Zmiany ustawienia kół oraz diagnostyka zawieszenia koła na podstawie wartości kątów: pochylenia osi zwrotnicy, pochylenia koła i sumarycznego

Zmiany ustawienia kół 

Pomiar i regulacja ustawienia kół, jest wykonywana przy określonym przez producenta samochodu obciążeniu lub odległości wybranego elementu podwozia od nawierzchni. 

Jednak podczas jazdy samochodu, ustawienia kół zmieniają się. Te zmiany są powodowane przez: 

- skoki dobicia koła (koło przesuwa się do góry i chowa się we wnękę) lub skoki odbicia koła (koło przesuwa się do dołu i wysuwa się z wnęki koła), które są powodowane przez obniżanie, podnoszenie, przechyły boczne lub podłużne nadwozia samochodu, 

- siły działające na koła samochodu (napędowe, hamowania, boczne). 

Aby zmiana ustawienia kół następowała zgodnie z wolą konstruktora, należy podczas napraw: 

- montować markowe elementy podatne zawieszenia (wszelkiego rodzaju tuleje z elementem elastycznym, nie tylko muszą wyglądać jak oryginalne, ale również muszą mieć charakterystykę taką jak one), 

- przestrzegać zaleceń dotyczących napraw, np. procedury dokręcania elementów zawieszenia. 

Dwa przykłady zmian ustawienia kół. Rysunki 1, 3, 5 ilustrują pierwszy przykład - zmiany ustawień koła tylnego przykładowego samochodu, w zależności od skoku dobicia lub obicia koła. Niekorzystnym następstwem tych ruchów koła jest zmiana rozstawu kół, z zawieszeniem niezależnym lub częściowo niezależnym (rys. 1). Wielkość zmiany rozstawu kół, zależy od konstrukcji zawieszenia. Ruch koła w kierunku jego osi (rys. 2), powodowany przez zmianę rozstawu kół, dodaje się z kierunkiem ruchu koła, np. jazdą na wprost (rys. 2). Ustawienie koła względem jego chwilowego toru ruchu, charakteryzuje kąt znoszenia bocznego opony (KZB). Aby koło przesunąć w bok, trzeba pokonać siłę boczną, zwiększa to dodatkowo opór toczenia opony. Podczas pokonywania nierówności drogi, dodatkowe siły boczne F mogą działać na układ kierowniczy, oraz utrudniać utrzymanie prostoliniowego kierunku ruchu pojazdu. Zmiana rozstawu kół jest wiec niepożądana, ale w niewielkim zakresie trudna do zlikwidowania. 

Dobicie lub odbicie koła, może powodować pożądaną zmianę kąta pochylenia kół, samochodu jadącego w zakręcie (rys. 3). Wyjaśnia to rys. 4. Na samochód jadący w zakręcie (na rys. 4 w prawym), działa siła odśrodkowa (niezaznaczona na rysunku). Jest ona równoważona przez sumę sił bocznych F_BZ1i F_BWw (rys. 4, pokazana jest tylko oś tylna). 

Siła boczna F_BZ1, działająca na koło zewnętrzne, jest większa od siły bocznej F_BW, działającej na koło wewnętrzne, bowiem podczas jazdy w zakręcie, koła zewnętrzne samochodu są dociążane, a koła wewnętrzne odciążane. Jeśli siły boczne są w stanie zrównoważyć siłę odśrodkową działającą na samochód, utrzymuje się on na torze jazdy określonym przez kierowcę. Jeśli siły boczne nie są w stanie zrównoważyć siły odśrodkowej działającej na samochód, to wyrzuca ona samochód w kierunku zewnętrznej strony zakrętu. 

Siła odśrodkowa przechyla samochód w kierunku „na zewnątrz zakrętu". Razem z samochodem pochylają się również koła, w kierunku „na zewnątrz zakrętu", przez co (rys. 4a): 

- koło zewnętrzne uzyskuje dodatni kąt pochylenia koła (PK_Z1), 

- koło wewnętrzne uzyskuje ujemny kąt pochylenia koła (PK_W). 

Takie pochylenia kół są niekorzystne ze względu na współpracę opon z drogą, ponieważ obniżają one wartości sił bocznych (rys. 4a). Aby zmienić niekorzystne dodatnie pochylenie koła zewnętrznego, skok dobicia koła zewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia ujemnego (rys. 3), od wartości PK_Z1 do wartości PK_Z2(rys. 4a i b). Dzięki temu wartość siły bocznej rośnie, od wartości F_BZ1do wartości F_BZ2. W  zawieszeniu przykładowego samochodu, niekorzystny ujemny kąt pochylenia tylnego koła wewnętrznego PKW (rys. 4), jest zmieniany tylko w niewielkim zakresie - patrz rys.3, w zakresie odbicia koła od 0 do 40mm. Wartość siły bocznej F_BWnie ulega więc istotnym zmianom. Są też pojazdy, w których skok odbicia koła wewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia dodatniego, aby zmniejszyć niekorzystny ujemny kąt pochylenia tego koła.

