. | ||
Geometria zawieszenia |
||
Lp. |
Temat |
Źródło |
1 | Wiedza podstawowa | Poradnik serwisowy 6/2002 |
2 | Słowniczek najważniejszych określeń | Poradnik serwisowy 6/2002 |
Wiedza podstawowa Od dokładności ustawienia kół osi przedniej i tylnej zależy zużycie opon, kierowalność pojazdem, zużycie paliwa, a nawet całe bezpieczeństwo jazdy. Ustawienie kół może zmieniać się w trakcie eksploatacji - na skutek normalnego zużycia części zawieszeń, np. łożysk kół, przegubów prowadzących, przegubów drążków kierowniczych, tulei metalowo-gumowych itd. Jednak nagłe i gwałtowne oddziaływania “sił zewnętrznych", jak kolizja drogowa, uderzenie w krawężnik, czy zmiany dokonywane w ramach tuningu, również narzucają konieczność ponownego ustawienia zawieszenia kół. Ten, kto chce dokonywać korekcji w tym skomplikowanym układzie podwozia, powinien doskonale opanować podstawową wiedzę o zawieszeniach i dobrze znać zarówno aktualne rozwiązania, jak i zależności między poszczególnymi kątami. W geometrii zawieszenia rozróżnia się zasadniczo dwie kategorie kątów:
Do kątów ustawienia kół względem
jezdni należą: pochylenie koła, wyprzedzenie sworznia zwrotnicy,
pochylenie sworznia zwrotnicy, promień zataczania. Pochylenie koła Dla osiągnięcia idealnej powierzchni przylegania opony do podłoża pochylenie koła musiałoby wynosić dokładnie 0°. W praktyce jest to jednak niemożliwe dla żadnej konstrukcji podwozia. Dlatego też, ze względu na konieczność kompensacji rozmaitych stanów elementów resorujących, pochyleń nadwozia i elastyczności zawieszenia uwarunkowanej konstrukcją części, producenci pojazdów podają statyczną wartość regulacyjną. Wartości pochylenia obu kół jednej osi muszą być takie same, gdyż w przeciwnym razie powstaje stożek odłączania, który prowadzi do jednostronnego bocznego ściągania. W niektórych pojazdach nie można już regulować pochylenia koła, lecz można je tylko sprawdzić, jeżeli nie mieści się w tolerancjach producenta, trzeba znaleźć wadliwą część (np. korpus kolumny resorującej, zwrotnica, mocowanie kolumny resorującej w nadkolu itp.). Pomiary pochylenia kół osi tylnej wykonuje się przy ustawieniu koła kierownicy do jazdy na wprost, a pochylenia kół osi przedniej - w środkowym położeniu przekładni kierowniczej. Przykłady skutków błędnego ustawienia pochylenia kota:
Wyprzedzenie sworznia zwrotnicy Wyprzedzenie sworznia zwrotnicy powoduje powstanie momentu stabilizacyjnego od reakcji bocznych podłoża, co przyczynia się do stabilizacji kół kierowanych (zwłaszcza przy dużych prędkościach i dużym promieniu skrętu). Takie ustawienie osi sworznia zwrotnicy powoduje, że koła osi nie napędzanej nie są pchane, lecz wleczone i po wyjściu z zakrętu samoczynnie powracają do pozycji jazdy na wprost. Przy ujemnym wyprzedzeniu (opóźnieniu) sworznia zwrotnicy moment stabilizacyjny zmniejsza się drastycznie i cały układ kierowniczy pracuje niestabilnie. Wielkość momentu stabilizacyjnego zależy od długości odcinka wyprzedzenia sworznia zwrotnicy, tzn. od odległości, o jaką punkt przecięcia osi sworznia z jezdnią “wyprzedza" punkt styku opony z jezdnią. Jest ona podawana w mm. Przy tym jest bez znaczenia, czy wyprzedzenie to zostało uzyskane przez przestawienie, czy przez pochylenie osi sworznia zwrotnicy. W pojazdach z napędem przednim zmniejszenie momentu stabilizacyjnego może być jednak kompensowane przez występujące podczas jazdy siły napędowe. W praktyce takie pojazdy mają wyprzedzenie sworznia zwrotnicy od 0 do 