بالانس چرخ خودرو؛ تفاوت بالانس استاتیکی و دینامیکی

نابالانسی چرخ خودرو یعنی جرم مجموعه چرخ و تایر به‌طور یکنواخت دور محور دوران پخش نشده باشد. اگر این جرم اضافی دقیقاً در صفحه مرکزی تایر باشد، نابالانسی استاتیکی ایجاد می‌شود و چرخ هنگام حرکت بالا و پایین می‌پرد. اگر جرم اضافی خارج از صفحه مرکزی و نامتقارن باشد، نابالانسی دینامیکی ایجاد می‌شود و فرمان به چپ و راست می‌لرزد. مهم‌ترین نشانه هر دو نوع، لرزش فرمان یا بدنه در سرعت‌های مشخص است و راه رفع آن، بالانس چرخ با دستگاه است.

چرخ خودرو یک قطعه دوار است و هر قطعه دوار اگر از نظر هندسی یا توزیع جرم یکنواخت نباشد، هنگام چرخش نیروهای نامتقارن ایجاد می‌کند. این نیروهای نامتعادل باعث ارتعاش، لرزش و وارد شدن تنش‌های اضافی به قطعات اطراف می‌شوند؛ از کاهش راحتی سرنشین گرفته تا آسیب به سیستم تعلیق، فرمان و حتی افزایش مصرف سوخت.

استاتیک و دینامیک در بالانس چرخ به چه معناست؟

واژه استاتیک (Static) به معنای «ایستا» و واژه دینامیک (Dynamic) به معنای «در حال حرکت» است. نابالانسی استاتیکی نوعی از نابالانسی است که حتی وقتی چرخ ساکن است هم دیده می‌شود؛ اگر چرخ را روی یک محور آزاد رها کنید، سمت سنگین‌تر همیشه به پایین می‌چرخد. اما نابالانسی دینامیکی فقط وقتی چرخ با سرعت می‌چرخد خودش را نشان می‌دهد، چون جرم اضافی در دو طرف صفحه مرکزی تایر پخش شده و در حالت سکون ممکن است یکدیگر را خنثی کنند.

به همین ترتیب، بالانس استاتیکی یعنی رفع نابالانسی در یک صفحه و بالانس دینامیکی یعنی رفع نابالانسی در دو صفحه (لبه داخلی و بیرونی رینگ)، به‌گونه‌ای که چرخ در حال دوران هم هیچ نیروی نامتعادلی ایجاد نکند.

پیامدهای نابالانسی چرخ خودرو چیست؟

نابالانسی استاتیکی یا دینامیکی چرخ پیش از هر چیز باعث کاهش راحتی سرنشین و کاهش پایداری خودرو می‌شود. ارتعاش مداوم چرخ به قطعات سیستم تعلیق، ترمز و فرمان منتقل می‌شود و عمر آن‌ها را کاهش می‌دهد؛ حتی اجزای بدنه خودرو هم به‌مرور مستهلک می‌شوند.

از سوی دیگر، تایری که به‌طور یکنواخت با جاده تماس ندارد، سریع‌تر و نامنظم ساییده می‌شود و عمرش کوتاه می‌شود. اتلاف انرژی ناشی از ارتعاش هم به افزایش مصرف سوخت و آلایندگی منجر می‌شود و ضربه‌های مکرر چرخ حتی عمر سطح جاده را کاهش می‌دهد.

نکته مهم این است که هرچه سرعت دوران چرخ بیشتر شود، نیروهای ناشی از نابالانسی نیز افزایش پیدا می‌کنند و در نتیجه شدت آسیب‌ها بیشتر خواهد شد. به همین دلیل، لرزش ناشی از نابالانسی در سرعت‌های بالا محسوس‌تر است و در طولانی‌مدت می‌تواند به خرابی کمک فنر و بوش‌ها منجر شود.

چرا نابالانسی چرخ باعث لرزش خودرو می‌شود؟

وقتی مجموعه چرخ و تایر در حال دوران است، اگر جرم در یک نقطه بیشتر از بقیه باشد یا شکل هندسی تایر کاملاً همگن نباشد، مرکز جرم با محور دوران منطبق نخواهد بود. در نتیجه یک نیروی گریز از مرکز نامتقارن ایجاد می‌شود که جهت آن با هر دور چرخش تغییر می‌کند. این نیرو چرخ را به ارتعاش درمی‌آورد و ارتعاش از طریق سیستم تعلیق و فرمان به بدنه منتقل می‌شود. نتیجه آن لرزش فرمان، لرزش بدنه و کاهش پایداری است.

