Wyważanie kół samochodowych praca dyplomowa

1.Wiadomości wprowadzające

Stan techniczny całego układu jezdnego ma bardzo istotny wpływ na bezpieczeństwo i komfort jazdy samochodem. Ważnym elementem układu jezdnego są koła.
Koła jezdne tocząc się po powierzchni jezdni, umożliwiają poruszanie się pojazdu w określonym kierunku.
Jako zasadnicze elementy koła jezdnego samochodu wyróżnia się:
-ogumienie /z reguły pneumatyczne/,współcześnie stosuje się ogumienie bezdętkowe, charakteryzujące się brakiem dętki i ochraniacza.
-felga stanowiąca korpus koła. Najczęściej spotykane felgi są wytłaczane z blachy. Stosuje się również felgi ze stopów aluminium oraz ze stopów magnezowych, są one mniej trwałe od stalowych, lecz wyglądają bardziej estetycznie. Na środku felgi znajduje się otwór ustalający tarczę koła na piaście oraz gniazda śrub mocujących.
-obręcz / stosowana w samochodach ciężarowych o dużej ładowności /, jest to pierścieniowy wieniec utrzymujący obrzeża opony w określony sposób, zapobiegający zsuwaniu się opony na skutek występowania sił bocznych.
Koła jezdne pojazdów samochodowych powinny spełniać określone wymagania. Najważniejsze z nich to: dostateczna wytrzymałość i sztywność części składowych koła przy możliwie niskim ich ciężarze własnym, możliwość zupełnego wyważenia, łatwość rozpraszania ciepła od ogumienia i bębnów hamulcowych, łatwość rozbiórki i składowania koła oraz zamienność części, ponadto estetyczny wygląd, zwłaszcza, gdy chodzi o samochody osobowe.

2. Objawy niewyważwnia i jego skutki

Jeśli w czasie jazdy występują drgania kół, zwłaszcza przy większych prędkościach jazdy oraz w czasie eksploatacji pojazdu zaobserwować można plackowate zużywanie się bieżnika ogumienia, wówczas stwierdzić można, że przyczyną takich objawów jest niewyrównoważenie kół. Drgania kół spowodowane ich niewyrównoważeniem nasilają się wydatnie po przekroczeniu prędkości 60 km/h.

Wynikiem niewyrównoważenia kół przednich są drgania mechanizmu zwrotnicy i kierownicy wyraźnie wyczuwalne na kole kierownicy. Efektem niewyrównoważenia koi tylnych są natomiast specyficzne odgłosy z tyłu samochodu powiązane z drganiem całego nadwozia. Tego typu drgania są bardzo szkodliwe dla wszystkich elementów układu kierowniczego i wpływają na przyspieszenie ich zużycia. Ponadto są one bardzo niekorzystne w aspekcie komfortu jazdy i są odczuwalne zarówno przez pasażerów, jak i przez kierowcę powodując jego przyspieszone zmęczenie, a tym samym znacznie zmniejszają bezpieczeństwo jazdy.

Powodem powstawania niewyrównoważenia koła może być niedokładność wykonania poszczególnych jego elementów, wzajemne ich ułożenie, oraz dokładność osadzenia na piaście i umocowania. Niewyrównoważenie może powstać również w czasie eksploatacji. Wówczas powodem jest nierównomierne zużycie opony lub naruszenie połączeń pomiędzy elementami koła.
Według przyjętych norm dopuszczalne niewyrównoważenie kół jezdnych nie może przekroczyć:
0,l do 0,11 Nm dla samochodów osobowych,
0,5 do 1,1 Nm dla samochodów ciężarowych.

3. Istota wyważania

Wyważanie więc polega na wyrównaniu na poszczególnych odcinkach obwodu koła mas. Ma to na celu zlikwidowanie powstawania sił wytrącających koło z jednolitego ruchu obrotowego wokół własnej osi poprzecznej. Wykres I przedstawia wartości sił działających na zawieszenie, od koła przy danej prędkości pojazdu, gdzie kG -masa niewyważonego koła w kg.
Niewyważanie kół ma największy wpływ na trakcyjne własności pojazdu przy prędkościach rzędu 80 - 120 km/h, czyli przy szybkościach z jakimi najczęściej poruszamy się po drogach.

Niewyrównoważenie kół jest przyczyną zwiększonego zużycia opon, łożysk i elementów układu kierowniczego oraz amortyzatorów. Powoduje także zmniejszenie przyczepności kół do nawierzchni, pogorszenie efektywności hamowania oraz kierowalności i płynności ruchu pojazdu.

Nie wyważanie kół, szczególnie przednich objawia się drganiami całego pojazdu narastającymi wraz ze wzrostem prędkości pojazdu i zbliżaniem się do prędkości krytycznej, czyli rezonansowej pojazdu /prędkość krytyczna zależy od wielkości kół i typu pojazdu/. Powyżej prędkości około 80 km/h, drgania te stają się tak dokuczliwe, że uniemożliwiają bezpieczne prowadzenie pojazdu.
Idealne wyrównoważenie kół, zwłaszcza kół przednich, jest niezbędne dla diagnostyki, ponieważ funkcyjnie jest związane z układem kierowniczym, amortyzacją, hamowaniem i do pewnego stopnia ma wpływ również na ruchowe własności samochodu.

