承载能力，车体重量和不平衡振动力的主要部分由应变梁9通过支柱8和底板7传向地面，小部分力由传感器6感知，达到不平衡力采样的目的，应变梁9不仅可以减小传感器受力以避免压损，更重要的是应变梁必须正比地将不平衡力传递给传感器6。因此，应变梁是由应变线性良好的材料制成，使用中严格避免锤击和加热，因为任何改变应变梁弹性模数的操作都将危及应变梁的线性，从而完全破坏了电测系统软件所预设的标定系数。

    传感器支架的安装位置随被测车型和操作人员的习惯及现场条件而定，完全是随机的，因此就车平衡机电测系统的计算机软件必须具有自标定功能。这一功能是智能化的，它能根据事先设定的已知不平衡量值（一般为3Og）反算出支架支点与车轮的悬臂和轮毂直径等参数，这是就车平衡机的一大特点。

    驱动小车前下部靠近被测轮胎处有一光电传感器组，它包括一个强光源4和两个光电管3和5，如图 3所示。强光用以照射轮胎上的反光标志，为光电管提供相位信号以供计算机识别，计算机同时根据两个光电管接受反光信号的前后来判断车轮的旋转方向。TOP

    （2）就车式车轮平衡机的工作过程

    被测车轮事先由举升器举离地面，并将车桥座落于传感器支架6上（见图 3）。操作人员骑于车上推动手把，使摩擦轮紧压于被测车轮7上，启动电机4带动摩擦轮拖动车轮以相当于110km/h的车速旋转，这时车轮的不平衡质量产生的不平衡力随即被力传感器感知并转变成电量，这一电信号由电缆传入驱动小车内的电测系统予以计量和处理。光电传感器1拾取车轮的初相位信号和转速信号，经电测电路处理后得到不平衡质量的量值和相位值，显于仪表板的4和5两组数码管上，如图 4所示。测试前须在被测轮胎侧面任意处贴装白色反光标志，为使光电元件正常工作，胎侧距光电管不得超过5cm，检测程序分三次进行。

    第一次：待摩擦轮与轮胎压紧后按下右按钮（左按钮也可），同时按压第一次试验按钮驱动车轮旋转，待转速上升到适当转速时，即分离摩擦轮同时释放按钮，电路即记录与不平衡力及其相位有关的原始量并存入CPU，仪表的4与5闪烁显示这组未经标定的不平衡数值和相位。

    第二次：在反光标志处加装计算机预设的标定质量，如有的规定小客车为3Og，大货车为300g，按下第二次试验按钮，重复上述操作，即用这已知预设质量对振动系统的刚性和结构参数进行计算。当转速上升到设定值时显示灯即被点亮，计算机即将第一次所测得的变量自动处理成常量显示于仪表板上；这就是就车式平衡机的自标定功能。这时将显示的质量加装在所显示的相位处，然后除去标定重块。

    第三次：剩余不平衡量检测，以证实剩余不平衡量是否满足有关法规的要求，如果达不到要求，可进行第二次复试，如仍达不到标准要求，只能拆下轮胎使用较高精度的离车式车轮平衡机进行平衡。

    如果是驱动桥，则可用发动机拖动车轮旋转，其他操作如同前述。对于平衡要求较高的车辆，为了消除阻尼造成的相位误差，平衡时可令车轮左右各转一次，取两次的平均值为最后测定值。

    这里必须着重指出，所有平衡机都有最大不平衡量限值，严重失衡的车轮是不能上机平衡的。TOP

    2、离车式车轮平衡机的结构与使用

    离车式车轮平衡机按动平衡原理工作，即可以检测不平衡力，也可用以测定不平衡力矩，车轮拆离车桥装于平衡机主轴上，一切结构和安装基准都已确定，所以无须自标定过程，因此平衡机的构造和电测系统都较简单，平衡操作时只要将被测车轮的轮辋直径和轮胎宽度以及安装尺寸输入电测电路即可完成平衡作业，平衡机仪表即会自动显示（如图 5所示）轮胎两侧的不平衡质量m₁和m₂及其相位。

    离车式平衡机的主轴为卧式布置称卧式平衡机，如图 5所示。立式平衡机的主轴垂直布置，如图 6所示。卧式平衡机最大的优点是被测车轮装卸方便，机械结构和传感装置也较简单，造价也较低廉，因此深受修理保养厂家欢迎，同时也是制造厂家的首选机型。但因车轮在悬臂较长的主轴上形成很大的静态力矩，影响传感系统的初始设定状态，尤其是垂直传感器B的预紧状态，长时间使用后精度难以保证，零漂也较大，但其平衡精度仍然能满足一般营运车辆的要求，其灵敏度能达到1Og。

    立式平衡机虽然装卸车轮不如卧式平衡机方便，但其车轮重量直压在主轴中心线上，不但不形成强大的力矩，垂直传感器受到的静载反而比车轮重量还小，如图 6所示，应变件是一块与工作台面同大的方形应变板，水平传感器设计成左右各一个，比卧式平衡机的单个水平传感器的力学结构要稳定得多，方形应变板上开有多个空槽以减小应变板的刚性，从而大大地提高了传感系统的灵敏度。因此立式平衡机的精度极高，灵敏度可达到3g，且具有良好的重复性和稳定性。

    离车式平衡机的参数显示和操作系统因采用CRT显示，或用发光二极管显示，其外形结构差异很大，但其基本操作内容则大同小异。前者显示形象美观，并有屏幕提示便于操作，但造价较高；后者结构简单，工作可靠，参数调整方便，成本低廉。如图 7所示就是最为典型的一种操作面板。旋钮8设定轮胎宽度B，旋钮7设定轮辋直径D，旋钮6则设定安装尺寸C，对于立式平衡机是胎、面至顶面安全罩的距离（安全罩转下处于工作状态），对于卧式平衡机C值是胎面至平衡机箱体的距离，C值是一当量值。

