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タイヤバランスは、タイヤアンバランスまたはタイヤアンバランスとも呼ばれ、自動車のタイヤ内またはタイヤが取り付けられているホイール全体 (リムを含む) の質量の分布を表します。
車輪が回転すると、質量分布の非対称性により、車軸に周期的な力とトルクが加わり、通常は垂直方向と横方向の振動として乗り心地の乱れが生じ、ステアリング ホイールが振動することもあります。この乗り心地の乱れの頻度と大きさは通常、速度とともに増加し、車輪の回転周波数がサスペンションの 共振周波数に等しくなると、車両のサスペンションが励起されることがあります。
タイヤバランスは、工場や修理工場で、静的バランサーと動的バランサーの 2 つの方法で測定されます。大きなアンバランスのあるタイヤは、ダウングレードまたは不合格になります。販売時点でタイヤがホイールに取り付けられると、バランス調整機で再度測定され、補正ウェイトが適用されて、それらの複合アンバランスが相殺されます。ドライバーが過度の振動を感じた場合、タイヤのバランス調整が再度行われることがあります。タイヤバランス調整は、ホイールアライメントとは異なります。
静的バランス
静的バランスをとるには、ホイールの質量の中心が回転軸上、通常はホイールが取り付けられている車軸の中心にあることが必要です。静的バランスは、タイヤを垂直の回転しないスピンドルに取り付ける静的バランシング マシンで測定できます。タイヤの質量の中心がこの垂直軸上にない場合は、重力によって軸がたわみます。たわみの量はアンバランスの大きさを示し、たわみの方向はアンバランスの角度位置を示します。タイヤ製造工場では、静的バランサーはスピンドル アセンブリに取り付けられたセンサーを使用します。タイヤ小売店では、静的バランサーは通常、回転しないバブル バランサーであり、アンバランスの大きさと角度は、オイルが満たされたガラス製の照準ゲージの中央のバブルによって示されます。専用の機械がない非常に小さなショップでは、今でもこのプロセスを行っていますが、大規模なショップでは、主に機械に置き換えられています。
ダイナミックバランス
動的バランスをとるには、タイヤの慣性モーメントの主軸が、タイヤの回転軸（通常はタイヤが取り付けられている車軸）と一直線になっている必要があります。タイヤ工場では、タイヤとホイールがバランス調整機のテストホイールに取り付けられ、アセンブリは 100 RPM（最近の高感度センサーでは 10 ～ 15 mph）以上、300 RPM（一般的な低感度センサーでは 55 ～ 60 mph）で回転し、アンバランスの力がセンサーによって測定されます。[1]これらの力は、ホイールの内側と外側の平面の静的値と結合値に分解され、アンバランス許容値（最大許容製造限界）と比較されます。タイヤがチェックされていない場合、タイヤが取り付けられている車両のサスペンションに振動を引き起こす可能性があります。タイヤ小売店では、タイヤ/ホイールアセンブリがスピンバランサーでチェックされ、アンバランスの量と角度が判定されます。次に、ホイールの外側と内側のフランジにバランスウェイトが取り付けられます。[2]
動的バランスは理論的には静的バランスよりも優れていますが、動的および静的アンバランスの両方を測定して修正できるため、ゴムの柔軟な性質のためにその有効性は議論されています。自由に回転する機械のタイヤは、車両の場合と同じ遠心歪み、熱歪み、重量およびキャンバーを経験しない可能性があります。したがって、動的バランス調整により、意図しない新しいアンバランスが発生する可能性があります。[3]
動的バランス調整では従来、車輪を車両から取り外す必要がありましたが、現代の自動車に搭載されているアンチロックブレーキなどのセンサーにより、運転中に不均衡を推定することが可能になりました。[4]
物理
弾性による変形を無視した第一近似では、車輪は車軸の周りを回転するように拘束された剛性ローターです。非対称の質量分布により、車輪の慣性モーメントの主軸が車軸と一致していない場合、車輪を車軸の周りで回転させるには、車軸に垂直な外部トルクが必要です。この追加トルクは車軸によって提供される必要があり、車軸の向きは車輪とともに連続的に回転します。このトルクに対する反作用は、ニュートンの第 3 法則により車軸に適用され、サスペンションに伝わり、振動を引き起こす可能性があります。自動車技術者は、車輪のバランスをとる際に、主軸を車軸と一直線に揃える小さな質量を内側と外側のホイール リムに追加することで、この振動を許容レベルまで低減できます。
