Что такое осевое биение

Способы проверки, рекомендации

1. Превышение допустимых значений дисбаланса диска

В связи с особенностями процесса литья, все легкосплавные диски обладают большим или меньшим дисбалансом. Балансировочные станки предназначены именно для выравнивания суммарного дисбаланса диска в сборе с шиной, и даже самый большой дисбаланс, после выравнивания на балансировочном станке, не оказывает на механизмы автомобиля никакого отрицательного воздействия и не снижает комфортности управления автомобилем. Поскольку дисбаланс колеса в сборе может изменяться в процессе эксплуатации (налипание грязи на внутренней полке диска, проворот шины на диске, появление грыж на шине, изменение геометрической формы диска), мы настоятельно рекомендуем проводить балансировку колёс как минимум перед каждым эксплуатационным сезоном.

Поскольку Российский стандарт (ГОСТ Р 50511-93) не оговаривает величину допускаемого дисбаланса, то на практике обычно руководствуются внутренними стандартами заводов – производителей колесных дисков. Данные предприятия являются поставщиками легкосплавных дисков на конвейеры мировых производителей автомобилей и, по нашему мнению, их внутренний стандарт может быть распространен на диски, поставляемые на российский рынок.

Во избежание спорных ситуаций, связанных с высоким (по мнению клиента) дисбалансом дисков, наша компания приняла решение довести до сведения покупателей предельные величины дисбаланса для литых дисков из легких сплавов (Таблица №1).

Цифры в таблице – это предельная масса набивных (пружинных) грузов. Масса самоклеющихся грузов, распространенных в настоящее время, будет превышать предельные величины, указанные в таблице, что не является производственным дефектом, т.к. изменение массы происходит из-за изменения радиуса наклейки грузов (рис. 1).

Рис.1 Изменение массы грузов в зависимости от их расположения на примере одного 14 дюймового диска (поочередно: набивные, самоклеящиеся и режим «один груз»)

2. Биение (радиальное и осевое)

Под биением диска подразумевается колебательное смещение посадочных полок под шину при вращении диска: параллельно радиуса колеса – радиальное, параллельно оси вращения колеса – осевое (торцевое) (Рис. 2). Колебания при вращении внешних закраин диска, монтажного ручья или лицевой поверхности диска биением не считается и не оказывает на эксплуатационные характеристики никакого влияния.

Рис. 2 Направление радиального и осевого биений относительно оси вращения диска.

Согласно пункта 2.7 Российского стандарта (ГОСТ Р 50511-93) биение обода на участках прилегающих к шине, для легковых автомобилей, не должно превышать 0.5 мм (Рис. 3)

Рис. 3 Выдержка из ГОСТ Р 50511-93.

Наиболее частой ошибкой клиентов, в вопросе определения биения диска, является попытка визуально оценить степень биения диска на балансировочном станке. Это неправильно. Человеческий глаз не самый точный инструмент, и визуально биение в 0.3 мм воспринимается человеком, как критическое, хотя по факту таким не является.

Для проверки биения диска используйте любой индикатор, электронный или часового типа, на штативе имеющий точность измерения не ниже 0.05 мм. Проверка проводится посередине посадочной полки под шину. Индикатор устанавливается параллельно радиусу диска при проверке радиального биения (Рис.4), и параллельно оси вращения диска при проверке осевого (торцевого) биения. (Рис.5)

Рис. 4 Правильная и не правильная установка индикатора при проверке радиального биения диска

Рис. 5 Проверка осевого (торцевого) биения диска

Биение проверяется исключительно по внутренним поверхностям обода диска.

К сожалению, наиболее частой причиной биения диска на балансировочном станке или на автомобиле является не неправильная геометрия диска, а какие-либо внешние факторы, как то наплыв краски на привалочной плоскости, налипшая грязь и т.п. Помните, что перед установкой диска на балансировочный станок и на автомобиль необходимо тщательно проверять привалочную плоскость и центральное отверстие. Так же проверяйте фланец балансировочного станка, и привалочную плоскость со ступицей на автомобиле. Любая соринка, ржавчина, кусочек липкой ленты или небольшая капля краски на этих поверхностях может привести к перекосу диска и как результат к ложному биению и изменению общей геометрии комплекта «шина, диск, ступица».

