Pomiar kątów ustawienia kół ( zbieżność )

1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest pomiar kątów ustawienia kół
2. Wyposażenie stanowiska:
Urządzenie do pomiaru kątów ustawienia kół
3. Przebieg ćwiczenia:
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 rónica 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 ładnej konstrukcji podwozia. Dlatego też, ze względu na konieczność kompensacji rozmaitych stanów elementów resorujących, pochyleń nadwozia i elastyczności zawieszenia uwarunkowanej konstrukcją częci, producenci pojazdów podają statyczną wartość regulacyjną. Wartości pochylenia obu kół jednej osi muszą być takie same, gdyż w przeciwnym razie powstaje stołek 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 k? osi przedniej - w środkowym położeniu przekładni kierowniczej.
Przykładowe skutki 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, najczęciej w położeniu 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 obciążeniu osi barki opon nagrzewają się niedopuszczalnie; z biegiem czasu może to doprowadzić do uszkodzenia opon (przegrzanie, zużycie wewnętrzne)
? pochylenie zbyt może: pogorszone prowadzenie boczne, niestabilna jazda na zakrętach
? różne pochylenia po lewej i prawej stronie: jednostronne ściąganie, ponieważ powstaje stołek odłączania

? Kąt pochylenia koła
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 się pchane, lecz wleczone i po wyjściu z zakrętu samoczynnie powracają do pozycji jazdy na wprost. Przy ujemnym wyprzedzeniu (opźnieniu) 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 się 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: skłonności do ściągania w bok, zwłaszcza w połączeniu z odpowiednimi reakcjami nawierzchni;

Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy
?
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;

Kąt 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 utrzymywać 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 głębokościć przetłoczenia lub przez podłożenie podkładek dystansowych. Z reguły przedsięwzięcia tego rodzaju pogarszają właściwości jezdne. O tym powinno się pamiętać w przypadku reklamacji klienta. Jeżli klient tuningową swój pojazd, można jedynie zalecić, aby powrócić do części dopuszczonych przez producenta i skrupulatnie sprawdzić możliwe kombinacje podzespołów. Zwłaszcza w pojazdach z wyrażnie 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 rzeczywistosci jednak występują podczas jazdy na wprost siły, które odpychają koła na zewnątrz. Opony tarłyby o nawierzchnią 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 wspóczesnych 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, jeżli 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 skrócenia kierownicy (rys.).

W tym samochodzie koła przednie me 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.

Koła są zbieżne, gdy A < B lub rozbieżne, gdy A > B
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 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 20st 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 tendencji do wypadania z zakrętu;
? złe powracanie układu kierowniczego w położenie do jazdy na wprost po dużym skróceniu kół.

Różnica kątów skrętu kół
4. Wnioski:
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.