Układ kierowniczy
To podzespół samochodu odpowiedzialny za sterowanie kierunkiem jazdy. Przenosi on obrót kierownicy na skręt kół w samochodzie, umożliwiając kierowcy zmianę kierunku jazdy. W najprostszym rozwiązaniu układ kierowniczy składa się z elementów mechanicznych jak: kolumna kierownicy, przekładnia kierownicza, drążki. Kolumna kierownicy może być prostą rurą z jednej strony połączoną z przekładnią, a z drugiej z kierownicą. Obrót kierownicy powoduje poruszanie mechanizmem w przekładni, który z kolei przesuwając drążki kierownicze powoduje skręt kół.
Budowa układu kierowniczego
Opis rysunku:
1 - drążek boczny lewy,
2 - przekładnia kierownicza,
3 - drążek środkowy,
4 - ramię pośrednie,
5 - drążek boczny prawy.
Opis rysunku:
1 - drążek środkowy,
2 - ramię pośrednie,
3 - przegub kulowy kompletny,
4 - drążek prawy,
5 i 6 - nakrętka i podkładka obejmy drążka,
7 - obejma,
8 - nakrętka sworznia przegubu,
9 - osłona gumowa,
10 - przegub kulowy,
11 - śruba obejmy,
12 - sworzeń ramienia pośredniego, 13 - podkładka,
14 - tuleja metalowo-gumowa,
15 - wspornik ramienia pośredniego, 16 - wspornik kompletny z ramieniem,
17 i 18 - podkładka i nakrętka mocowania wspornika do nadwozia, 19 - nakrętka sworznia,
20 - przegub kulowy kompletny,
21 - drążek lewy,
22 - przegub kulowy kompletny,
23 - ramię przekładni kierownicy.
Ważnym elementem w każdym układzie kierowniczym są przeguby kulowe, potocznie nazywane "gałkami". Ich stan techniczny jest dość istotny dla poprawności działania całego układu, a co za tym idzie do prawidłowej trakcji pojazdu. Na poniższym rysunku przedstawiono budowę przegubu kulowego.
Opis rysunku:
1 - sworzeń kulowy,
2 - osłona gumowa,
3 - mocowanie osłony,
4 - końcówka przegubu,
5 - miska stożkowa z tworzyw sztucznych,
6 - zaślepka,
7 - sprężyna,
8 - końcówka przegubu,
9 - przestrzeń wypełniona smarem.
Układ kierowniczy powinien odpowiadać następującym warunkom:
- zależność kinetyczna między kątami skrętu kół kierowniczych powinna być możliwie bliska zależności teoretycznej,
- koła skręcone powinny samoczynnie powracać do położenia odpowiadającego kierunkowi jazdy wprost oraz zapewnić utrzymanie tego kierunku pomimo działania sił bocznych niezależnych od kierowcy,
- pionowe przemieszczenia kół kierowniczych wywołane nierównościami drogi nie powinny powodować zmiany kierunku jazdy,
- kierowanie pojazdem powinno być łatwe i skuteczne, z użyciem możliwie małych sił na kole kierowniczym,
- uderzenia wywołane nierównościami nawierzchni nie powinny być odczuwalne na kole kierowniczym,
Mechanizmy zwrotnicze
W prawidłowo działającym mechanizmie zwrotniczym powinny występować takie zależności kinematyczne pomiędzy kątami skrętu obydwu kół kierowanych, żeby podczas jazdy po łuku o dowolnym promieniu krzywizny każde z kół samochodu mogło się toczyć bez poślizgu bocznego, tzn. po torze, którego promień krzywizny jest zawsze prostopadły do płaszczyzny koła.
Najprostszym rozwiązaniem najpowszechniej stosowanym, jest trapezowy mechanizm zwrotniczy, w którym przy ustawieniu kół kierowanym w położeniu odpowiadającym jeździe wprost, belka osi przedniej , drążek poprzeczny i dźwignie zwrotnic tworzą trapez równoramienny.
Zależności geometryczne mechanizmu zwrotniczego
Rodzaje trapezowych mechanizmów zwrotniczych stosowanych w samochodach z niezależnym zawieszeniem kół.