車両の振動
自動車の振動は、ホイールのアンバランス、タイヤやホイールの不完全な形状、ブレーキの脈動、ドライブライン、サスペンション、ステアリング部品の摩耗や緩みなど、さまざまな理由で発生する可能性があります。アンバランスは、衝突によるホイールの変形、タイヤの不均一な摩耗、またはリム上のタイヤのずれによって発生する可能性があります。カウンターウェイトの損失や縁石への強い衝突がホイールのアンバランスにつながる場合もあります。道路のタール、石、氷、雪などの異物がタイヤのトレッドに詰まったり、タイヤやホイールに付着したりすると、一時的なアンバランスとそれに続く振動が発生することもあります。ホイールとタイヤのアセンブリの重量配分が不均一になる原因は、製造上の不正確さ、トレッドの不均一な摩耗、経年劣化による損傷、またはタイヤの不適切な取り付けなどです。[5] [6] [7]
環境への影響
毎年、自動車整備士がホイールのバランス調整を行う際に、何百万個もの小さな重りがホイールに取り付けられている。伝統的に、これらの重りは鉛で作られており、ホイールから落ちた鉛の最大50万ポンド（230 t）が環境に放出されたと推定されている。[8]米国環境保護庁によると、世界中で年間2万トン以上の鉛が放出されており、[9]そのため、より毒性の低い材料の使用が推奨されている。[10]欧州では、2005年から鉛の重りは禁止されており、米国でも一部の州で禁止されている。代替品としては、亜鉛や銅を含む鉛合金で作られた重り、または鉛をまったく含まない重りがある。[11]
参照
参考文献
- ^ 「タイヤのバランス調整」。コンチネンタルタイヤ。 2024年11月11日閲覧。
- ^ Baruh, Haim (2014).応用ダイナミクス. ホーボーケン: CRC プレス. p. 586. ISBN 978-1-4822-5079-4. OCLC 908079666.
- ^ 「カーケアガイド：14. タイヤ」。ポピュラーメカニクス：200。1976年5月。
- ^ Jianbo Lu、Dimitar Filev、Len Johnson (2011)。「ABSホイールスピードセンサーを使用したリアルタイムタイヤアンバランス検出」。SAE Int. J. Mater. Manuf . 4 (1): 1036–1047. doi :10.4271/2011-01-0981。
- ^ Kingston Heritage (2016年2月19日). 「吹雪の後に車が揺れる場合の対処法」Metroland Media Group Ltd. 2019年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年10月5日閲覧。
氷や雪が車輪に詰まってしまうことがあります。この固い氷の塊は、車輪と一緒に回転する追加の質量によってホイールバランスが崩れ、ハンドルの揺れを引き起こします。
- ^ 「アライメントにはどのくらいの時間がかかりますか？」2021年4月18日。2021年7月17日（土）
- ^ 「Reifen auswuchten: Was es kostet, wie oft und wann es gemacht werden sollte」 (ドイツ語) 。2024 年 11 月 11 日に取得。
- ^ シュヌーベル、マーク (2014)。今日の技術者: 自動車サスペンションとステアリング教室マニュアルとショップマニュアル。Cengage Learning。p. 607。ISBN 9781305178410。
- ^ National Lead Free Wheel Weight Initiative (NLFWWI). epa.gov. 2012年6月26日閲覧。(2023年1月21日リンク切れ)
- ^ 「郵政公社、8,000ポンドの鉛除去を約束」American Recycler 2009年1月 p. B2 。 2016年5月3日閲覧。
- ^ Gilles, Tim (2012). 自動車サービス: 検査、メンテナンス、修理。Cengage Learning。p. 1167。ISBN 9781133420682。