Przy szybkim obracaniu się części i zespołów samochodów i ciągni­ków (kół zamachowych, wałów korbowych itd.) mogą powstawać drgania, jeżeli części te nie zostaną w czasie produkcji wyważone. Przyczynami braku wyważenia części i zespołów mogą być: 1) nieuniknione niedokład­ności wymiarów (zwłaszcza wymiarów powierzchni nieobrobionych); 2) niejednorodność materiału (obce wtrącenia w jednych miejscach, rza-dzizny w innych miejscach); 3) niesymetryczne rozłożenie masy metalu w stosunku do osi obrotu spowodowane konstrukcją części (istnienie nadlewów, otworów, położenie części złącznych itp.); 4) niedokładna współosiowość połączonych wirujących części. Rozróżnia się brak wyważenia statycznego i dynamicznego. W pierwszym przypadku środek ciężkości ciała nie znajduje się na osi obrotu. Jeśli do całkowicie wyważonej tarczy przyczepić ciężarek, to środek ciężkości tarczy oddali się od osi jej obrotu. Jeśli taką tarczę osadzi się na czopach i będzie się obracało w odpowiednich łożyskach, to powstanie siła odśrodkowa dążąca do wyrwania czopów z ich łożysk. Niewyważenie statyczne można wykryć nie obracając przedmiotu. Jeden ze sposobów statycznego wyważenia polega na umieszczeniu wywa­żanego ciała, osadzonego na czopach, na dwóch równoległych pryzmach nożowych (rys. 34); przedmiot będzie dążył do takiego ustawienia się, aby środek ciężkości zajął najniższe położenie pod osią czopów. Czopy będą toczyć się po pryzmach do chwili, aż przedmiot nie zajmie takiego położenia. Jeśli teraz u samej góry tarczy umieścić ciężar q, którego wielkość wynika z równania qR — Qr, gdzie: R — promień tarczy, r — przesunięcie środka ciężkości, Q — ciężar ciała, to po obrocie o pewien kąt tarczy z czopami na pryzmach pozostanie ona w stanie spoczynku, czyli czopy nie będą dążyły do toczenia się po pryzmach. Ciało statycznie niewyważone, umieszczone w łożyskach, dąży do obrotu dookoła osi przechodzącej przez jego środek ciężkości. Jeśli wy­obrazić sobie, że łożyska, w których osadzono takie niewyważone ciało, mogą swobodnie przemieszczać się w przestrzeni, to ich środki będą opi­sywać koła w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu ciała. Jeśli łożyska są nieruchome, to siła odśrodkowa wywołana przez obracające się ciało może spowodować ich drgania. Im większe jest przesunięcie środka ciężkości ciała i im wyższa jest prędkość obrotu, tym większa jest siła odśrodkowa, a mianowicie. gdzie: Q — ciężar ciała; r — wielkość przesunięcia środka ciężkości; g — przyspieszenie siły ciężkości; n — liczba obrotów ciała; o> — kątowa prędkość obrotu środka ciężkości dookoła osi ciała. Dowolne ciało może być wyważone statycznie i nie wykazywać przy tym wyważenia pod innym względem. Jeśli na dwóch końcach całkowicie wyważonego długiego wału umieścić dwa jednakowe ciężary Qi i Q2 umieszczone przeciwległe (rys. 35), to środek ciężkości ciała nie oddali się od osi obrotu. Ale jeśli zaczniemy obracać taki wał, to na jego końcach powstaną siły odśrodkowe Fi i F2, tworzące razem parę sił. Taki stan ciała powoduje niewyważenie dynamiczne. Para sił dąży do obrócenia osi O-O wału o pewien kąt dookoła środka ciężkości. Jeśli założyć, że wał może poruszać się w przestrzeni, to w tym przypadku jego obrót będzie się odbywał dookoła osi O' —O', opisującej duże powierzchnie stożkowe z wierzchołkami umieszczonymi w środku ciężkości wału. Jeśli wał jest ułożyskowany, to siły odśrodkowe Fi i Fo, tworzące parę, dążą do wyrwania go z łożysk. Zjawisko to wpływa również na mo­żliwość pojawienia się drgań. Jeśli w punktach leżących naprzeciw ciężarów Qi i Q2 umieścić równe im ciężary Qi i Q2, to wał zostanie wyważony dynamicznie. Wał może zostać wyważony również przez umieszczenie przeciwcię­żarów Qi i Q2 w dowolnej płaszczyźnie prostopadłej do jego osi przy zachowaniu warunku, że momenty sił odśrodkowych