W samochodach z niezależnym zawieszeniem kół dobór parametrów geometrycznych mechanizmu zwrotniczego jest trudniejszy niż w przypadku sztywnej osi przedniej, ponieważ przy ugięciu zawieszenia zmienia się odległość między końcami dźwigni zwrotnic. Aby zmniejszyć wynikające z tego nieprawidłowości kinematyczne, stosuje się bardziej złożone mechanizmy zwrotnicze, w których drążek poprzeczny jest podzielony.
Na rysunku przedstawiono układ kierowniczy samochodu Polski Fiat 126p z mechanizmem zwrotniczym o dzielonym drążku poprzecznym i przegubowym wałem kierownicy.
Obecnie coraz częściej stosuje się w samochodach zębatkowe przekładnie kierownicze, działające bezpośrednio na elementy dzielonego drążka poprzecznego.
Opis rysunku:
Niezależne zawieszenie przednich kół napędzanych samochodów:
a) Cinquecento,
b) Trabant.
Drążki mechanizmu zwrotniczego wykonuje się zwykle w postaci prętów lub rur o nagwintowanych końcach, na które nakręca się głowice do mocowania kulistych sworzni przegubów. Przeguby łączące drążki umożliwiają przestrzenne odchylanie się poszczególnych elementów mechanizmu zwrotniczego. Przeguby te wyposaża się w sprężyny do samoczynnego kasowania luzów spowodowanych zużywaniem się sworzni kulistych.
Opis rysunku:
Przegubowe połączenia drążka poprzecznego mechanizmu zwrotniczego:
1-sworzeń kulisty,
2-segmenty gniazdka kulistego,
3-sprężyna kasująca luzy.
Kąty ustawienia kół.
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:
1. kąty ustawienia kół względem jezdni;
2. kąty ustawienia kół względem siebie i pojazdu;
Do kątów ustawienia kół względem jezdni należą:
- pochylenie koła,
- wyprzedzenie sworznia zwrotnicy,
- pochylenie sworznia zwrotnicy,
- promień zataczania.
Do kątów ustawienia kół względem siebie i pojazdu należą:
- zbieżność całkowita,
- zbieżność połówkowa,
- kąt skrętu i różnica kątów skrętu,
- przestawienie koła / przestawienie osi,
- rozstaw osi.
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:
- zużycie opon: bieżnik położony dalej od środka opony zużywa się mocniej; powstaje jednostronne gładkie starcie: od zewnętrznej strony do wewnątrz, gdy pochylenie jest zbyt dodatnie, najczęściej w połączeniu z błędami zbieżności; od wewnętrznej strony na zewnątrz, gdy pochylenie jest zbyt ujemne
- pochylenie zbyt duże: lepsze prowadzenie boczne podczas jazdy na zakrętach, jednak podczas dużych prędkości jazdy i wysokich obciążeń osi barki opon nagrzewają się niedopuszczalnie; z biegiem czasu może to doprowadzić do uszkodzenia opon (przegrzanie, zużycie wewnętrzne)
- pochylenie zbyt małe: pogorszone prowadzenie boczne, niestabilna jazda na zakrętach różne pochylenia po lewej i prawej stronie: jednostronne ściąganie, ponieważ powstaje stożek odłączania.
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:
- wyprzedzenie osi sworznia zwrotnicy zbyt dodatnie: wysokie siły kierowania i utrzymywania kierunku;
- wyprzedzenie osi sworznia zwrotnicy zbyt ujemne: niezadowalające powracanie w położenie do jazdy na wprost, wrażliwość na wady opon. skłonność do ściągania, zwiększona wrażliwość na wiatr boczny;
- różne wartości pochylenia sworznia zwrotnicy po lewej i prawej stronie: skłonność do ściągania w bok, zwłaszcza w połączeniu z odpowiednimi reakcjami nawierzchni;
Pochylenie sworznia zwrotnicy.
Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy i kąt pochylenia kota 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 McPhersona 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.
Kąt pochylenia sworznia zwrotnicy powoduje lekkie unoszenie koła podczas skręcania. Powstające w wyniku tego siły przyczyniają się do powracania kół w położenie do jazdy na wprost (powrót układu kierowniczego).