Если не удается напрямую измерить биение цилиндрического или конического отверстия, то для измерения биения следует использовать контрольную оправку, устанавливаемую в отверстие. Биение выступающей цилиндрической части оправки следует измерять в соответствии с 5.612.2. Однако т.к. ось оправки может пересекаться с осью вращения в плоскости измерения, то для получения более достоверных данных измерения следует проводить в двух сечениях A и В, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии (см. рисунок 94).

Например, одно измерение следует провести у посадочного конца отверстия, а второе – на максимально возможном расстоянии от первого. Чтобы исключить влияние неправильной установки оправки в отверстии, особенно в случае конического отверстия, эти измерения следует повторить минимум 4 раза, каждый раз поворачивая оправку на 90° относительно шпинделя. В качестве результата принимается среднее значение по четырем измерениям.

В каждом случае радиальное биение следует измерять в вертикальной и горизонтальной плоскостях (положения С₁ и С₂ на рисунке 94).

Особые требования к вышеописанным методам:

– расстояния между точками измерения следует выбирать так, чтобы минимизировать воздействие боковой нагрузки на измерительный наконечник;

– следует учитывать, что при использовании контрольных оправок точную форму отверстия определить нельзя;

– измерение обработанной на станке цилиндрической детали показывает результат биения всего шпиндельного узла. Эта проверка не дает возможности оценить ни точность формы цилиндрического или конического отверстия, ни фактического положения отверстия относительно оси вращения;

-описанные выше методы применимы только для шпинделей на подшипниках скольжения, на шариковых или роликовых подшипниках;

– биение шпинделя с автоматическим центрированием во время вращения (например, с помощью гидравлики) следует измерять только при вращении на нормальной частоте вращения. В этом случае следует использовать приборы бесконтактного измерения, например емкостные датчики, электромагнитные или другие соответствующие измерительные приборы.

Допуск

Допуск на радиальное биение ограничивает допустимую разность показаний измерительного прибора при измерении траектории точек на поверхности детали в одном сечении при вращении ее вокруг оси вращения. Величину допуска указывают без знака. Допуск включает в себя погрешность формы вращающейся поверхности, смещение и непараллельность оси этой поверхности относительно оси вращения (погрешности расположения) и смещение оси вращения вследствие некруглости опорных шеек или отверстий под них (погрешности опор). Для поверхностей небольшой протяженности в осевом направлении (например, конец шпинделя шлифовального станка) достаточно проводить измерение биения в одном сечении, но для более протяженных поверхностей следует указывать сечения, в которых необходимо проводить измерения.

В случае необходимости проведения измерения радиального биения только в заданном сечении или только на заданной длине следует в технической документации указывать эти сечения и длину.

Осевое биение

Определения

Минимальный осевой зазор

Термин «минимальный осевой зазор» означает наименьшее значение возможного осевого смещения вращающейся детали, обеспечивающее работоспособность соединения. Минимальный осевой зазор следует определять в состоянии покоя путем измерения осевого смещения вращающейся детали в нескольких угловых положениях при повороте ее вокруг своей оси (см. рисунок 95).

Осевое биение

Термин «осевое биение» означает величину возвратно-поступательного перемещения вращающейся детали вдоль своей оси при устранении осевого зазора путем приложении осевой нагрузки в заданном направлении (см. рисунок 95).

Если осевое биение вращающейся детали остается в пределах поля допуска, то считается, что эта деталь осевого биения не имеет.

Методы измерения

Общие положения

Чтобы исключить влияние зазоров упорных подшипников, шпиндель следует слегка поджимать в направлении измерения. Измерительный наконечник индикатора должен упираться в центр торцовой поверхности, по возможности, по оси вращения.

Показания следует снимать при непрерывном вращении шпинделя при малой частоте вращения с поджимом в направлении измерения.