powstające przy obrocie pod wpływem tych ciężarów, będą równe momentom sił Fi i F2 wywołanych przez ciężary Qi i Qo, tj. jeśli Fj ' L = Fx ;l, gdzie: L — ramię pary sił pobudzających, l — ramię pary sił równoważących, przy czym Niewyważenie dynamiczne można wykryć tylko w czasie obracania się wału. Przebieg jego wykrywania i usuwania nazywamy wyważeniem dynamicznym. Im większa jest długość ramienia pobudzającej pary sił, tym większa jest wielkość niewyważenia dynamicznego. Wielkość momentu pobudzającego Żadna część nie jest w rzeczywistości wyważona ani statycznie, ani dynamicznie. Nierównomiernemu rozłożeniu masy metalu wzdłuż części jednocześnie towarzyszy nierównomierne rozłożenie mas metalu względem jego osi. Można sobie wyobrazić każdy wał jako składający się z cienkich tarcz o różnym ciężarze, przy czym środek ciężkości każdej z nich jest przesunięty względem osi. Jeśli na końcach całkowicie wyważonego wału umieścić w jednej płaszczyźnie dwa ciężary Qi i Q2 położone przeciwległe, a w środku trzeci ciężar Q:: w płaszczyźnie pochylonej pod kątem względem płaszczyzny, w której umieszczone są ciężary Qi i Q2, to w rezultacie wał nie będzie wywa­żony ani statycznie, ani dynamicznie. Ciężary Qi, Q2 i Q.{ przy obrocie wału wywołują siły odśrodkowe Fi, F2 i F3 (rys. 36), które przez rozkład sił można sprowadzić do dwóch krzyżujących się sił Pi i P._. (krzyż sił). Oddziaływanie tych sił można u- sunąć przez przyłożenie ciężarów Gi i G2. W częściach krótkich o znacznych średnicach, gdzie nie może być dłu­giego ramienia pary sił, skutek niewyważenia dynamicznego zwykle jest mniejszy niż niewyważenia statycznego. To ostatnie może być znaczne, gdy część ma wielką średnicę (np. koło zamachowe); ich niewyważenie dynamiczne nie ma znaczenia. Takie części podlegają tylko wyważeniu statycznemu. Na odwrót w ciałach długich o stosunkowo niewielkich średnicach (np. wały napędowe) niewyważenie dynamiczne ma bardzo duże znaczenie. Wpływ niewyważenia części jest proporcjonalny do kwadratu pręd­kości obrotowej i zależy od sztywności łożysk. Dlatego w ogólności po­trzeba wyważenia statycznego, czy też dynamicznego zależy nie tylko od stosunku długości części do jej średnicy, ale i od prędkości obrotowej oraz sztywności łożysk. Dla zorientowania co do rodzaju wyważania mogą służyć następujące dane. Poniżej rozpatrzono zasadnicze metody wyważania stosowane w fa­brykach samochodów i ciągników. Wyważanie statyczne. Najbardziej rozpowszechnionym w fabrykach samochodów i ciągników sposobem statycznego wyważania części o kształ­cie tarcz, w szczególności kół zamachowych, jest wyważanie na wywa­żarce o układzie dźwigniowo-ciężarowym. Jedna z maszyn często stosowana do tego celu ma następującą konstrukcję. Wyważaną część 1 (rys. 37b) umieszcza się na poziomej okrągłej tarczy 2, która może obracać się dookoła pionowej osi kołyski 3 i jest zaopatrzona w podziałkę kątową na obwodzie. Kołyska jest podpar­ta na pryzmach 4. Przymocowana jest do niej dźwignia 5. Na jednym końcu dźwig­ni jest umieszczony przesuwny ciężar 6, a do drugiego przyczepiona jest sprężyna 7. Można ją naciągać za pomocą kółka 8, również zaopatrzonego w podziałkę. Na kołysce znajduje się po-ziomnica 9, przy pomocy której można kołyskę ustawić poziomo. Po założeniu wyważanej części na tarczy kołyska przechyli się w tę lub inną stronę pod wpływem niesymetrycznie rozłożonej masy części. Przez obracanie kółka zaciąga się lub zwalnia sprężynę do chwili, aż tarcza zajmie położenie poziome. Wielkość napięcia sprężyny, propor­cjonalną do przesunięcia środka ciężkości części, określa się z odczytu na podziałce kółka. Po odnotowaniu naciągu sprężyny przy jednym położeniu tarczy wraz z umieszczoną na niej wyważaną częścią, obraca się tarczę o 90° nie zdej­mując części i znów określa się naciąg sprężyny. Znając