Spotykane wartości kąta pochylenia osi sworznia zwrotnicy we współczesnych samochodach zawierają się w zakresie od 0 do 12. Kąt ten jest konstrukcyjnie związany z kątem pochylenia koła. Pochylenie osi sworzni zwrotnic jest tym większe, im szersze stosuje się opony, im większe jest pochylenie kół oraz im mniejsze ciśnienie w ogumieniu.
Istotną wartością jest suma kątów pochylenia koła i osi sworznia zwrotnicy (tzw. kąt sumaryczny). Suma tych kątów powinna być jednakowa dla obu kół tej samej osi. Maksymalne odchylenie od tego warunku nie może przekroczyć 0,5.
Jeżeli suma kątów pochylenia koła i osi sworznia zwrotnicy jest zgodna z danymi wytwórcy, można sądzić, że zwrotnica nie jest odkształcona. W przypadku prawidłowego kąta pochylenia koła można nie przeprowadzać pomiaru kąta pochylenia osi sworznia zwrotnicy, gdyż oba te kąty są ze sobą powiązane konstrukcyjnie. W razie konieczności przeprowadzenia regulacji należy najpierw ustawić kąt pochylenia osi sworznia zwrotnicy, a następnie sprawdzić kąt pochylenia koła i ewentualnie oba te kąty korygować.
Przykłady skutków błędnego ustawienia pochylenia sworznia zwrotnicy:
- pochylenie sworznia zwrotnicy zbyt duże: duże siły kierowania i utrzymywania kierunku;
- pochylenie sworznia zwrotnicy zbyt małe: wrażliwość na wady opon, ściąganie w bok;
- różne wartości po lewej i prawej stronie: ściąganie w bok;
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.
Promień zataczania wynika z pochylenia koła, pochylenia osi sworznia zwrotnicy i głębokości przetłoczenia obręczy. Nie można go zmierzyć, ale można go zmienić, np. na skutek zamontowania obręczy z inną głębokością przetłoczenia lub przez podłożenie podkładek dystansowych. Z reguły przedsięwzięcia tego rodzaju pogarszają właściwości jezdne. O tym powinno się pamiętać w przypadku reklamacji klienta. Jeśli klient tuningował swój pojazd, można jedynie zalecić, aby powrócił do części dopuszczonych przez producenta i skrupulatnie sprawdził możliwe kombinacje podzespołów. Zwłaszcza w pojazdach z wyraźnie ujemnym promieniem zataczania istnieje niebezpieczeństwo, że zmniejszony lub przekształcony w dodatni promień zataczania nie będzie zapewniał stabilizacji kierunku jazdy na wprost pojazdu!
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.
W pojazdach z napędem na oś tylną, na kołach osi przedniej występują tylko opory toczenia, które podczas jazdy odpychają koła na zewnątrz. Dlatego też w pojazdach z napędzanymi kołami tylnymi są zwykle ustawiane wartości zbieżności.
Statyczny kąt zbieżności całkowitej jest sumą kątów zbieżności połówkowych. Jeśli producent podaje tylko zbieżność całkowitą, to trzeba ją podzielić na pół, aby otrzymać zbieżność połówkową. To samo obowiązuje, gdy wyznaczamy zbieżność całkowitą na podstawie wartości uzyskanych z pomiarów: należy dodać do siebie wartości zbieżności połówkowych zmierzone dla koła lewego i prawego. Obowiązuje zasada: zbieżności z tym samym znakiem dodaje się, a zbieżności z różnymi znakami - odejmuje.
Każdy skręt kół od położenia środkowego powoduje zmianę ich zbieżności, przy czym skręt kół o ok. 2 powoduje zmianę zbieżności o ok. 0,2 mm. Wpływ zmian obciążenia pojazdu na dokładność pomiaru zbieżności jest bardzo różny, w zależności od rodzaju i konstrukcji zawieszenia. Dlatego należy zachowywać podczas pomiaru zbieżności takie obciążenie, jakie przewiduje producent pojazdu. Spotykane wartości zbieżności we współczesnych samochodach zawierają się najczęściej w granicach od -3 do 7 mm.
