Elementy regulacyjne geometrii ustawienia kół – cz.I

, 28 lutego 2005, 0:00

W niektórych konstrukcjach zawieszeń, do regulacji geometrii ustawienia kół przewidzianej przez producenta, niezbędne są dodatkowe elementy regulacyjne tzw. standardowe – np. podkładki regulacyjne. Zdarza się jednak, że niektóre parametry charakteryzujące geometrię ustawienia kół, nie są przewidziane przez producenta do regulacji i nie daje on ku temu możliwości technicznych. Jeśli jednak ich wartości są poza zakresem wartości dopuszczalnych, korekcie poddane być muszą. Pomocne będą wówczas tzw. niestandardowe elementy regulacyjne. W dwóch częściach artykułu, zaprezentuję techniczną konieczność stosowania głównie niestandardowych elementów regulacyjnych oraz przedstawię wybrane.

Geometria ustawienia kół
Przy prawidłowym ustawieniu osi względem nadwozia, od geometrii ustawienia każdego z kół zależy, jak samochód będzie zachowywał się na drodze oraz jak zużywać będzie się ogumienie. Dla omówienia możliwości i konieczności regulacji geometrii ustawienia kół, z wykorzystaniem elementów regulacyjnych firmy Specialty Products, niezbędne jest zdefiniowanie wybranych wielkości charakterystycznych dla geometrii ustawienia kół.

Kąt pochylenia koła (kąt PK)-rys.1
Kąt pochylenia koła (PK) dodatni (a) i ujemny(b). Oznaczenia na rysunku: PŁ-S – płaszczyzna symetrii koła; PR-P – prosta prostopadła do drogi.

]1L[

Jest to kąt zawarty pomiędzy płaszczyzną symetrii koła (PŁ-S) lub płaszczyzną do niej równoległą, a prostą prostopadłą do drogi (PR-P). Kąt pochylenia koła jest dodatni (rys.1a), jeśli górna część koła jest odchylona w kierunku „od samochodu”. Kąta pochylenia koła jest ujemny (rys.1a), jeśli górna część koła jest odchylona w kierunku „do samochodu”. Od wartości i „znaku” kąta pochylenia koła zależy między innymi sposób zużywania się opony, zachowanie samochodu na zakrętach oraz to, które z łożysk koła jest bardziej obciążone.

Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy (kąt PSZ)-rys.2
Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ). Określenie osi obrotu zwrotnicy zależy od tego, czy jest to zawieszenie z wahaczami poprzecznymi (a) czy z kolumną MacPhersona (b). Oznaczenia literowe: PR-P – prosta prostopadła do drogi; OOZ – oś obrotu zwrotnicy. Oznaczenia cyfrowe: 1 – wahacz poprzeczny górny; 2 – zwrotnica; 3 – wahacz poprzeczny dolny, 4 – zwrotnica, połączona z kolumna MacPherson; 5 – kolumna MacPherson, 6 – górne mocowanie kolumny MacPherson, w nadwoziu samochodu.

]2L[

Oś obrotu zwrotnicy (OOZ) jest pochylona w dwóch płaszczyznach. Patrząc równolegle do osi symetrii pojazdu, zobaczymy pochylenie (rys.2) określone za pomocą kąta pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ). Patrząc prostopadle do osi symetrii pojazdu, zobaczymy pochylenie, dzięki któremu uzyskujemy kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy (nie omawiany w tym artykule).
Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy jest to kąt zawarty pomiędzy rzutem osi obrotu zwrotnicy (OOZ) na płaszczyznę prostopadłą do osi symetrii pojazdu (na rys.2, widzimy właśnie ten rzut osi obrotu zwrotnicy), a prostą prostopadłą do drogi (PR-P).
W zawieszeniu z wahaczami poprzecznymi 1 i 3 (rys.2a), oś obrotu zwrotnicy (OOZ) przechodzi przez środki przegubów kulowych łączących zwrotnicę 2 z oboma wahaczami. Dla typowego zawieszenia z kolumną resorującą MacPherson 5 (rys.2b), oś obrotu zwrotnicy przechodzi przez:
-środek łożyska, w którym kolumna obraca się w swoim górnym mocowaniu 6 (w kielichu nadwozia);
-środek przegubu kulowego, łączącego zwrotnicę 4 z dolnym wahaczem 3.
Wspominam o tym, bo w zawieszeniach nie ma przeważnie części o nazwie „sworzeń zwrotnicy”, a jego oś obrotu (OOZ) wyznaczają elementy, które umożliwiają obrót zwrotnicy.

Kąt sumaryczny-rys.3
Wartość kąta sumarycznego zależy od wartości kąta pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ) oraz wartości i znaku kąta pochylenia koła (PK).