Drgania niewyrównoważonych kół są proporcjonalne do prędkości obrotowej i niewyrównażonej masy. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej koła siły pochodzące od niewyrównoważonych mas oddziałują niekorzystnie na połączenia, zwłaszcza układu kierowniczego i półosi, przyspieszają zmęczenie materiału, powiększają zużycie a tym samym i luzy. Niewyrównoważone masy kół powodują powstawanie bicia bocznego oraz /niewyważenie dynamiczne/, obwodowego,/ niewyważenie statyczne/ a więc zakłócają obrót kół wokół osi.
Złe wyrównoważenie kół powoduje również szybkie, nierównomierne zużycie opon.

Bicie boczne, które przejawia się najbardziej w przypadku opon o większej szerokości, jest spowodowane nierównomiernym rozkładem masy względem płaszczyzny przechodzącej przez środek koła: powoduje ono powstanie drgań poprzecznych. Takie drgania powodują powstanie momentów, starających się naruszyć, a nawet zniszczyć, którąś z części mocujących koło. Jeśli przednie koła są niedostatecznie wyrównoważone, to kierowanie jest utrudnione i luzy w przekładni kierowniczej szybko rosną.

Jeżeli koła niewyważone zostały umieszczone na osi przedniej pojazdu, to wywołują one intensywne drgania w zawieszeniu i układzie kierowniczym, wskutek czego pojazd traci stateczność. Może się też zdarzyć taki przypadek, że dwa koła przednie są niewyważone i masa niewyważona prawego koła przyjmie położenie przeciwne w stosunku do lewego koła, / Rys.1/ wtedy siły odśrodkowe od mas niewyważonych wywołane obracaniem się kół dają względem osi zwrotnic momenty usiłujące je skręcić, na przykład w prawo, a po połowie obrotu w lewo, czyli na jeden obrót przypadaj ą dwa wahnięcia. Daje to kilkanaście wahnięć na sekundę, które powodują oprócz drgań, przyspieszone, często nierównomierne ścieranie gumy bieżnika.

Rys. 1 Przypadek niewyważenia obu kół przednich

4. Przyczyny niewyrównoważenia kół.

Wyważenie koła jest wypadkową wyważenia jego poszczególnych elementów składowych:
- opony,
- dętki,
- felgi.
Niewyważenie koła może wynikać:
1. Z niedokładności procesów produkcyjnych wyżej wymienionych elementów.
2. Ze skutków nieostrożnej eksploatacji pojazdu:
- zniekształcenia obręczy /w wyniku najeżdżania na krawężniki, bądź wjechania na wyrwę w nawierzchni./
- nierównomiernego ścierania opony, spowodowanego nagłym hamowaniem bądź też zużyciem amortyzatora.

5.Rodzaje niewyważenia kół.
Wyróżniamy trzy sposoby niewyważenia koła:
I.Niewyważenie statyczne
Wyobraźmy sobie, że koło jest idealnie wyważone i wiruje wokół osi zaznaczonej przerywaną linią x.

Na obwodzie tego koła zamocujmy ciężarek m . Jeżeli teraz zakręcimy kołem, nie będzie już wirować wokół osi x. Puszczone swobodnie, będzie się obracać wokół osi x'. Koło zamocowane na samochodzie nie wiruje swobodnie, lecz wokół osi wyznaczonej przez śruby i piastę, czyli jest zmuszone do wirowania wokół osi x, wykaże więc niewyważenie pionowe (statyczne).
Można sformułować następującą definicję:

JEŻELI WYMUSZONA OŚ WIROWANIA JEST PRZESUNIĘTA RÓWNOLEGLE WZGLĘDEM NATURALNEJ OSI WIROWANIA, MAMY DO CZYNIENIA Z NIEWYWAŻENIEM PIONOWYM (STATYCZNYM).

Przy tego typu niewyważeniu oś obrotu koła nie pokrywa się z główną osią bezwładności. Jak widać na rysunku osie te są do siebie równoległe. W wyniku tego typu niewyważenia powstaje siła odśrodkowa F. Powoduje ona drgania w kierunku prostopadłym do osi obrotu koła, które są zmienne okresowo. Przyspiesza to zużycie elementów zawieszenia i łożyska ponieważ są one raz dociążane, a raz odciążane.

Rys.2 Model koła ilustrujący niewyważanie statyczne

Rys. 3 Model samochodu ilustrujący Niewyważanie statyczne

Rys. 4 Statyczne wyrównoważenie koła

Najprostszy przypadek statycznego niewyrównoważenia koła przedstawia rys. 4a: niewyrównoważona masa m1 leży na osi z, więc ciężarek wyrównoważający należy umieścić w tej samej osi po przeciwnej stronie osi koła.

Rysunek 4 b przedstawia inny przykład: na promieniu r1 znajduje się niewyrównoważona masa m1. Równowagę statyczną osiągnie się, jeżeli masa ciężarka m2 zostanie umieszczona na promieniu r2, przy czym:

m1 • r1 = m2 • r2

Jeżeli r1= r2, to i siły odśrodkowe F1=F2 będą w równowadze.