4°. W pojazdach z napędem na oś tylną wartości wyprzedzenia sworznia zwrotnicy są zawsze wyższe. Duże dodatnie kąty wyprzedzenia stosuje się także w bardzo szybkich samochodach sportowych, w celu zwiększenia stateczności jazdy z dużymi prędkościami. Największa różnica między kątami wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy kół tej samej osi nie powinna przekraczać 0,5° - 1,0°. Mniejsze wartości dotyczą samochodów osobowych, większe - ciężarowych. Przykłady skutków błędnego ustawienia wyprzedzenia sworznia zwrotnicy:
Pochylenie sworznia zwrotnicy Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy i kąt pochylenia koła
tworzą razem kąt, który pozostaje niezmienny niezależnie od wielkości
dobicia, czy odprężenia zawieszenia. Ta zależność od pochylenia koła
sprawia, że nie można wprowadzić regulacji samego pochylenia sworznia
zwrotnicy. Zwiększenie pochylenia koła powodowałoby automatyczne
zmniejszenie kąta pochylenia sworznia zwrotnicy. Wyjątkiem od tej reguły z
praktyki jest Golf III lub Opel Omega, gdzie regulacja pochylenia koła
przez przestawienie kolumny McPherson nie powoduje żadnych zmian wartości
pochylenia sworznia zwrotnicy pomimo tego, że kąt sumaryczny między nimi
zmienia się. Natomiast w starszych modelach pojazdów, takich jak Audi 80
albo Mazda 626, regulacja pochylenia sworznia zwrotnicy powoduje zmianę
pochylenia koła, jednak kąt sumaryczny pozostaje niezmienny. Kąt
pochylenia sworznia zwrotnicy mierzy się w sposób pośredni po skręceniu
kół o 20°. Przykłady skutków błędnego ustawienia pochylenia sworznia zwrotnicy:
Promień zataczania Podczas jazdy promień zataczania zapewnia zarówno pewny
powrót w położenie do jazdy na wprost, jak też dobrą stateczność
kierunkową. Ujemny promień zataczania (konstrukcyjnie pożądany), w
pojazdach z układem hamulcowym podzielonym diagonalnie, gwarantuje np., że
po uszkodzeniu jednego obwodu pojazd będzie podczas hamowania nadal
utrzymywał kierunek jazdy na wprost. Występuje bowiem pewna
samostabilizacja, wywoływana oddziaływaniem sil zewnętrznych na
prowadzenie koła. Ujemny promień zataczania ma jednak i wady: siła
potrzebna do kierowania wzrasta, a kierowalność pojazdem jest gorsza. Zbieżność całkowita Zbieżność jest mierzona w stopniach i minutach
kątowych. Niektórzy producenci podają jednak zbieżność w milimetrach.
Zasadniczo dane w milimetrach odnoszą się jednak tylko do konkretnych
wielkości obręczy kół i mierzy się je między obrzeżami obręczy, na
wysokości środków obrotu kół. Ten stan rzeczy należy uwzględnić, jeśli
montowane są obręcze kół o innych wymiarach. Dokładnie ustawiona zbieżność
jest gwarancją najmniejszego zużycia opon i dobrego utrzymywania kierunku
podczas jazdy na wprost. W teorii działoby się tak przy zbieżności “0". W
rzeczywistości jednak występują podczas jazdy na wprost siły, które
odpychają koła na zewnątrz. Opony tarłyby o nawierzchnię jednak nawet przy
najdokładniejszym ustawieniu, jeśli takie ustawienie byłoby w ogóle
możliwe ze względu na elastyczność oraz luzy w układzie kierowniczym i
elementach zawieszenia. Aby te oddziaływania kompensować, producenci
pojazdów wprowadzają określone wartości regulacyjne dla zbieżności (albo
rozbieżności). W pojazdach z napędem przednim są to głównie wartości
rozbieżności, chociaż w nowocześniejszych konstrukcjach osi spotyka się
także niewielkie zbieżności. Powód: w pojazdach z napędem przednim pod
działaniem sił napędowych koła początkowo dążą do zbliżenia się do siebie.