    车轮由专用的定位锥和紧固件安装就绪后即可启动电机实施平衡，待转数周期累积足够时，上下（或左右）不平衡值m₁和m₂即有数字显示，届时即可停车。待车轮完全停止后即可用手转动车轮，这时发光二极管即会随转动而左右（或上下）跳闪，如将上排光点调至中点，这时就可在车轮的轮辋上平面正对外缘（操作者方向）处加装m₁，显示的平衡重见图 8，用同样方法加装m₂值平衡重。加装完毕后进行第二次试验观察剩余不平衡量是否满足法规要求。具体的操作步骤各机型略有差异，使用者应按所用机型的使用说明书进行操作。

    车轮在平衡机主轴上的定位至关重要，为了确保不同型式和不同规格的车轮的中心都能与主轴中心严格重合，所有离车式车轮平衡机均配有数个大小不等的定位锥体，如图 9所示。锥体内孔与主轴高精度配套，外锥面与轮辋中心孔紧密接合，并由专用快速蝶形压紧螺母紧压于主轴定位平台上，如图 10所示。注意车轮的外侧向下（立式平衡机）或向内（卧式平衡机）。

    为了方便用户，离车式平衡机都随机配备一个专用卡尺，如图 11，以供用户测量轮辋直径D和轮胎宽度B，因为轮胎宽度用直尺是难以测量的。为了适应不同计量制式和国度，平衡机上的所有标尺一般都同时标有英制和公制刻度。TOP

    3、平衡重

    车轮平衡机的平衡重也称配重。目前通常使用两种形式，图 12为卡夹式配重。它用于大多数轮辋有卷边的车轮，对于铝镁合金轮辋，因无卷边可夹，则使用图 13所示的粘贴式配重，其外弯面有不干胶粘贴于轮辋内表面。

    标准的配重有两种系列。一种系列以昂斯（OZ）为基础单位，分9档，最小为14.2g（0.5OZ），最大为170.1g（6OZ），间隔为14.2g（0.5OZ）。另一种以克（g）为基础单位，分14档，最小为5g，最大为8Og，6Og以上以10g分为一档。TOP

    4、几点重要说明

    （1）离车式平衡机的主轴固定装置和就车式平衡机的支架上都装入精密的位移传感器和易碎裂的压电晶体传感器，因此严禁冲击和敲打主轴或传感器支架。

    （2）在检修平衡机时，传感器的固定螺栓不得任意松动。因为这一螺栓不是一般的紧固件，由它向传感器体提供必要的预紧力，当这一预紧力发生变化时，电算过程将完全失准。

    （3）商业系统供给的配重最小间隔为5g，因此过分苛求车轮平衡机的精度和灵敏度并无太大的实际意义。特殊情况下，如高速小客车和赛车，则可使用特制的平衡重块。

    （4）必须明确平衡机的机械系统和电算电路都是针对正常车轮使用条件不平衡失准或轻微受损但仍能使用的车轮而设计的，对因交通事故而严重变形的轮辋或胎面大面积剥离的车轮是不能上机进行平衡作业的。一方面不平衡量过大的车轮旋转时的离心飞力可能损伤平衡机的传感系统，而且超值的不平衡力可能溢出电算范围而使设备自动拒绝工作。

    （5）当不平衡量超过最大配重时可用两个以上配重并列使用，但这时要注意因多个配重占用较大的扇面会使其有效质量低于实际质量。因扇面的边缘的质量所处半径R₂小于计算半径R₁。如图 14所示，这种情况不仅影响该面的平衡力，而且还波及左右两面的力矩值（即动平衡量）。因此，在使用多个平衡重时须慎重处理。TOP

    5、车轮平衡机的测试

    车轮平衡机的机械系统比较简单，但其主轴的固定部分有应变装置和压电晶体等非电量的电测系统，其应变常数和预紧力等在出厂时已调试就绪，并将有关参数输入电控系统，因而用户不得对主轴进行任何拆卸与调整。事实上车轮平衡机内，尤其是微处理系统并没有供用户调整和维修的部件。

    用户可以按以下两种简易方法对新机进行验收或对失准的车轮平衡机进行测试：首先可以将车轮平衡机不装车轮空机开动，观看仪表面板显示的不平衡量值和相位是否为零，此法可初步检验平衡主轴系统包括主轴、定位锥和快速压紧螺母自身是否平衡，必要时可以找一新车轮并在高一级精度的通用平衡机上平衡后来检测车轮平衡机的平衡结果。第二种方法是将上述平衡良好的车轮在已知相位上装上已知量值的配重，然后测试该车轮平衡机的显示值是否与已知值吻合，如果该差值超过标准只能由供货厂家进行保修。

    如果车轮平衡机故障状态超出失准范围而无法工作，可用如图 15所示的方法检测压电传感器是否工作，即将压电晶体线路接上一个RC滤波电路，经电荷放大器后通向示波器，在力传感器上施加人为压力，观察示波器上是否有信号输出，以此来证明传感器是否工作正常。光电脉冲信号也可用示波器测试，其他如开关电路和显示仪表等常规电路用万用表即可测试。各型车轮平衡机的电路不尽相同，图 16提供一个就车车轮平衡机的微处理机系统的构成模块，供检测时参考。当所有输入信号和操作显示电路均正常而平衡机仍不能工作时，只有与厂家联系更换主板或CPU一试。