محل حس شدن لرزش، سرنخ خوبی برای پیدا کردن چرخ نابالانس است. نابالانسی چرخ‌های جلو معمولاً به‌صورت لرزش غربیلک فرمان حس می‌شود؛ برای نمونه در خودروهایی مانند پراید و پژو ۲۰۶، لرزش فرمان در یک بازه سرعت مشخص (معمولاً حدود ۸۰ تا ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت) و کم شدن آن با بالاتر یا پایین‌تر رفتن سرعت، از رایج‌ترین نشانه‌های نابالانسی است. اما نابالانسی چرخ‌های عقب کمتر در فرمان حس می‌شود و بیشتر به‌صورت لرزش صندلی، کف خودرو یا بدنه بروز می‌کند.

نابالانسی استاتیکی چرخ چیست؟

اگر جرم اضافی دقیقاً در صفحه مرکزی تایر قرار گرفته باشد، نابالانسی ایجاد شده را نابالانسی استاتیکی می‌نامند. در این حالت نیروی نامتعادل در راستای شعاع تایر ایجاد می‌شود و چرخ تمایل دارد همیشه از یک سمت مشخص به پایین بیفتد. با افزایش سرعت دوران، این لرزش شعاعی بیشتر می‌شود. این نوع نابالانسی معمولاً باعث بالا و پایین پریدن چرخ در حین حرکت می‌شود.

نابالانسی دینامیکی چرخ چیست؟

اگر جرم اضافی نسبت به صفحه مرکزی تایر نامتقارن و خارج از مرکز باشد و در راستای محور دوران توزیع نامناسب داشته باشد، نابالانسی ایجاد شده را نابالانسی دینامیکی می‌نامند. در این حالت ارتعاش به‌صورت صفحه‌ای یا موجی در مجموعه چرخ ایجاد می‌شود؛ یعنی چرخ به‌جای بالا و پایین پریدن، حول محور عمودی به چپ و راست تاب می‌خورد و این حرکت به‌صورت تکان جانبی فرمان ظاهر می‌شود. شدت این ارتعاش هم با افزایش سرعت بیشتر می‌شود.

در شرایط واقعی، نابالانسی چرخ معمولاً ترکیبی از نوع استاتیکی و دینامیکی است.

تفاوت بالانس استاتیکی و دینامیکی چیست؟

جدول زیر تفاوت دو نوع نابالانسی و روش رفع هرکدام را به‌صورت خلاصه نشان می‌دهد:

بالانس چرخ چگونه انجام می‌شود و چرا اهمیت دارد؟

بالانس چرخ یعنی تشخیص محل و مقدار جرم اضافی، افزودن وزنه‌های مناسب در محل صحیح و بازگرداندن تعادل جرمی مجموعه چرخ. این کار با دستگاه بالانس دینامیکی انجام می‌شود؛ چرخ روی محور دستگاه بسته و با سرعت چرخانده می‌شود و حسگرهای دستگاه نیروهای نامتعادل را در دو صفحه اندازه می‌گیرند. سپس دستگاه مقدار وزنه لازم و محل نصب آن را برای لبه داخلی و بیرونی رینگ نشان می‌دهد. به همین دلیل بالانس دینامیکی، نابالانسی استاتیکی را هم هم‌زمان برطرف می‌کند.

اگر بالانس انجام نشود، ارتعاش‌های مداوم باعث استهلاک زودهنگام بلبرینگ‌ها، خرابی سیبک‌ها و بوش‌ها، کاهش عمر کمک‌فنرها، کاهش کیفیت ترمزگیری و حتی آسیب به بدنه خودرو خواهند شد. بالانس معمولاً پس از تعویض تایر، هنگام جابه‌جایی چرخ‌های خودرو و پس از ضربه شدید به چرخ انجام می‌شود.

باید توجه داشت که بالانس و میزان فرمان دو سرویس جدا هستند. بالانس لرزش ناشی از توزیع جرم را رفع می‌کند، اما کشیده شدن خودرو به یک سمت یا سایش یک‌طرفه تایر معمولاً به تنظیم زوایای چرخ مربوط است. اگر پس از بالانس هم لرزش ادامه داشت، باید قطعات جلوبندی از نظر لقی و استهلاک بررسی شوند؛ تشخیص اینکه منشأ لرزش چرخ است یا جلوبندی، از مهارت‌هایی است که در [دوره آموزش جلوبندی‌سازی] به‌صورت عملی آموزش داده می‌شود.