Rys. 5 Przykład wyważenia statycznego

Przykład statycznego wyrównoważania koła ukazuje rysunek 5. Niewyrównoważona masa m1 znajdująca się w jednym miejscu opony na promieniu r1,została wyrównoważona ciężarkiem o masie m2, umieszczonym na promieniu r2.

Statyczne niewyrównoważenie powstaje też wskutek przesunięcia środka ciężkości koła o odcinek e względem osi obrotu / rys. 6 /.

Rys. 6

Powstanie niewyważenia wskutek przesunięcia osi y o odcinek e
Wyznaczona masa niewyrównoważona m0 znajduje się na promieniu r. Taki przypadek zdarza się bardzo często i jest typowym dla kół z przekroczeniem wymiaru otworu prowadzącego w tarczy. W takim przypadku gniazda śrub mocujących ulegną szybko zniekształceniom./owalizacji/.
Jeżeli koło przy wyrównoważaniu było zamontowane na wyważarce za pomocą tulei wprowadzonej w otwór ustalający o zbyt dużej średnicy niewyrównoważenie pozostanie na kole, choć wyważarka nie wykaże tego. Jednak po powtórnym uruchomieniu wyważarki maszyna nie potwierdzi wcześniejszych wyników badań. Może też się zdarzyć, że wyważarka będzie wskazywała o konieczności założenia lub zdjęcia ciężarków o różnych masach. W takich przypadkach należy zastosować krzyżak i zamontować koło jak do piasty, śrubami mocującymi, do krzyżaka.

Koła motocyklowe wyważa się tylko w sposób statyczny. Wyważania dokonuje się przy pomocy dwóch jednakowych ciężarków mocowanych do obręczy koła.
Najpierw obydwa ciężarki umieszcza się tuż obok siebie naprzeciw miejsca, które przeważa. Gdy z kolei przeważają ciężarki, rozsuwamy je symetrycznie na dwie strony powiększając kąt α tak długo aż nastąpi równowaga statyczna.

II.Niewyważenie dynamiczne

Jeżeli na idealnie wyważonym kole zamocujemy dwa ciężarki o jednakowej masie m, symetrycznie, nie wprowadzimy niewyważenia pionowego, gdyż masy te (statycznie) równoważą się. Ale jeśli zakręcimy kołem i pozwolimy mu swobodnie wirować, będzie się obracać wokół osi x”.
Koło zamontowane na samochodzie musi wirować wokół osi x, więc jest niewyważone.

JEŻELI WYMUSZONA OŚ WIROWANIA KOŁA JEST NACHYLONA DO OSI NATURALNEJI, MAMY DO CZYNIENIA Z NIEWYWAŻENIEM BOCZNYM ( DYNAMICZNYM).

W praktyce zawsze mamy do czynienia z kombinacją obu niewyważeń.
Wyważarki stacjonarne pozwalają zredukować do niezbędnego minimum jednocześnie obie składowe niewyważenia, za pomocą jedynie dwóch ciężarków. Takie wyważanie nazywa się wyważaniem dynamicznym.

Rys. 7 Model koła ilustrujący Niewyważanie dynamiczne

Wyważanie dynamiczne polega na usunięciu przyczyny bicia bocznego, a tym samym i drgań w osi obrotu koła.

Niewyważenie dynamiczne jest najogólniejszym stanem niewyważenia elementu wirującego w którym oś wirnika i jego centralna główna oś bezwładności są skośne.

Niewyważenie dynamiczne polega na nierównym rozłożeniu mas, przy którym następuje moment zmieniający kierunek działania co 1/2 obrotu koła i powodujący obciążenie łożysk, piasty koła, elementów zawieszenia i układu kierowniczego. W miarę powiększania się luzu w zawieszeniu koła i łożyskach, rośnie amplituda poprzecznych ruchów koła i wzrastają: obciążenia dynamiczne wszystkich współpracujących z nim elementów oraz nierównomierne zużywanie się opony.

Rys. 8 Model samochodu ilustrujący Niewyważanie dynamiczne

Dynamiczne niewyrównoważenie jest określone wartością momentu sił odśrodkowych wobec środka ciężkości. Na rysunku l£ jest ono określone momentem.
Mt = F • a

Rys 9. Model koła ilustrujący wyważanie dynamiczne
Celem wyrównoważenia jest ustalenie miejsca zamocowania ciężarka o masie m3 i m4 , ciężarek można umieścić tylko na zewnętrznej krawędzi tarczy koła, od strony wewnętrznej lub zewnętrznej, a więc na promieniach r3 i r4. Tak więc:
m3 * r3 =m4 * r4

Z powyższego wynika, że aby usunąć niewyrównoważenie wywołane masą m1 na promieniu r1, należy dołożyć masę m4 na promieniu r4.