wielkość sił po­trzebnych w celu doprowadzenia tarczy do położenia poziomego przy dwóch różnych położeniach środka ciężkości wyważanej części można obliczyć ciężar niezbędny do wyważania i wielkość przesunięcia środka ciężkości. Do tego obliczania służą podziałki rachunkowe umieszczone na maszynie. Maszyny takie często buduje się w połączeniu z wiertarkami. Wier­tłem umocowanym we wrzecionie wywierca się w odpowiednich miej­scach wyważanej części otwory w celu usunięcia nadmiaru metalu. Ilość i głębokość tych otworów określa się z odczytu na jednej z podziałek. W czasie zakładania wyważanej części i wiercenia w niej otworów podnosi się za pomocą dźwigni kołyskę z pryzm oporowych, co prowadzi do unieruchomienia tarczy. Istnieją również inne typy maszyn do wyważania statycznego. Przy znacznej skali produkcji nie stosuje się wyważania statycznego z umieszczaniem części na trzpieniu toczącym się po pryzmach (rys. 34) ze względu na dużą pracochłonność takiego sposobu wyważania. Wyważanie dynamiczne. Jak już wspomniano, w razie niewyważenia dynamicznego lub statyczno-dynamicznego powstają przy wirowaniu przedmiotu dodatkowe obciążenia ło­żysk. Jeśli łożyska te mogłyby się po­ruszać w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu wyważanej części, to zaczęły­by one drgać przy szybkim obracaniu się części. Na podstawie amplitudy drgań łożysk można sądzić o rozmia­rach niewyważenia części (rys. 38). Pierwszy oparty jest na następu­jącej zasadzie. Wyważany przedmiot umieszcza się na podporach 1 i 2 (rys. 39a), ustawionych na wahliwej ramie 3. Rama opiera się na kadłu­bie maszyny 4 w punkcie leżącym w płaszczyźnie I i jest podtrzymywana sprężyną 5. W czasie obracania przedmiotu niewy ważona masa znajdująca się w dowolnym miejscu przedmiotu, poza masami leżącymi w płaszczyź­nie I, wywoła kołysanie się ramy. Amplitudę drgań ramy mierzy się czuj­nikiem 6 (amphtudomierzem). Wyważanie statyczno-dynamiczne przeprowadzane wg drugiej me­tody wykonuje się w następujący sposób. Wyważaną część (rys. 39b) osadza się w łożyskach 1 i 2 wahliwej ramy 3. W czasie obrotu części rama zaczyna się kołysać. Rama 3 będzie się przechylać względem płaszczyzny III, na której leżą wierzchołki wyobrażalnych stożków opisywanych przez oś części w razie swobodnego przemieszczania się łożysk w prze­strzeni. Wskazania czujnika przyłożonego do ramy w płaszczyźnie III bedą równe zeru. Wskazania zaś czujników w płaszczyznach I i II będą proporcjonalne do niewyważonych mas rozłożonych po obu stronach pła­szczyzny III. Wyważanie wg trzeciego sposobu przeprowadza się na maszynach, których zasadniczy schemat przedstawiono na rys. 39c. Wyważaną część osadza się w łożyskach 1 i 2, które mogą przesuwać się w płaszczyźnie rysunku. W czasie obrotu niewyważonej części łożyska 1 i 2 zaczną od­chylać się. Ich kołysanie jest przekazywane przez układ dźwigni na czujnik. Jeśli na wyważanej części umieścić tylko w płaszczyźnie I niewy-równoważony ciężarek, to wahania łożyska 1 będą większe niż łożyska 2. Ponieważ jeden koniec dźwigni 3 jest umocowany przegubowo w punk­cie 4, drugi jej wolny koniec będzie kołysać się z amplitudą ai. Przy prze­suwaniu punktu zamocowania cięgna 5 można znaleźć na dźwigni punkt, którego amplituda wahań a2 będzie równa amplitudzie wahań drugiego łożyska 2; dźwignia 6', połączona z cięgnem 5 i cięgnem 7, będzie wówczas się wahać dookoła środkowego punktu A, ponieważ amplitudy wahań jej obu końców są równe, a kierunki ich ruchów przeciwne. Jeśli drugi ciężar Q2 umieścić w płaszczyźnie II, to amplituda wahań łożyska 2 i odpowiedniego końca dźwigni 6 powiększy się, a amplituda wahań końca przeciwległego dźwigni 6 będzie mała w porównaniu z am­plitudą wahań jej końca połączonego z cięgnem 7. Praktycznie można uważać, że wahania środkowego punktu dźwigni 6 są proporcjonalne