Skok dobicia lub odbicia kół tylnych, może być również wykorzystywany do zmiany wartości kątów zbieżności połówkowej kół tylnych (rys. 5), w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności. Przechył samochodu jadącego np. w prawym zakręcie (rys. 6), powoduje: 

- skok dobicia (od wartości „0", rys. 5) lewego tylnego koła (LT) powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wzrosła wartość kąta zbieżności połówkowej (rys. 6), 

- skok odbicia (w zakresie od 0 do 60mm, rys. 5) prawego tylnego koła (PT) powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wartość kąta zbieżności połówkowej malała; w zakresie skoku odbicia od 30 do 60 mm, występują ujemne wartości kąta zbieżności, czyli koło ustawia się rozbieżnie. 

Wykorzystując ten sam mechanizm zmiany kątów zbieżności połówkowej, można zmniejszyć kąty skrętu kół przednich samochodu jadącego w zakręcie, np. prawym (rys. 6), również w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności. 

Drugim przykładem zmian ustawień kół, ilustrowanym rysunkami 7, 8 i 9, jest zmiana zbieżności kół przednich. Przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich, zmienia się względem siebie ustawienie drążków kierowniczych, co powoduje zmianę odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych. Gdy odległość ta zwiększa się od wartości L₁do L₂(rys. 7), to: 

- układ kierowniczy, z drążkami kierowniczymi położonymi przed osią pojazdu (rys. 7a), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku rozbieżności, 

- układ kierowniczy, z drążkami kierowniczymi położonymi za osią pojazdu (rys. 7b), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku zbieżności. 

To, czy przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich, wartość kąta zbieżności połówkowej zmienia w kierunku rozbieżności lub zbieżności, oraz jak duża jest ta zmiana, zależy też od wysokości położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego 

przegubu tego drążka (rys. 8). Od tego położenia, zależy tor ruchu zewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego, podczas skoku dobicia lub odbicia koła. Od torów ruchu obu zewnętrznych przegubów bocznych drążków kierowniczych, zależy, jak zmienia się odległość pomiędzy nimi patrz wymiary L₁i L₂- na rys. 7. 

Jeśli wewnętrzny przegub bocznego drążka kierowniczego, względem zewnętrznego przegubu tego drążka, jest położony: 

- na tej samej wysokości (1 na rys. 8) - to w zakresie skoku dobicia lub obicia koła, pokazanym na wykresie na rys. 9, kąt zbieżności połówkowej praktycznie nie zmienia się (linia 1 wykresu), 

- za wysoko (2 na rys. 8) to w zakresie skoku dobicia lub obicia koła, pokazanym na wykresie na rys. 9, przy skoku dobicia koła, kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności (linia 2 wykresu), a przy skoku odbicia koła, kąt zbieżności połówkowej zmienia w kierunku rozbieżności,

- za nisko (3 na rys. 8) to w zakresie skoku dobicia lub obicia koła, pokazanym na wykresie na rys. 9, przy skoku dobicia koła, kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku rozbieżności (linia 3 wykresu), a przy skoku odbicia koła, kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności. 

W praktyce warsztatowej, zmiana położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka, nastąpi np. po zmianie długości sprężyny zawieszenia koła (wydłużenie lub skrócenie) w stosunku do sprężyny seryjnej. 

Diagnostyka zawieszenia koła na podstawie wartości kątów: pochylenia osi zwrotnicy, pochylenia koła i sumarycznego

Kąt sumaryczny to suma kąta pochylenia koła i kąta pochylenia osi zwrotnicy. Łączna ocena wartości kątów: sumarycznego, pochylenia koła i pochylenia osi zwrotnicy jest jedną z metod oceny sprawności zawieszenia. Jeśli wartość jednego lub więcej z wymienionych kątów jest poza zakresem prawidłowym dla danego kąta, to elementy zawieszenia tego koła jego piastę, należy poddać szczegółowej kontroli. 

Pomocne przy niej mogą być informacje ujęte w: 

- tabeli 1 - dla zawieszenia z kolumną resorującą typu MacPherson, 

- tabeli 2 dla zawieszenia z dwoma wahaczami poprzecznymi. 

Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułu „Zmiany ustawienia kół” oraz „Diagnostyka zawieszenia koła na podstawie wartości kątów: pochylenia osi zwrotnicy, pochylenia koła i sumarycznego” w dodatku technicznym do Wiadomości „Geometria kół i osi pojazdu - cz. 1” nr 31/Lipiec 2009