Koła samochodowe wyważa się metodą wyważania dynamicznego. Z uwagi na znaczną, szerokość tych kół zlikwidowanie bicia obwodowego nie zapewnia całkowitego wyważenia koła. Natomiast likwidując bicie boczne możemy zlikwidować także bicie obwodowe. Współczesne wyważarki są tak zaprojektowane, aby przy jednym pomiarze wyważyć całkowicie koło, możemy więc powiedzieć, że mamy doczynienia z wyważaniem statyczno-dynamicznym.

III. Niewyważanie statyczno - dynamiczne.

Wyważając koło dynamicznie, ciężarki zakładamy po obu stronach obręczy natomiast wyważając statycznie ciężarek umieszczamy z jednej strony obręczy.

Rys. 10 Sposób umieszczenia ciężarków.

Niewyważenie dynamiczno-statyczne likwiduje się poprzez nabicie ciężarków po obu stronach obręczy o różnych masach m1 i m2. Likwiduje się w ten sposób Niewyważanie statyczne i dynamiczne.

6. Proces optymalizacji

Optymalizacja dynamiczna wykonywana jest gdy badanie koła na wyważarce wykazało niedowagę przekraczającą 30 g. By nie nabijać tak dużych ciężarków obracamy tak oponę na tarczy koła by siły powstające w wyniku niewyważenia tarczy koła i opony równoważyły się. Na koniec przeprowadzamy właściwe wyważanie dynamiczne.
Optymalizacja spokojnego biegu pozwala usunąć ewentualne wibracje wyważonego koła, wynikające z wady kształtu i nierównomiernej sprężystości opony. Założono, że twarde miejsce opony jest najczęściej również najczęściej jej miejscem ciężkim oraz że wadę kształtu tarczy koła można skompensować twardością opony. Po wykonaniu optymalizacji należy przeprowadzić tradycyjne wyważenie. Nie wyważenie opony i obręczy mierzone są w podwójnym cyklu pomiarowym, a wynik pomiarów uwzględnia jednocześnie obie płaszczyzny korekcji i koła. Optymalizację należy stosować jako czynność wstępną, przed wyważeniem koła za pomocą ciężarków.
Rys. 11 Niekorzystny układ sumowania się niewyważenia elementów składowych koła samochodu.

Po odpowiednim obróceniu poszczególnych elementów koła, a w szczególności opony względem obręczy uzyskuje się o wiele korzystniejszy układ przedstawiony na rysunku 12

Rys. 12 Korekta układu w wyniku obrotu poszczególnych elementów składowych koła względem siebie.

7. Doważanie kół

Koło samochodowe wyważone na wyważarce stacjonarnej jest rzeczywiście perfekcyjnie wyważone - dopóki jest ciągle na niej zamontowane. Ale wystarczy je zdjąć i zamocować ponownie, na tej samej wyważarce, używając tego samego uchwytu, a okaże się, że już nie jest idealnie wyważone. Producenci wyważarek dopuszczają odchyłki do 10g. Przy użyciu starszego sprzętu odchyłki są jeszcze większe.

Wątpliwości co do precyzji wyważenia są już na wyważarce, to tym bardziej po zamontowaniu koła na samochód nie można oczekiwać perfekcji.
Oś wirowania koła zamocowanego na piaście samochodu z reguły nie pokrywa się z osią bezwładności, wyznaczoną przez wyważarkę stacjonarną.

Jeżeli po zamontowaniu koła na samochód, oś wirowania zostanie przesunięta o 0,1 mm od osi wyznaczonej przez wyważarkę, spowoduje to niewyważenie przeciętnego koła o około 10g. Na wyważarce oś ta jest zwykle wyznaczona przez stożek, przystawiony do wewnętrznej lub zewnętrznej krawędzi otworu środkowego obręczy. Po zamontowaniu tak wyważonego koła na samochód odchyłka jest nieunikniona.

Z drugiej jednak strony, sposób mocowania koła na piaście nie jest tak precyzyjny jak np. wału korbowego, czy łożyska, bo przy ciasnym pasowaniu byłby duży kłopot przy zdejmowaniu koła. Oznacza to, że najdoskonalszy uchwyt i precyzja wyważarki nie ma decydującego znaczenia. Jest luz na piaście, więc nie ma mowy o precyzyjnym osiowaniu koła. Decyduje o tym inny sposób chwycenia koła, korozja, nierównomierna siła dokręcenia śrub, czy przesunięcie, wynikające z niedbałości pracownika wykonującego tę czynność.

Oprócz niedokładności wynikających z błędów w mocowaniu koła, teraz wiruje ono razem z piastą, tarczą hamulca (lub bębnem), które również nie są idealne. Serwis opon, który nie stosuje doważania kół, nie może zagwarantować kierowcy bezwibracyjnej jazdy, bo na te elementy nie ma wpływu.

Przypomnijmy, że w samochodzie średniej wielkości, siła odśrodkowa bezwładności koła nie doważonego o 15g, działająca na łożysko, wynosi około 40 N (4 kg) przy prędkości 130 km/h. Koło wówczas wykonuje ponad 1000 obrotów na minutę. To znaczy, że te 4 kg tysiąc razy na minutę uderzają w zawieszenie samochodu. Siła ta jest zwielokrotniona przy prędkości odpowiadającej częstotliwości rezonansowej mas nieresorowanych.