J – максимальный осевой зазор; j – минимальный осевой зазор; d – осевое биение

Если шпиндель полый, то следует вставить в него короткую оправку с плоским торцом, перпендикулярным к оси, в центр которого при измерении должен упираться закругленный измерительный наконечник (см. рисунок 96). Или наоборот можно использовать оправку с закругленным торцом и измерительный прибор с наконечником, имеющим плоскую контактную поверхность (см. рисунок 97). Если шпиндель или вставленная в его отверстие контрольная оправка имеют центровое отверстие, то в него следует вставлять стальной шарик, в который следует упирать плоский измерительный наконечник (см. рисунок 98).

Дополнительные сведения

Осевое биение можно измерить при помощи специального устройства, обеспечивающего создание осевой нагрузки и позволяющего установку на этой оси индикатора.

На ходовых винтах осевая нагрузка создается сопротивлением перемещаемых салазок при зацеплении винта с гайкой. Планшайбы с вертикальной осью вращения надежно прижимаются к упорным подшипникам собственным весом. Если используются подшипники с предварительным натягом, нет необходимости прикладывать дополнительную осевую нагрузку к шпинделю с горизонтальной осью вращения.

Если нет возможности установить индикатор по оси вращения, но имеется подходящая торцовая поверхность, величину осевого биения следует измерять путем использования двух индикаторов, разнесенных на 180° друг от друга (см. рисунок 99). Показания измерительных приборов следует снимать в различных угловых положениях торца. Осевое биение равно разности между наибольшим и наименьшим значениями показаний измерительных приборов.

Поворот измеряемой детали из одного углового положения в другое следует выполнять так, чтобы минимизировать воздействие на измерительный наконечник боковых сил трения.

Примечание 26 – Если вращающаяся деталь установлена на подшипниках качения, измерения следует проводить, поворачивая деталь на несколько оборотов.

Допуск

Допуск на осевое биение ограничивает предельно допустимое смещение шпинделя вдоль оси при медленном вращении и легком осевом поджиме. В технической документации следует указывать направление этого поджима (например, «при легком поджиме в сторону корпуса»).

Если требуется проведение измерений при создании осевой нагрузки сначала в одном направлении, а потом в противоположном, в технической документации следует указывать допуски для каждого направления отдельно.

Торцевое биение

Определения

Торцевое биение плоской поверхности, вращающейся вокруг оси:

a) Торцевое биение поверхности

За торцевое биение принимают отклонение от плоскостности торцевой поверхности при вращении ее вокруг оси, перпендикулярной к этой поверхности. Торцевое биение определяют по расстоянию h между двумя плоскостями, перпендикулярными к оси, между которыми перемещаются точки торцевой поверхности во время вращения.

b) Торцевое биение поверхности на расстоянии d от оси

1, 2 – позиции установки измерительных приборов; 3 – осевая нагрузка

Это биение определяется расстоянием h между двумя плоскостями, перпендикулярными к оси, между которыми перемещается участок торцевой поверхности, ограниченный вращающимся цилиндром диаметром 2d. Ось симметрии цилиндра является теоретической осью вращения поверхности.

Торцевое биение – это сумма различных погрешностей торцевой поверхности и биения оси вращения h₁, h₂, h₃ – см. рисунки 100, 101 и 102):

a) поверхность неплоская (h – см. рисунок 100);

b) поверхность и ось вращения не перпендикулярны (h₃ – см. рисунок 101);

c) периодическое осевое смещение оси (h₂ – см. рисунок 102).

Примечание 27 – Если измеряемая плоскость имеет геометрическую ось (деталь А, рисунок 103), которая не совпадает с осью вращения, то результирующее радиальное смещение создает торцевое биение. Эта погрешность вызывается неперпендикулярностью торцевой поверхности к оси вращения.

Метод измерения

Измерение торцевого биения следует проводить для вращающихся планшайб. Цель измерения заключается в том, чтобы удостовериться, что все точки одной окружности на измеряемой поверхности находятся в одной плоскости, перпендикулярной к оси вращения и что осевое положение этой поверхности не меняется при вращении шпинделя. Т.к. торцевое биение имеет тенденцию к увеличению по мере удаления от оси вращения, измерение следует проводить в точках окружности, наиболее удаленных от оси или конкретно указанных в технической документации.