W dzisiejszych pojazdach stosowanie tylko metody pomiaru zbieżności w odniesieniu do osi symetrii, czyli linii poprowadzonej między środkami osi przedniej i tylnej (bez uwzględnienia osi tylnej = pomiar dwóch kół), jest już niewystarczające; powinny być zawsze wykonywane pomiary dla czterech kół. Zbieżność połówkowa odniesiona do geometrycznej osi jazdy wyznacza linię przemieszczania się pojazdu podczas jazdy. Pomiar osi jazdy jest możliwy tylko wtedy, gdy mierzy się cztery koła. W przypadku tej osi chodzi o pewne zjawisko, które, jak to już sama nazwa mówi, występuje dopiero podczas jazdy. Ma ona decydujący wpływ na stateczność kierunkową pojazdów z niezależnymi zawieszeniami kół, wielowahaczowymi albo przestrzennymi konstrukcjami osi tylnej, jeśli kąt odchylenia ich geometrycznej osi jazdy od osi symetrii nie jest równy 0.
Przykłady skutków błędnego ustawienia zbieżności:
- zbyt duża zbieżność ujemna (rozbieżność): zużycie obu opon po wewnętrznej stronie, ?miękkie" zachowanie się na drodze;
- zbyt duża zbieżność dodatnia (zbieżność): zużycie obu opon po zewnętrznej stronie, ?nerwowe" wychodzenie ze skrętu do jazdy na wprost;
- niejednakowe wartości zbieżności połówkowej kół osi tylnej: w celu jazdy na wprost koła przednie muszą być tak skręcone, aby dwusieczna zbieżności całkowitej kół przednich była ustawiona równolegle do dwusiecznej zbieżności całkowitej kół osi tylnej (= geometrycznej osi jazdy); powstające w wyniku tego niestateczne zachowanie się na jezdni specjaliści od pomiarów geometrii nazywają ?psim śladem", który wymaga nieustannego lekkiego skręcenia kierownicy (rys.).
W tym samochodzie koła przednie nie są ustawione równolegle do osi symetrii. Jest to spowodowane różną zbieżnością połówkową kół tylnych. Aby samochód mógł jechać prosto, kierowca musi skręcić koło kierownicy nieco w prawo. Efekt - samochód jedzie bokiem
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:
- różne maksymalne kąty skrętu w lewo/prawo: różne średnice zawracania;
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:
- błędnie ustawionym trapezem kierowniczym (drążki kierownicze zostały niesymetrycznie wykręcone lub zbieżność kół została wyregulowana bez odniesienia do środkowego położenia mechanizmu kierowniczego);
- odkształceniem elementów stanowiących trapez kierowniczy (np. zgięcie drążka kierowniczego lub skrzywienie dźwigni zwrotnicy)
Pomiary wykonuje się po skręceniu koła wewnętrznego o 20 z jednej i drugiej strony pojazdu.
Przykłady skutków błędnej różnicy kątów skrętu kół:
- zwiększone zużycie opon, zwłaszcza podczas częstych jazd miejskich i jazd w górach;
- podczas jazdy na zakręcie pojazd ma tendencję do wypadania z zakrętu;
- złe powracanie układu kierowniczego w położenie do jazdy na wprost po dużym skręceniu kół.
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.
Kąt nierównoległości osi kół
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.
Kąt pochylenia koła
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.
Kąt pochylenia osi sworznia zwrotnicy
Kąt przesunięcia osi kół - kąt pomiędzy osią geometryczną jazdy a osią symetrii pojazdu. Inaczej jest to kąt odchylenia osi geometrycznej od osi symetrii.
Kąt przesunięcia osi kół
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.
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.
Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy
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.
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.
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.
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.
Oś geometryczna i oś symetrii pojazdu
Oś symetrii samochodu - linia przebiegająca przez środki osi przedniej i tylnej.
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.
Przestawienie koła / przestawienie osi - wielkość liniowa kąta nierównoległości osi kół. 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.
Przesunięcie osi - przesunięcie prostej wyznaczonej połową rozstawu kół przednich względem osi symetrii pojazdu.
Przesunięcie osi
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.
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.
Różnica kątów skrętu kół
Jazda po łuku wg różnych środków skrętu powoduje boczny poślizg koła wewnętrznego
Różnica rozstawu kół - różnica między rozstawem kół z lewej i prawej strony pojazdu.