]3L[

Jest to suma kątów: pochylenia koła (PK) i pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ). Sumując należy uwzględnić znaki kąta pochylenia koła: „+” dla dodatniego (rys.3a) i „-” dla ujemnego (rys.3b). Kąt sumaryczny jest też nazywany łącznym kątem pochylenia, bowiem określa pochylenie rzutu osi obrotu zwrotnicy na płaszczyznę prostopadłą do osi symetrii pojazdu (patrz punkt poprzedni) względem płaszczyzny symetrii koła.
Jeśli w samochodzie:
-nie są zamontowane felgi, o wartości kąta odsadzenia innej niż przewidziana przez producenta pojazdu;
-nie są zamontowane tarcze dystansowe pomiędzy piastę koła a felgę;
to od wartości kąta sumarycznego zależy tzw. promień zataczania koła. Jest to bardzo ważny parametr zawieszenia. Od niego zależy między innymi oddziaływanie na koła przednie sił pochodzących od nierówności drogi oraz w szczególności sił hamowania, o przeważnie niejednakowej wartości (pobudzanie do drgań!). Wartość promienia zataczania nie podlega pomiarowi w serwisach, ale jeśli:
-nie zostały wprowadzone żadne zmiany w zawieszeniu (np. felgi o innej wartości odsadzenia, montaż tarcz dystansowych);
-zawieszenie i piasta koła nie są uszkodzone
to wartość kąta sumarycznego, zgodna z zakresem wartości wymaganym przez producenta, gwarantuje prawidłową wartość promienia zataczania.

Wartość kąta sumarycznego a wartości kątów pochylenia koła i pochylenia sworznia zwrotnicy-rys.4
Tę samą wartość kąta sumarycznego, może mieć zarówno zawieszenie o „małym” kącie pochylenia koła (PK) i „dużym” kącie pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ) – rys.a, jak i o „dużym” kącie pochylenia koła (PK) i „małym” kącie pochylenia sworznia zwrotnicy (PSZ) – rys.b.

]4L[

Przy tej samej wartości kąta sumarycznego, wartości kątów pochylenia koła i pochylenia sworznia zwrotnicy mogą mieć jednak różne wartości (rys.4). Wartość kąta sumarycznego należy więc oceniać tylko razem z wartościami kątów pochylenia koła i pochylenia sworznia zwrotnicy. Jeśli chodź jedna z wartości tych kątów jest po za dopuszczalnym zakresem, to należy ustalić tego przyczynę. Pomocne w poszukiwaniach mogą być informacje ujęte w:
-tabeli 1 – dla zawieszenia z kolumną MacPherson;
-tabeli 2 – dla zawieszenia z dwoma wahaczami poprzecznymi.

Tabela 1
Diagnostyka zawieszenia koła z kolumną MacPherson, na podstawie wartości kątów: pochylenia sworznia zwrotnicy, pochylenia koła i sumarycznego

]5[

Tabela 2
Diagnostyka zawieszenia koła z dwoma wahaczami poprzecznymi, na podstawie wartości kątów: pochylenia sworznia zwrotnicy, pochylenia koła i sumarycznego

]6[

Uwagi do tabel:
1. Informacja „Wartość zgodna z wymaganym zakresem” oznacza, ze wartość danego kąta mieści się w tolerancji określonej przez producenta.
2. Informacja „Wartość mniejsza od wymaganego zakresu” oznacza, że wartość danego kąta jest mniejsza od zakresu wartości wymaganego przez producenta.
3. Informacja „Wartość większa od wymaganego zakresu” oznacza, że wartość danego kąta jest większa od zakresu wartości wymaganego przez producenta.
Tabela pochodzi z materiałów firmy Specialty Products Company.

Zbieżność połówkowa-rys.5
Zbieżność połówkowa ujemna (a) lub dodatnia (b) informuje o ustawieniu pojedynczego koła względem danej osi, w płaszczyźnie równoległej do drogi. Oznaczenia na rysunku: PR-P – prosta prostopadła do osi; PR-S – prosta leżąca w płaszczyźnie symetrii koła.

]7P[

Jest to kąt określający ustawienie jednego koła pojazdu względem osi, w płaszczyźnie równoległej do drogi, zawarty pomiędzy prostą prostopadłą do danej osi (PR-P) a prostą leżącą w płaszczyźnie symetrii koła (PR-S) lub do niej równoległą. Zbieżność połówkowa jest ujemna (rys.5a), jeśli prosta prostopadła do osi (PR-P) i prosta leżącą w płaszczyźnie symetrii koła (PR-S) przecinają się za osią (patrząc od przodu samochodu). Zbieżności połówkowa jest dodatnia (rys.5b), jeśli prosta prostopadłą do osi (PR-P) i prosta leżącą w płaszczyźnie symetrii koła (PR-S) przecinają się przed osią.

Zbieżność całkowita – rys.6
Zbieżność całkowita kół może być „ujemna” lub „dodatnia” (a). Nie informuje nas ona jednak, jak poszczególne koła są ustawione względem danej osi.

