Jesienny sezon przekładek

Koła wyważone - drgania pozostają

Warsztatowa praktyka jest najlepiej oceniana zarówno przez klienta, jak przez jej sprawcę - mechanika, kiedy wszystkie koła po naklejeniu lub nabiciu ciężarków nie wykazują drgań po zamontowaniu ich w samochodzie.

Dowodem braku drgań są nie tylko komunikaty „OK” na ekranie wyważarki dla wszystkich czterech kół po zaaplikowaniu ciężarków. Brak drgań potwierdza również rezultat testu drogowego, którego miarą są niskie wartości zmienności (wariacji) sił promieniowych.

Na rys. 1 najmniejsza siła promieniowa dla lewego przedniego koła wynosi 10N, a największe występują z tyłu (koła nr 1 i 2) i mają równą wartość 30N. Takie ułożenie kół w aucie nie powoduje również bocznego ściągania samochodu, ponieważ minimalna wartość siły bocznej to pomijalnie małe 5N z wektorem skierowanym w lewo. Jest to sytuacja idealna.

Nikt się nie napracował (tylko wyważanie) i jest gwarancja braku drgań, które byłyby generowane przez koła. Potwierdzają to najsurowsze limity wariacji sił promieniowych opracowane przez producentów samochodów. Również wypełnione są normy producentów opon, które są zazwyczaj nieco wyższe, bo nie uwzględniają specyfiki superlekkichni wrażliwych na drgania zawieszeń pojazdów. Jeśli przypomnimy sobie, że generatorem drgań pochodzących od koła samochodowego są:

- niewyważenie statyczne i dynamiczne, inaczej mówiąc niejednorodność masy (dotyczy całej bryły koła jest sumą sił i momentów sił pochodzących od opony i od obręczy);

- bicie promieniowe i osiowe obręczy, zwane inaczej niejednorodnością kształtu;

- nierówny rozkład siły promieniowej opony (wariacja siły prom.), inaczej nazywany niejednorodnością siły promieniowej, to zauważymy, że należy zwracać uwagę nie tylko na ciężarki wyważające koło, ale też na samą oponę i samą obręcz, stosując procedurę testu drogowego z obciążeniem koła odpowiednim dociskiem (rolką). Przypadek opisany wyżej jest raczej rzadkością.

W dalszej części niniejszego tekstu postaram się wyodrębnić i omówić sytuacje stwarzające problemy z drganiami kół. Poszukam też rozwiązań usterek.

Należy zacząć od tego, że w kołach z oponami niskoprofilowymi (< 45 proc.), o rozmiarach powyżej 16 cali w ponad 30 procentach przypadków główną przyczyną drgania są zjawiska numer 2 i 3 z listy wyżej wymienionych generatorów drgań. Te problemy może odczytać wyważarka z testem drogowym, przy milczącym założeniu, że koło na maszynie jest oczywiście czyste, prawidłowo zamocowane i wycentrowane.

Przypadek 1. Wystarczy wyważenie

Rysunek, a właściwie wydruk z maszyny „przed serwisem” pokazuje, że siła promieniowa zarówno dla opony (35N), jak dla koła kompletnego (30N) jest niewielka i nie będzie generowała drgań. Bicie obręczy jest również minimalne (0,03 mm). W tej sytuacji wystarczy umieszczenie zasugerowanych przez wyważarkę ciężarków 20 i 10 gramów. Koło z całą pewnością nie będzie w tej sytuacji przyczyną drgań.

Przypadek 2. Wystarczy obrócenie opony na obręczy i wyważenie 

Mimo bardzo małych wartości odważników (5 i 5 gramów) koło będzie powodowało drgania w większości współczesnych samochodów osobowych. Założenie ciężarków niczego na lepsze nie zmieni, ponieważ przyczyna jest ukryta w oponie generującej aż 105 N niechcianej siły promieniowej. Całe koło to już 115N tejże siły. Jednak widzimy pole do działania, bo bicie promieniowe obręczy (1 harmoniczna) wynosi 0,61 mm. Jest to dużo, ale nie przekracza limitu, który dla większości producentów samochodów i obręczy oscyluje ok. 1 mm. Paradoksalnie jest to czynnik pomagający w optymalizacji geometrycznej koła. Można zażartować, że z dwóch elementów - jednego „takiego sobie” i jednego złego - można złożyć koło, które nie będzie przyczyną drgań. Siła promieniowa po optymalizacji spadnie do 45N.