Dopiero podczas wyższych prędkości opory toczenia wzrastają tak silnie, że
są one znowu odpychane na zewnątrz. Przykłady skutków błędnego ustawienia zbieżności:
Przy regulacji obowiązuje zasadniczo następująca
zasada: najpierw ustawia się wyprzedzenie sworznia zwrotnicy i pochylenie
koła, a dopiero potem zbieżność! Albo inaczej mówiąc: jeśli poddano
regulacji wyprzedzenie sworznia zwrotnicy albo pochylenia koła, to trzeba
jeszcze raz sprawdzić zbieżność. Maksymalny kąt skrętu O wartości tego parametru decyduje kątowe przełożenie układu kierowniczego. Od maksymalnego kąta skrętu zależy średnica zawracania pojazdu. Do oceny maksymalnego kąta skrętu kół konieczna jest znajomość wartości fabrycznych, ponieważ kąty skrętu maksymalnego mogą różnić się przy skręcie w lewą i w prawą stronę. W przypadku braku fabrycznych danych dotyczących maksymalnego kąta skrętu kół, ograniczniki skrętu ustawia się w takim położeniu, by przy maksymalnych skrętach kół w jednym lub drugim kierunku nie następowało ocieranie kół o jakikolwiek element nadwozia lub zawieszenia. Trzeba przy tym uwzględnić ewentualne dynamiczne ugięcie zawieszenia, występujące podczas jazdy po nierównościach. Przykład skutku błędnego ustawienia maksymalnego kąta skrętu:
Różnica kątów skrętu kół Układ kierowniczy jest tak skonstruowany, że położenie kątowe kół zmienia się wraz ze wzrostem wychylenia kół. Tylko dzięki temu mogą one toczyć się bez poślizgu. Patrząc obrazowo - przedłużenia osi wszystkich kół przecinają się w środkowym punkcie toru krzywoliniowego. Na podstawie różnicy kątów skrętu można wnioskować o działaniu trapezowego mechanizmu zwrotniczego podczas obracania koła kierownicy z położenia środkowego w lewą i prawą stronę. W idealnym przypadku kąty skrętu w lewą i prawą stronę są jednakowe. W praktyce jednak pewne niewielkie różnice tych kątów zdarzają się powszechnie. Różnica kątów skrętu kół w lewo i w prawo powinna być taka sama, z uwzględnieniem tolerancji podanych przez producentów. Regulacja różnicy kątów skrętu kół nie jest możliwa. Parametr ten jest jednak bardzo przydatny przy diagnostyce uszkodzonych części zawieszenia koła. Jeżeli pomiar wykaże nadmierną różnicę kontrolnych kątów skrętu, może to być spowodowane:
Pomiary wykonuje się po skręceniu koła wewnętrznego o 20° z jednej i drugiej strony pojazdu. Przykłady skutków błędnej różnicy kątów skrętu kół:
|
2.1 Kąt nierównoległości osi kół - kąt między prostą przechodzącą przez oś przednią (lub tylną) samochodu a prostą prostopadłą do geometrycznej osi jazdy. Kąt nierównoległości jest dodatni, gdy koło prawe jest przesunięte do przodu względem lewego i ujemny, kiedy jest przesunięte do tyłu. Nierównoleglość osi kół określa się również jako kąt utworzony między prostymi przechodzącymi przez osie kół, w przypadku niezachowania ich wzajemnej równoległości.
2.2 Kąt pochylenia koła - kąt pomiędzy płaszczyzną symetrii koła a prostą prostopadłą do płaszczyzny podłoża. Inaczej mówiąc, jest to kąt, o jaki płaszczyzna koła jest odchylona od pionu. Jeżeli górna krawędź koła jest odchylona na zewnątrz, to kąt pochylenia jest dodatni. Jeżeli odchylona jest do wewnątrz - ujemny.
2.3 Kąt pochylenia osi sworznia zwrotnicy - kąt pomiędzy osią obrotu sworznia zwrotnicy a linią prostopadłą do płaszczyzny jezdni, patrząc w kierunku osi podłużnej pojazdu. W kołach prowadzonych na zawieszeniu McPherson pod pojęciem osi sworznia zwrotnicy należy rozumieć prostą przeprowadzoną przez sworzeń kulowy wahacza i górne mocowanie amortyzatora.
2.4 Kąt przesunięcia osi kół - kąt pomiędzy osią geometryczną jazdy a osią symetrii pojazdu. Inaczej jest to kąt odchylenia osi geometrycznej od osi symetrii.
2.5 Kąt sumaryczny - suma kątów pochylenia koła i osi sworznia zwrotnicy. Suma tych kątów powinna być jednakowa dla obu kół tej samej osi. Jeżeli suma kątów pochylenia koła i osi sworznia zwrotnicy jest zgodna z danymi podanymi przez producenta samochodu, to można sądzić, że zwrotnica nie jest odkształcona. Kąt sumaryczny jest też nazywany łącznym kątem pochylenia. 2.6 Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy - kąt pomiędzy osią obrotu sworznia zwrotnicy a linią prostopadłą do płaszczyzny jezdni, patrząc w kierunku osi poprzecznej pojazdu. Jeżeli punkt przecięcia osi sworznia zwrotnicy z jezdnią wyprzedza punkt styku opony z jezdnią, to kąt ten ma wartość dodatnią i jest to wyprzedzenie. W przeciwnym razie kąt jest ujemny i określa się go mianem opóźnienia osi sworznia zwrotnicy.