Koło zamontowane na pojeździe należy doważyć.

Rys. 13 Doważanie koła na samochodzie

Doważanie ma na celu usunięciu wibracji wynikających z niewyważenia pionowego, koła zamontowanego na pojeździe. Służy do tego doważarka.
Aby wykryć to niewyważenie, trzeba rozpędzić uniesione koło i zmierzyć siłę powstałych drgań. Koło rozpędza się do prędkości 600 - 1300 obr./min, co odpowiada prędkości liniowej, w przybliżeniu, w zależności od obwodu koła 50 - 150 km/h. Niewyważenie wirującego koła generuje siłę odśrodkową powodującą wibrację wychwytywaną przez czujnik piezoelektryczny i w postaci sygnału elektrycznego przekazywaną do doważarki. Czujnik ten jest zamontowany w podstawce, na której opiera się zawieszenie doważanego koła. Podstawka ta powinna być umieszczona jak najbliżej koła, najlepiej pod sworzniem zwrotnicy, lub pod przegubem wahacza. Ciężarek doważający nabija się na zewnętrznej krawędzi felgi. W przypadku niewyważenia przekraczającego 20g nabija się dwa równe ciężarki na obu krawędziach, po to, by nie wprowadzić niewyważenia bocznego.
Koła ALU z naklejanymi ciężarkami nie wymagają takiego rozdzielenia, gdyż ciężarek doważający nakleja się, mniej więcej, w płaszczyźnie styku obręczy z piastą, więc nie wprowadza się istotnej zmiany w wyważeniu bocznym koła.

Rys.14 Zamocowanie czujnika doważarki

Koła z kołpakami powinny być doważone wraz z nimi, gdyż kołpaki powodują niedoważenie dochodzące nawet do 20 g.
Wyważając na samochodzie, można usunąć tylko składową statyczną niewyważenia ogólnego koła, dlatego nie powinno się stosować tego zabiegu na
kołach, które nie były wcześniej wyważone na sprzęcie stacjonarnym.

8. Dopuszczalna tolerancja wyważenia kół.

Serwisy opon, ani serwisy autoryzowanych dealerów samochodów, nie potrafią wskazać zaleceń, co do dokładności wyważenia kół. Wydaje się, że w praktyce warsztatowej nikt nie wie, jaka obowiązuje tolerancja nie wyważenia. W większości wyważarek ustawiona jest opcja 5 g, co oznacza, że z taką tolerancją wyważa się koła samochodowe.
Standard ISO nr 1940, edycja z 1973 r. dopuszczalną tolerancję wyważenia określa następującym wzorem:

T = 3, 76W x R/r x M/v

gdzie:
T - dopuszczalna tolerancja (g)
W - współczynnik (dla szybkich samochodów sportowych = 12, dla samochodów osobowych = 14, dostawczych = 16, ciężarowych = 18 km x g/(kg x h),
R - promień zewnętrzny opony przy kontakcie z jezdnią (mm)
r - promień, na którym montuje się ciężarek (mm)
M - masa koła (kg)
v - maksymalna prędkość pojazdu (km/h)

Stosunek R/r waha się w przedziale 1,2 - 1,4, więc przyjmując średnią 1,3 wzór dla kół samochodów osobowych przybiera prosty kształt:

T=68,4 x M/v

Dla większości współcześnie produkowanych samochodów tolerancja wyważenia kół zgodnie z tą normą wynosi od 3,5 g do 5,5 g. Nawet zakładając, że samochód nie przekracza prędkości 150 km/h, a koło ze stalową obręczą i ciężką oponą waży 17 kg, niedoważenie powinno mieścić się w 7g.
Regułą jest, że ten wymóg nie jest spełniony:
Ani samochody fabrycznie nowe, ani wyjeżdżające z serwisów, nie spełniają wymagań kultury technicznej, pod względem wyważenia kół na samochodzie.

9. Wpływ odkształceń koła na wibracje

Jednym z podstawowych wymagań, jakiego oczekuje się od koła, oprócz wyważenia masy, jest jego „okrągłość”. Koło samochodowe jest okrągłe, jeśli każdy punkt na powierzchni bieżnika jest równo oddalony od osi geometrycznej koła.
Proces technologiczny produkcji opon jest bardzo złożony i opona z reguły nie spełnia warunku z powyższej definicji. W praktyce idealnie okrągłe koła nie istnieją. Polska norma dopuszcza 2-milimetrową tolerancję promienia zewnętrznego opony, ale bez względu na wielkość cyfrową norm, w praktyce mamy do czynienia z kołami mniej lub bardziej owalnymi, zdeformowanymi, czy ekscentrycznymi.

Aby uzyskać jak najlepszy efekt geometryczny, stosuje się dopasowywanie opony do obręczy. Producenci zaznaczają na oponach i obręczach punkty, dzięki którym, po ich złożeniu, efekt nieokrągłości jest zredukowany do minimum. Stosują to firmy dostarczające koła dla fabryk samochodów. W serwisach opon można wykonać procedurę optymalizacji, która ma ten sam cel, lecz w praktyce ze względu na pracochłonność, robi się to bardzo rzadko.