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 (AB). Ten drugi przypadek nazywamy rozbieżnością kół.
Koła są zbieżne, gdy AB
Zbieżność połówkowa koła - kąt pomiędzy płaszczyzną koła a osią geometryczną pojazdu dla koła przedniego lub osią symetrii pojazdu dla koła tylnego.
Kąty zbieżności połówkowej kół przednich (aL, aP ) są wyznaczane do osi geometrycznej pojazdu, natomiast kąty zbieżności połówkowej kół tylnych (BL,BP) do osi symetrii pojazdu
3.Przekładnie kierownicze
Przekładnia kierownicza służy do zapewnienia odpowiedniego przełożenia kinematycznego i dynamicznego oraz odpowiedniej charakterystyki sprawności mechanizmu kierowniczego. Przekładnia ta musi odznaczać się niezawodnością, a jej konstrukcja musi umożliwić regulację luzów powstających wskutek zużywania się współpracujących powierzchni. Innymi słowy przekładnia kierownicza służy do przełożenia siły rąk poprzez kierownicę na siłę osiową skręcającą kołami. Istnieje wiele odmian przekładni kierowniczych, które różnią się między sobą w sposób zasadniczy.
Istnieje wiele odmian przekładni kierowniczych, różniących się między sobą w zasadniczy sposób. Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowo budowę czterech różnych przekładni: ślimakowej, ślimakowej z wycinkiem ślimacznicy, wodzikowej i zębatkowej. Każda z tych przekładni ma określone zalety i jest stosowana w samochodach. Budowane są także różne odmiany przekładni śrubowych, śrubowo-kulkowych i inne. Obecnie w samochodach osobowych najczęściej są stosowane przekładnie zębatkowe i przekładnie ze ślimakiem globoidalnym współpracującym z rolką, a w cięższych samochodach- przekładnie śrubowo-kulkowe.
Opis rysunku:
Rodzaje przekładni kierowniczych:
a) ślimakowa z pełną ślimacznicą,
b) ślimakowa z wycinkiem ślimacznicy,
c) wodzikowa (tzw. przekładnia Rossa),
d) zębatkowa.
Przekładnia ze ślimakiem globoidalnym i rolką jest stosowana np. w samochodach Żuk, Nysa, Polonez. Jest to odmiana przekładni ślimakowej o charakterystycznym (globoidalnym) kształcie ślimaka, umożliwiającym uzyskanie bardzo korzystnego przebiegu krzywej przełożenia. Zastosowanie (zamiast ślimacznicy) rolki ułożyskowanej na łożyskach tocznych umożliwiło zwiększenia sprawności i odporności na zużycie. Napięcie wstępne łożysk ślimaka reguluje się przez zmianę liczby podkładek 9.
Opis rysunku:
Przekładnia kierownicza ze ślimakiem globoidalnym i rolką:
1- koło kierownicy,
2- przycisk sygnału dźwiękowego,
3- wał kierownicy,
4- kolumna,
5- zacisk,
6- obudowa,
7- łożysko,
8- ślimak globoidalny,
9- podkładki regulacyjne,
10- łożysko igłowe rolki,
11- oś rolki,
12- podkładki rolki,
13- rolka.
Na rysunku powyżej przedstawiono przekładnię śrubowo-kulkową z nakrętką i zębatką. Tego rodzaju przekładnie stosowano np. w samochodach Star. Stanowi ona udoskonaloną wersję przekładni ze śrubą i nakrętką, w której tarcie suwne na gwincie zastąpiono tarciem tocznym, dzięki wprowadzeniu kulek między śrubę i nakrętkę. Kulki te przetaczają się w rowkach między śrubą a nakrętką i pośredniczą w przenoszeniu nacisków. Nakrętka ma kształt graniastosłupa i podczas obracania się śruby przesuwa się poosiowo. Na jednym z jej boków jest wyfrezowana zębatka współpracująca z wycinkiem koła zębatego, osadzonym na wałku przekładni. Przekładnię taką charakteryzuje bardzo duża sprawność.
Wszystkie rysunki znajdują się w załączniku poniżej