آیا نابالانسی فقط مربوط به چرخ است؟

خیر. موضوع نابالانسی جرمی و هندسی فقط محدود به چرخ خودرو نیست و در تمامی قطعات دوار مانند میل‌لنگ موتور، روتور توربین‌های نیروگاهی، آرمیچر موتورهای الکتریکی، فن‌های صنعتی و هارد دیسک کامپیوتر نیز توزیع یکنواخت جرم اهمیت حیاتی دارد. کنترل نیروهای ناشی از نابالانسی بسیار دشوار و گاهی غیرممکن است؛ به همین دلیل بهترین راهکار، تولید قطعه با یکنواختی جرمی و هندسی بالاست.

در تایرها نیز کیفیت ساخت اهمیت زیادی دارد. تایرهایی که از نظر جرمی و هندسی یکنواخت‌تر باشند، هنگام بالانس به وزنه کمتری نیاز دارند.

جمع‌بندی نهایی

نابالانسی استاتیکی و دینامیکی چرخ خودرو یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد لرزش و کاهش پایداری در خودرو است. این نابالانسی به دلیل توزیع نامناسب جرم یا عدم یکنواختی هندسی در تایر و رینگ ایجاد می‌شود و با افزایش سرعت شدت آن بیشتر می‌شود. نوع استاتیکی باعث بالا و پایین پریدن چرخ و نوع دینامیکی باعث لرزش جانبی فرمان می‌شود.

پیامدهای نابالانسی شامل افزایش مصرف سوخت، کاهش عمر تایر، آسیب به سیستم تعلیق و فرمان و کاهش راحتی سرنشین است. بهترین راهکار برای جلوگیری از این آسیب‌ها، بالانس دقیق چرخ‌ها با دستگاه بالانس دینامیکی و استفاده از تایرهای باکیفیت و یکنواخت است.

سوالات متداول

نابالانسی چرخ خودرو چه علائمی دارد؟

لرزش فرمان در سرعت‌های خاص، لرزش بدنه و صندلی و سایش غیرعادی تایر از مهم‌ترین علائم آن هستند.

تفاوت بالانس استاتیکی و دینامیکی چیست؟

در نوع استاتیکی جرم اضافی در صفحه مرکزی تایر است، لرزش شعاعی ایجاد می‌کند و با وزنه در یک صفحه رفع می‌شود. در نوع دینامیکی جرم به‌صورت نامتقارن توزیع شده، لرزش جانبی ایجاد می‌کند و با وزنه در دو صفحه (لبه داخلی و بیرونی رینگ) رفع می‌شود.

علائم بالانس نبودن چرخ‌های عقب چیست؟

نابالانسی چرخ‌های عقب معمولاً در فرمان حس نمی‌شود و بیشتر به‌صورت لرزش صندلی، کف خودرو یا بدنه در سرعت‌های بالا بروز می‌کند؛ در حالی که نابالانسی چرخ‌های جلو بیشتر به‌صورت لرزش فرمان ظاهر می‌شود.

بالانس دینامیکی بهتر است یا استاتیکی؟

برای چرخ خودروهای سواری، بالانس دینامیکی روش استاندارد است؛ چون دستگاه بالانس دینامیکی نابالانسی را در دو صفحه اندازه می‌گیرد و هر دو نوع استاتیکی و دینامیکی را هم‌زمان برطرف می‌کند.

آیا نابالانسی باعث افزایش مصرف سوخت می‌شود؟

بله، زیرا ارتعاش و مقاومت اضافی در چرخ‌ها باعث افزایش اتلاف انرژی می‌شود.

هر چند وقت یک بار باید بالانس چرخ انجام شود؟

معمولاً پس از تعویض تایر، هنگام جابه‌جایی چرخ‌ها، پس از ضربه شدید به چرخ یا در صورت مشاهده لرزش در سرعت‌های خاص باید بالانس انجام شود.

آیا تایرهای بی‌کیفیت بیشتر دچار نابالانسی می‌شوند؟

بله، تایرهایی که یکنواختی جرمی و هندسی کمتری دارند معمولاً به وزنه بالانس بیشتری نیاز دارند و احتمال نابالانسی در آن‌ها بیشتر است.

منبع: کتاب تکنولوژی مکانیک خودرو

گروه فنی مهندسی ایمگ