Optymalizację wykonuje się na podstawie pomiaru owalności opony i obręczy. Niektóre wyważarki są wyposażone w przymiar mechaniczno-elektroniczny lub ultradźwiękowy. Najrzadziej stosuje się optymalizację wagową, gdyż jest najbardziej pracochłonna i nie zawsze daje dobry efekt.
Okazuje się jednak, że nieokrągłość koła, przekraczająca nawet dopuszczalne normy, nie ma istotnego wpływu na komfort, czy bezpieczeństwo jazdy, jeżeli koło jest prawidłowo wyważone i doważone na osi samochodu.

Nieokrągłość obwodu zewnętrznego koła jest kompensowana elastycznością opony. Oznacza to, że eliminowanie wibracji zamontowanego koła przez doważenie, skutecznie tuszuje uchybienia w dokładności wykonania i zmontowania wszystkich elementów składających się na masę wirującą koła.
Większych odkształceń, wynikających z uszkodzenia obręczy lub wytarcia opony na skutek awaryjnego hamowania, a odczuwanych już przy powolnej jeździe, wyważaniem nie można zatuszować.

10. Niebezpieczny rezonans

Koła współczesnych samochodów są coraz lżejsze. Nie tylko dzięki stosowaniu obręczy z lekkich stopów, ale i masa opon wykonanych według najnowszych technologii jest coraz mniejsza. To samo dotyczy piast i tarcz hamulcowych. A im mniejsza jest masa wirująca, tym wyższy jest wymóg precyzyjnego wyważenia; niewielkie, nawet kilkugramowe niewyważenie może powodować rezonans mechaniczny elementów podwozia, potęgując wibrację.
Na pewno każdy kierowca zna zjawisko drżenia kierownicy, które występuje w wąskim zakresie prędkości. To właśnie rezonans sprawia, że niewielka wibracja kół przenosi się na kierownicę. Po przekroczeniu tej prędkości drżenie zanika, co oczywiście nie znaczy, że zanika źródło drgań, jakim są niedoważone koła. Wręcz przeciwnie: siła odśrodkowa bezwładności jest coraz większa, bo (zgodnie ze wzorem F=mw2r) rośnie wykładniczo wraz z kwadratem prędkości obrotowej koła. Większość kierowców nie dostrzega tego zjawiska lub bagatelizuje, traktując je jako lekki dyskomfort jazdy. Niewyważenie tylnych kół, choć powoduje uczucie zmęczenia, w ogóle nie jest dostrzegane.

O ile niewyważenie kół przednich powoduje tylko dyskomfort odczuwany przez kierowcę, głównie przy prędkości odpowiadającej częstotliwości rezonansowej i szybsze zużycie łożysk, to w przypadku niewyważenia kół tylnych dochodzi ryzyko utraty przyczepności opon do jezdni.

Na łuku jezdni rezonują tylne koła, a właściwie tzw. masa nieresorowana (koło, piasta, zwrotnica, wahacze, półoś, belka, most, sprężyna, amortyzator, resor). Dodatkowo, jezdnia jest wilgotna lub ośnieżona. Jeżeli w tym momencie kierowca hamuje, co odciąża tył samochodu, powstaje duże niebezpieczeństwo zarzucenia samochodem i wypadnięcia z toru jazdy.

W jednych autach rezonans pojawia się już przy prędkości 80 km/h, w innych dopiero przy 180, a w większości między 100 a 130 km/h. Kto wie, czy niektóre `niewyjaśnione' wypadki nie są spowodowane właśnie takim efektem.

Zjawisko rezonansu obserwujemy podczas testu amortyzatorów metodą EUSAMA (właściwie jest to test przyczepności). Wykres pokazuje, że przyczepność gwałtownie spada w wąskim zakresie częstotliwości. Jest to strefa rezonansu, który może być wywołany zarówno nierównością jezdni, jak i niewyważeniem koła.

Rys. 15 Wykres testu amortyzatorów metodą EUSAMA

W tej strefie przyczepność kół jest najmniejsza. Według standardu EUSAMA uznaje się zawieszenie samochodu za sprawne, jeżeli współczynnik określający przyczepność ma wartość > 40%. Podczas hamowania tylne koła są odciążone. Wówczas współczynnik ten może osiągnąć wartość zero. Oznacza to, że zupełnie sprawne amortyzatory, ani hamulce z ABS nie są w stanie uchronić od poślizgu tylnej osi samochodu w strefie rezonansu. Dodatkowo, większość kierowców przy wymianie opon stara się mieć na przedniej osi lepsze. To znaczy, że na tylnej osi opony są gorsze!

Doważanie kół to jedyny zabieg, który zapewnia rzeczywiście bezwibracyjne obracanie się kół i bez wątpienia powinien być stosowany obowiązkowo po każdej wymianie ogumienia jako czynność uzupełniająca wyważenie zgrubne na sprzęcie stacjonarnym, czy po jakiejkolwiek interwencji związanej z odkręcaniem koła. Co kilka tysięcy kilometrów powinno się sprawdzać wyważenie kół na pojeździe. Dobrze by było, gdyby serwisy chciały sprawdzać wibrację kół przy każdym przeglądzie, tak jak to robi np. BMW na Zachodzie.
W Polsce w ciągu ostatnich dziesięciu lat sprzedano kilkadziesiąt doważarek, różnych producentów: BEISSBARTH, CEMB, CORGHI, FAIP, FOCUS, HOFMANN, SCHENCK, SICE, istnieją również polskie doważarki z lat siedemdziesiątych.