Наконечник измерительного прибора следует устанавливать перпендикулярно к торцевой поверхности на заданном расстоянии А от центра (см. рисунок 104). Измерения следует проводить последовательно в нескольких точках по периферии (точки А₁, А₂, А₃ . ). Разность между максимальным и минимальным показаниями измерительного прибора является величиной торцевого биения.

1 – точки, в которых производятся измерения; 2 – осевой поджим

Измерения следует проводить при непрерывном вращении шпинделя на малых оборотах и, если необходимо, с легким осевым поджимом для шпинделя с горизонтальной осью вращения, чтобы исключить влияние зазора упорных подшипников. Планшайба с вертикальной осью вращения, как уже отмечалось выше (5.622.2), в достаточной мере прижата к упорным подшипникам своим собственным весом.

В технической документации следует указывать направление легкого поджима шпинделя во время измерения, например, «легкий поджим в сторону корпуса».

Примечание 28 – При необходимости проведения анализа причин возникновения торцевого биения следует измерить отдельно погрешности поверхности и погрешности оси. В некоторых случаях следует отдельно измерять осевое смещение оси. Если поверхность планшайбы была обработана после сборки (т. е. обработана на станке, деталью которого она является), то при установке измерительного наконечника индикатора в положение, которое занимала вершина режущего инструмента при обработке этой поверхности, индикатор может показать нулевое отклонение. При установке индикатора под углом 180° от этого положения он покажет торцевое биение h, значение которого равно двойному осевому биению.

Допуск

Допуск на торцевое биение ограничивает величину предельного отклонения точек, расположенных на заданной окружности контролируемой торцевой поверхности. Допуск включает в себя погрешности формы торцевой поверхности, ее наклон относительно оси вращения, радиальное смещение и осевое биение шпинделя. Однако этот допуск не включает в себя минимальный осевой зазор вращающейся детали (см. рисунки 95, 100 – 102).

Специальные проверки

Точность деления

Определение погрешностей

В этом разделе даны определения погрешностей деления градуированных шкал, зубчатых колес, делительных дисков, шагов ходовых винтов и т.д.

В основном, различают следующие погрешности:

Торцевое (осевое) биение колеса возникает при вращении и выглядит как колебательное движение хампов колесного диска в плоскости, параллельной оси вращения.

Радиальное биение возникает в аналогичных условиях, но означает колебательные движения колесного диска в вертикальной плоскости.

На рисунке слева Вы можете видеть схематичное изображение обоих видов биения.

Большие значения торцевого биения часто являются результатом ударов колеса при боковом столкновении с бордюром. Иногда это можно видеть при заносе джипа на скользкой дороге. Превышающее значение радиального биения появляется в результате сильного фронтального удара по колесу, то есть при столкновении выбоиной или ямой. Но чаще всего, последствием «хорошего» удара будет наличие обоих видов биения. В ярко выраженных случаях стальной диск получает замятины на закраинах обода, сколы и заметные невооруженным глазом «восьмерки» при качении.

В соответствии с отечественным стандартом ГОСТ Р 50511-93 биение колесного диска легкового автомобиля в области прилегания шины (хампов) должно быть не более 0.5 мм в любом виде биения. Этот стандарт распространяется также и на внедорожники.

Не пытайтесь установить величину биения стального диска визуально, поскольку в данном случае зрение не позволит точно оценить размер отклонения. В некоторых случаях, при таких небольших размерах биения как 0.3 мм у обывателя появляется убеждение в его запредельном размере. Для точного замера должен использоваться часовой или электронный индикатор, который располагается на оси симметрии колесного диска джипа.

Значительная часть причин биения не связана с изменением геометрии литого диска внедорожника, а относится к производственным или эксплуатационным:

• Неравномерное лакокрасочное покрытие привалочной плоскости диска
• Налипшие куски дорожного покрытия и грязи
• Наличие мусора и посторонних включений на фланце балансировочного стенда

Другими словами, не всегда следует обвинять себя или предыдущего владельца машины в недопустимой величине биения. Причина может быть более прозаичной и не требовать больших вложений для своего устранения.