do wahań łożyska 2 i nie zależą od wielkości ciężaru Qi. Jeśli urządzenie posiada drugi symetryczny układ dźwigni, to można określić niewyważenie w płaszczyźnie I. Ten trzeci sposób wyważania statyczno-dynamicznego jest stosowany bardzo często. Jednakże maszyny pracujące wg opisanego schematu buduje się nie z mechanicznym, lecz z elektrycznym przemieszczaniem układu dźwigni. Na rys. 40 przedstawiono schemat maszyny z przyrządami elektrycz­nymi, której działanie jest podobne do działania opisanej maszyny z przekazywaniem wahań za pomocą dźwigni. Przy mechanicznym przekazy­waniu ruchu tarcie i bezwładność poruszających się dźwigni zmniejsza dokładność wyważenia. Z tego zasadniczego względu stosowanie maszyn elektrycznych jest bardziej racjonalne. Zasada działania maszyny, której schemat pokazano na rys. 40, po­lega na indukowaniu prądów w ruchomych cewkach. Wahania łożysk 1 i 2 są przekazywane za pomocą cięgien na cewki 3 i 4, poruszające się w polu magnetycznym stałych magnesów 5 i 6. W wyniku ruchu cewek w ich uzwojeniach indukowane są prądy, których napięcia są proporcjonalne do amplitudy wahań łożysk 1 i 2. Zamiast dźwigni 3 (rys. 39a) w układzie elektrycznym zastosowano regulowany opornik A, który można tak ustawić, żeby napięcie V:j w cewce 3 równało sig napięciu Vi w cewce 4. Prąd przepływa do watomierza, który rejestruje niewyważenie części w tym przypadku, gdy w przekroju II mieści się niewy ważony ciężar Q>. W przypadku zaś, gdy w wyważanej części mieści się tylko ciężar Qi, napięcie V.-? = V4 i prądy są przeciwne co do kierunku. Napięcie suma­ryczne będzie więc równe zeru. W tym zaś przypadku, gdy w przekroju II mieści się ciężar Q>, drga­nia cewki 3 będą duże i napięcie w tej części obwodu zwiększy się. Przyrządem rejestrującym jest watomierz, który zawiera dwie cewki. Jedna z cewek jest połączona z czujnikiem, a druga — z uzwojeniem 7 specjalnej prądnicy 8 prądu zmiennego. Prądnica otrzymuje napęd od wałka obracającego wyważaną część, czyli obraca się synchronicznie z częścią. Częstotliwość wytwarzanego prądu jest taka sama co prądu wzbudzanego w czujniku. Stator 9 prądnicy można obrócić za pomocą kółka z odpowiednią podziałką. Wskazania watomierza zależą od wielkości prądów w obu jego cew­kach i od przesunięcia ich faz. Dlatego przez obracanie statora prądnicy można doprowadzić do takiego przesunięcia faz prądów w cewkach wato­mierza, przy którym jego strzałka nie będzie dawać wskazań. To jest też podstawą do wyznaczania kątowego położenia niewyważonego ciężaru. Na końcu wałka napędowego wyważanej części znajduje się tarcza W z podziałką na obwodzie. Jeśli obrócić tę tarczę 10 o ilość podziałek odpo­wiadającą wskazaniom podziałki kółka statora 9 aż do pokrycia się liczby na tarczy 10 ze wskazaniem nieruchomego wskaźnika na kadłubie ma­szyny przy zerowym wskazaniu watomierza, to tym sposobem można określić położenie niewyważonego ciężaru. Ciężar ten mieścić się będzie w płaszczyźnie przechodzącej przez oś wyważanej części i nieruchomy wskaźnik. Wielkość niewyważonej masy określa się w następujący sposób. W prądnicy 9 znajduje się uzwojenie 11, które można podłączyć zamiast uzwojenia 7 do cewki 13 watomierza za pomocą przełącznika 12. Uzwo­jenie 11 jest przesunięte względem uzwojenia 7 o 90°. Prąd w tym uzwo­jeniu jest zawsze zgodny pod względem fazy z prądem wzbudzonym w czujniku. Wielkość wskazań watomierza będzie proporcjonalna do na­pięcia prądu wzbudzanego w czujniku, tj. proporcjonalna do amplitudy wahań łożyska, zależnej od niewyważenia części. Wielkość niewyważenia ustala się po wyznaczaniu kolejno kątowego położenia mas niewyważonych dla płaszczyzny I i II. Wielkość niewywa­żenia określa się w gramocentymetrach (Gem). Istnieje wiele innych konstrukcji mechanicznych i elektrycznych maszyn do wyważania statyczno-dynamicznego.