11. Wyważarki - rodzaje, budowa, możliwości.

Wyważarka jest laboratoryjną maszyną badawczą do wyważania /wyrównoważania/mas układów wirujących /np. koła jezdnego/.
Wyważanie kół przeprowadza się przy pomocy specjalnych urządzeń zwanych wyważarkami. Urządzenia te pozwalają na określenie kątowej lokalizacji nie wy ważenia jak również na określenie wartości tego niewyważenia.

I.PODZIAŁ WYWAŻAREK :

1. Ze względu na sposób wyważania;
-stacjonarne /do kół zdjętych z pojazdu/
-dostawcze / do kół zamontowanych na pojeździe./
2. Ze względu na zakres zastosowania;
-do kół samochodów osobowych
-do kół samochodów ciężarowych
3. Ze względu na rozwiązania konstrukcyjne układu pomiarowego:
-mechaniczne - w wyważarkach tych moment niewyważenia dynamicznego koła jest zrównoważony najczęściej przy pomocy ruchomych przeciwciężarków, wyważarki te mają możliwość zmiany położenia osiowego i kątowego tych przeciwciężarów, co zezwala na ustawienie ich w położeniu prowadzącym do likwidacji niewyważenia całego układu.
-optyczne - drgania wału przenoszone są przez układ dźwigniowo -przesłonkowy na lusterko, które steruje promieniem świetlnym, promień ten padając na wy skalowany ekran, wskazuje wartość i kątową lokalizację niewyważenia.
-elektryczne - drgania wału powodują zmiany napięcia w układach elektrycznych, rejestrowane na odpowiednio wyskalowanych woltomierzach.
-elektroniczne - wyposażone są w układ elektryczny przetwarzający drgania wału na proporcjonalny sygnał elektryczny, oraz w układ elektroniczny określający wartość i położenie niewyważenia w płaszczyźnie wewnętrznej i zewnętrznej koła.
-komputerowe - są to wyważarki powszechnie stosowane, stanowią one najnowszą odmianę wyważarek do kół jezdnych, zastosowano w nich mikroprocesorowe sterowanie procesem pomiarowym, dane dotyczące niewyważenia zapisywane są w pamięci, wartość niewyważenia podawana jest w sposób cyfrowy a miejsce niewyważenia wskazywane graficznie na wyświetlaczach, - proces pomiarowy jest w pełni zautomatyzowany i zapewnia bardzo dużą dokładność wyważania.
Idea wyważania kół pojazdów osobowych i ciężarowych jest taka sama. Wyważarki do kół pojazdów ciężarowych różnią się od wyważarek osobowych przede wszystkim ciężarem koła jakie można na danej maszynie wyważyć. Najważniejsze przy doborze tego typu maszyny na potrzeby serwisu ogumienia są parametry techniczne urządzenia oraz funkcje dodatkowe. Przyjrzyjmy się zatem najważniejszym cechom wyważarek. Należą do nich:
1. Wielkość koła - czyli rozmiar koła jakie można na danej wyważarce obsłużyć. Wielkość tę można określić poprzez:
♣ szerokość obręczy w calach np. od 1,5" do 20"
♣ średnicę obręczy w calach np. od 10" do 24"
♣ ciężar koła np. do 65 lub 70 kg
2. Dokładność wyważenia - aktualnie dobrej klasy wyważarki cechuje dokładność do 1g, a najdokładniejsze do 0,5g
3. Czas procesu wyważania- aktualnie wynosi on ok. 6-8s. Tak krótki czas procesu pomiaru niewyważenia uzyskano poprzez zredukowanie prędkości obrotowej wałka wyważarek, a co za tym idzie krótszy jest czas rozpędzania i hamowania koła.
4. Sposób wprowadzania wymiarów koła. Jak wiadomo proces wyważenia koła na standardowej wyważarce poprzedza się wprowadzeniem do pamięci maszyny trzech podstawowych wymiarów. Są nimi: dystans (odległość obręczy od wyważarki którą odczytujemy na podziałce dystansownika maszyny, oznaczana przez "a" Sposób odczytu pokazuje rys.1), średnica koła (którą odczytujemy z opony, oznaczana przez "d") oraz szerokość koła (mierzona tzw. cyrklem, oznaczana "b" - rys.2.)

W najprostszych wyważarkach wszystkie trzy wymiary koła wprowadzane są ręcznie. W konstrukcjach bardziej zaawansowanych dwa wymiary koła tj. dystans i średnica wprowadzane są automatycznie. Po dosunięciu dystansownika do krawędzi felgi maszyna sama odczytuje te wartości. W konstrukcjach najnowocześniejszych możliwe jest również automatyczne wczytywanie przez maszynę szerokości koła. Konieczne jest wtedy wyposażenie wyważarki w czujnik szerokości. Na rysunku jest przedstawiona właśnie tego typu wyważarka.