Przypadek 3. Konieczna jest wymiana opony

Wyważarka wskazuje duże ciężarki, ale można je umieścić. Z tą uwagą, że to niewiele dobrego przyniesie - nie zlikwiduje drgań koła. Ktoś może powiedzieć, że bicie obręczy jest za małe, żeby optymalizacja się powiodła (0,04 mm). To prawda i wynika z niej, że na pewno felga jest OK. Użycie w tej sytuacji innej, „gorszej” felgi nie pomoże, bo limity dla opony zostały mocno przekroczone. Tu mamy typowy obrazek, że koło można wyważyć, ale drgania nie zostaną wyeliminowane, bo ich przyczyną będzie wadliwa lub uszkodzona opona.

Zarówno w przypadku wadliwości (wada produkcyjna), jak też uszkodzenia powstałego w trakcie eksploatacji nie pozostaje nic innego, jak wymiana opony. Do tej pory posługiwaliśmy się miarami sił i wartościami bicia odniesionymi do pierwszej harmonicznej bicia, bo wartość maksymalna jest ważna, lecz posłużenie się nią przy optymalizacji okazuje się bezużyteczne. W tabeli (Rys. 5) przykładowo pokazane są wartości używane przez jednego z największych globalnych producentów opon (nie z Dalekiego Wschodu). Są to wartości orientacyjne, pomocne w zdefiniowanych w tym artykule przypadkach oraz potencjalnych reklamacjach. Okazują się one bardzo bliskie wszystkim pozostałym producentom opon. Niestety, jego nazwy nie mogę wymienić.

Niejako dla uzupełnienia mogę powtórzyć, że producenci opon mają swoje kryteria, a producenci samochodów swoje. I tak przykładowo - dla samochodów osobowych pierwsza harmoniczna siły promieniowej wynosi: dla grupy VAG - 80N, dla BMW - 60N. Dla pojazdów typu SUV, terenowych oraz dostawczych te wartości są inne, czasem o wiele wyższe.

Przypadek 4. Konieczna jest wymiana obręczy 

To, że należy zwracać uwagę nie tylko na wielkość sił promieniowych i bicia promieniowego i osiowego w odniesieniu do pierwszych harmonicznych i wartości maksymalne tych parametrów pokazuje kolejny (już ostatni) dziś opisywany przypadek. Analiza tego wydruku nie przynosi żadnych niepokojących informacji. Jednak maszyna natychmiast po biegu pomiarowym informuje: „Przekroczone zostały limity koła, które nie mogą być poprawione przez Force Matching”. Ten komunikat powoduje, że jesteśmy odesłani do szczegółów - (Rys. 7).

Okazuje się, że maksymalne bicie promieniowe po wewnętrznej stronie obręczy wynosi aż 1,9 mm, czyli felga jest do wymiany bądź do prostowania. Pierwsza harmoniczna jest niska, ale druga wynosi 110N. I to jest sygnał, że możemy się pozbyć drgań jedynie po wymianie obręczy na poprawną. Poznanie trzech najważniejszych przyczyn drgań koła samochodowego i zastosowanie tej wiedzy w praktyce przynosi warsztatowi same korzyści. Po pierwsze - brak reklamacji na usługę ze strony klientów i pełne przygotowanie do rozwiązania ich problemów z drgającymi kołami (oszczędza to czas i nerwy), po drugie - krótszy czas procesu wyważania i testu drogowego przez użycie sprzężonych z kamerami laserów do automatycznych pomiarów parametrów koła, bicia obręczy i wyznaczania miejsc dla ciężarków np. za szprychami. Wynika z tego kolejna oszczędność czasu i poprawa jakości pracy serwisu.

Zenon Majkut - absolwent Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej. Jest jednym z trzech, obok Sławomira Dutkiewicza i Grzegorza Winiarskiego (także absolwentów tego wydziału), założycieli firmy Wimad. Powstałe w 1993 r. przedsiębiorstwo od początku swojej działalności zajmuje się wyposażeniem serwisów samochodowych i stacji kontroli pojazdów oraz zaopatrzeniem warsztatów wulkanizacyjnych. Firma ukierunkowana jest głównie na technikę związaną z kołami samochodowymi (urządzenia do geometrii kół, przyrządy do geometrii kół, wyważarki do kół, montażownice do kół, podnośniki samochodowe, zawory do kół, itd.).

Zobacz cały numer PO 10/160 (Październik 2018)