2.7 Kontrolny kąt skrętu kół - kąt skrętu koła wewnętrznego uzyskany podczas skręcenia koła zewnętrznego o kąt 20°. Pomiary wykonuje się przy skręcie kół w jedną i drugą stronę od położenia wyjściowego. Kontrolne kąty skrętu kół w lewo i w prawo powinny być jednakowe, z uwzględnieniem tolerancji podanych przez producentów. Pomiar kontrolnych kątów skrętu umożliwia ocenę poprawności funkcjonowania trapezu kierowniczego. 2.8 Maksymalny kąt skrętu kół - kąt pomiędzy płaszczyzną środkową koła zewnętrznego lub wewnętrznego a osią symetrii pojazdu, po całkowitym skręceniu kół w lewą lub prawą stronę. 2.9 Nieśladowość kół - ocenia się na podstawie różnicy wartości poprzecznego przesunięcia kół tylnych w stosunku do kół przednich lub bocznego przestawienia kół względem osi symetrii pojazdu. 2.10 Oś geometryczna jazdy - prosta (dwusieczna) dzieląca kąt zbieżności całkowitej kół tylnych na dwa równe kąty. Jeżeli osie kół przednich i tylnych są do siebie równoległe i nie przesunięte względem siebie oraz zbieżności połówkowe kół tylnych są takie same, to geometryczna oś jazdy pokrywa się z osią symetrii. W przeciwnym razie występuje odchylenie geometrycznej osi jazdy od osi symetrii. Oś geometryczna jest to oś, wzdłuż której porusza się pojazd. Pomiar względem geometrycznej osi jazdy umożliwiają jedynie przyrządy cztero-głowicowe. Za pomocą przyrządów dwugłowicowych (z dwoma zespołami pomiarowymi) można mierzyć jedynie ustawienie kół względem osi symetrii pojazdu.
2.11 Oś symetrii samochodu - linia przebiegająca przez środki osi przedniej i tylnej. 2.12 Promień zataczania - odległość punktów utworzonych z przecięcia płaszczyzny jezdni z osią pochylenia koła i osią sworznia zwrotnicy (patrz rys. w punkcie 2.3). Jeżeli osie te przecinają się poniżej płaszczyzny jezdni, to promień zataczania określa się jako dodatni, a jeżeli powyżej - jako ujemny. 2.13 Przestawienie koła / przestawienie osi - wielkość liniowa kąta nierównoległości osi kół (rys. 35). Parametr ten można także uzyskać po odjęciu rozstawu osi kół z jednej i z drugiej strony samochodu. W wielu zawieszeniach niezależnych i zawieszeniach z drążkami skrętnymi jest możliwe niewielkie przestawienie osi. 2.14 Przesunięcie osi - przesunięcie prostej wyznaczonej połową rozstawu kół przednich względem osi symetrii pojazdu.
2.15 Rozstaw osi - odległość pomiędzy środkami osi przedniej i tylnej mierzona po jednej stronie pojazdu. Z reguły rozstaw kół po lewej i prawej stronie jest jednakowy, jednak z pewnymi wyjątkami, np. w samochodach Renault z drążkami skrętnymi w zawieszeniu tylnym osie są lekko przestawione. 2.16 Różnica kątów skrętu kół (rys. lewy) - różnica między kątem skrętu koła zewnętrznego a kątem skrętu koła wewnętrznego. Różnica ta przy skręcie kół w lewo i w prawo powinna być taka sama, z uwzględnieniem tolerancji podanych przez wy-twórców. Różnicę kątów skrętu kół przyjmują niektórzy producenci do oceny poprawności funkcjonowania trapezu kierowniczego. Jeżeli różnica kątów skrętu jest równa zero, to koło wewnętrzne toczy się w zakręcie z bocznym poślizgiem (rys. prawy).
2.17 Różnica rozstawu kół - różnica między rozstawem kół z lewej i prawej strony pojazdu. 2.18 Zbieżność całkowita kół - różnica odległości między krawędziami obręczy kół, mierzonymi z przodu i z tyłu obręczy, w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez środki obrotu kot. Różnica ta może przyjmować wartości dodatnie, gdy koła skierowane są do wewnątrz (A<B) lub wartości ujemne, gdy koła skierowane są na zewnątrz (A>B). Ten drugi przypadek nazywamy rozbieżnością kół.
2.19 Zbieżność połówkowa koła - kąt pomiędzy płaszczyzną koła a osią geometryczną pojazdu dla koła przedniego lub osią symetrii pojazdu dla koła tylnego.
|
opracowanie: mgr inż. Edward Rymaszewski mgr inż. Ireneusz Kulczyk |