]8L[

Jest to kąt określający ustawienie kół danej osi względem siebie, w płaszczyźnie równoległej do drogi, zawarty pomiędzy prostymi leżącymi w płaszczyźnie symetrii obu kół lub prostymi do nich równoległymi. Zbieżność całkowita jest ujemna (rys.6a – oś przednia), jeśli proste leżące w płaszczyźnie symetrii kół przecinają się za osią (patrząc od przodu samochodu). Zbieżność całkowita jest dodatnia (rys.6b – oś tylna), jeśli proste leżące w płaszczyźnie symetrii kół przecinają się przed osią.
Zbieżność całkowita informuje o ustawieniu kół danej osi względem siebie, ale nie informuje, jak każde kół danej osi jest ustawione względem tej osi. Przykładowo, na rys.6b, koła osi przedniej mają zbieżność całkowitą ujemną, ale lewe przednie koło jest prostopadłe do osi, a prawe ma dużą ujemną zbieżność połówkową. Natomiast koła osi tylnej na rys.6b, mają „zerową” zbieżność całkowitą (są wzajemnie równoległe) ale lewe tylne koło ma zbieżność połówkową ujemną a prawe ma zbieżność połówkową dodatnią.
Dla kół danej osi mierzymy zbieżności połówkowe, a zbieżność całkowitą obliczamy jako sumę zbieżności połówkowych. Podczas regulacji zbieżności zawsze dążymy do tego, aby zbieżności połówkowe obu kół osi były równe, zgodne z wymaganiami producenta. Wówczas zbieżność całkowita też będzie miała prawidłową wartość.

Zbieżność połówkowa i całkowita kół osi tylnej-rys.7
Od zbieżności kół osi tylnej zależy, czy samochód będzie poruszał się prosto (a), czy będzie miał tendencję skręcania (b). Omówienie w tekście artykułu. Oznaczenia literowe: OS – oś symetrii nadwozia lub ramy; OGJ – oś geometryczna jazdy; LT – lewe tylne (koło), PT – prawe tylne (koło). Oznaczenia cyfrowe: 1 – kierunek ruchu osi tylnej, zgodny z osią symetrii (OS); 2 i 7 – kierunek ruchu samochodu „na wprost”, 3 i 6 – kierownica ustawiona w pozycji środkowej; 4 – kierunek ruchu osi tylnej, odchylony od osi symetrii (OS); 5 – kierunek ruchu samochodu skręcającego; 8 – kierownica skręcona w prawo, od pozycji środkowej.

]9[

Zbieżność połówkowa i całkowita kół osi tylnej musi być prawidłowa nie tylko ze względu na zużycie opon i zachowanie się samochodu na drodze, ale też ze względu na procedurę ustawiania geometrii wszystkich kół pojazdu. W metodzie ustawiania czterech kół pojazdu, ustawienie zbieżności kół tylnych jest bazą dla ustawień kół osi przedniej.
Jeśli zbieżności połówkowe kół osi tylnej są równe (rys.7a), to oś geometryczna jazdy (OGJ), będąca linią dzielącą kąt zbieżności całkowitej na połowę (tzw. dwusieczną kąta), pokrywa się z osią symetrii (OS) nadwozia lub ramy. Oś geometryczna jazdy (OGJ) wyznacza kierunek, w którym chce się poruszać oś tylna. Jeśli oś geometryczna jazdy i oś symetrii nadwozia lub ramy pokrywają się (rys.7a), to oś tylna będzie poruszała się w kierunku 1, zgodnym z kierunkiem obu osi. Samochód będzie jechał prosto, w kierunku 2, przy kierownicy 3 ustawionej w pozycji środkowej.
Jeśli jednak zbieżność połówkowa kół osi tylnej jest różna (rys.7b – koło lewe tylne ma znacznie większa zbieżność dodatnią niż koło prawe tylne), to oś geometryczna jazdy (OGJ), która dzieli kąt zbieżności całkowitej na połowę, będzie odchylona względem osi symetrii (OS) nadwozia lub ramy. To odchylenie oznacza, że oś tylna chce się poruszać w kierunku 4, odchylonym od osi symetrii. Jeśli kierownica 6 będzie ustawiona w pozycji środkowej (koła przednie będą ustawione do jazdy na wprost) to samochód nie będzie jechał prosto – na rys.7b skręca w lewo, w kierunku 5. Aby samochód jechał prosto 7, kierowca będzie musiał skręcić kierownicę – na rys.7b, kierownica 8 jest dlatego skręcona w prawo.
Dla uzyskania prawidłowej zbieżności połówkowej kół osi tylnej, a więc również gwarancji prawidłowego wyniku regulacji geometrii wszystkich kół pojazdu, konieczna jest regulacja zbieżności połówkowej kół osi tylnej, również wówczas, jeśli producent pojazdu takiej możliwości nie przewidział. 

mgr inż. Stefan Myszkowski – Studio Konstrukcyjno-Konsultacyjne, Wrocław

Komentarze

Brak komentarzy!