5. Ilość tzw. funkcji ALU - czyli sposobów naklejania ciężarków na obręczach ze stopów lekkich. Im więcej funkcji ALU tym lepiej. Przykładowe funkcje ALU pokazuje rys.4.
Jeżeli już o felgach ALU mowa to warto zwrócić uwagę czy wyważarka jest wyposażona w funkcję SPLIT. Jest to funkcja umożliwiająca podział ciężarka (który po przyklejeniu będzie widoczny z zewnątrz koła) tak aby ciężarki składowe zostały ukryte za ramionami felgi aluminiowej zachowując przy tym wyważanie koła. Sytuację taką obrazuje rys.5.

6. Rodzaj wyważarki - nie bez znaczenia jest to czy wyważarka jest monitorowa czy jedynie z wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi. Oczywiście niektóre wyważarki z wyświetlaczami potrafią wyważyć koło tak samo dobrze jak wyważarki monitorowe, jednak przyznać należy, że urządzenie monitorowe na dodatek z dobrą grafiką buduje prestiż firmy w oczach klientów.
7. Pamięć operatorów - w sezonie oponiarskim tzn. na jesień i wiosnę gdy mamy do czynienia z wymianą opon letnich na zimowe lub odwrotnie wyważarki pracują niemal bez przerwy. W chwili gdy jeden z pracowników serwisu zakłada wyważone już koło do samochodu, kolejny pracownik może w tym czasie wyważać koło z zupełnie innego samochodu. Istnienie w urządzeniu pamięci kilku operatorów pozwala na przypisanie każdemu z nich wymiarów kół z jednego samochodu. Zatem każdy z pracowników nie musi za każdym razem wprowadzać wymiarów koła od nowa, wystarczy że zrobi to tylko przy pierwszym kole z danego pojazdu.
8. Funkcje dodatkowe - są to te wszystkie rozwiązania techniczne, które znacznie ułatwiają i przyspieszają pracę. Zaliczyłby do nich m.in. uchwyt dla ciężarków klejonych, automatyczne wskazanie miejsca naklejenia ciężarka, automatyczne zatrzymanie koła w miejscu niewyważenia, hamulec koła.
9. Rozwiązania zaawansowane do których można zaliczyć:
Uchwyt pneumatyczny - pozwalający na błyskawiczne mocowanie koła na♣ wałku bez wysiłku operatora. Po naciśnięciu pedału następuje automatyczne dociśnięcie koła do tarczy wyważarki. Demontaż koła z maszyny jest realizowany w ten sam sposób, a więc szybko i wygodnie. Nie ma potrzeby dociskania koła umieszczonego na wałku wyważarki do tarczy za pomocą dokręcania uchwytu.
Pomiar niecentryczności - tego typu sensor pozwala na zweryfikowanie♣ stanu opony pod względem jej niecentryczności. Sonar może być umieszczony na przeciw czoła bieżnika lub na przeciw boku opony. Uzyskujemy w ten sposób informację o ewentualnych uszkodzeniach czoła i boku opony, a zatem w sposób w pełni profesjonalny potrafimy ocenić stan techniczny wyważanego koła.

II.Wyważarki ciężarowe.
W przypadku wyważarek do kół samochodów ciężarowych zmieniają się nieco parametry koła jakie możemy obsłuzyć.
♣ Szerokość obręczy od 1,5" do 20"
♣ Średnica obręczy od 10" do 26,5"
♣ Waga koła do 200 kg
Najczęściej wyważarka do kół samochodów ciężarowych wyposażona jest w tzw. windę koła, a więc podnośnik umożliwiający podniesienie ciężkiego koła tak aby jego oś obrotu znalazła się na wysokości wałka wyważarki. Winda taka służy również jako hamulec koła. Wyważarki ciężarowe występują, oprócz rozwiązań z klasycznym zasilaniem, również w wersji z napędem ręcznym. Po prostu koło wprowadza się w ruch za pomocą korby i przy użyciu odpowiedniej przekładni. Tego typu maszyny znajdują zastosowanie w przypadku serwisów mobilnych. O ile bowiem samochód osobowy można do serwisu ogumienia odholować, o tyle z ciężarówką jest już spory problem. Dokładność wyważania kół ciężarowych na poziomie 1g jest w zupełności wystarczająca.
Rysunek obok przedstawia nowoczesną wyważarkę do kół samochodow ciężarowych.

Aktywne wyrównoważenie

Od niedawna proponowany jest sys¬tem wyrównoważania aktywnego kół. Po¬lega on na ręcznym wsypaniu specjalnego proszku do wnętrza ogumienia podczas montażu lub za pomocą odpowiedniego przyrządu (aplikatora) przez wtłoczenie poprzez zawór. Druga metoda nie wymu¬sza demontażu koła. Dzięki temu w czasie jazdy proszek rozkłada się wewnątrz opo¬ny w zależności od chwilowej wartości nie¬wyrównoważenia koła. Całkowite wyrównoważenie koła za pomocą tej metody uzyskuje się już przy prędkości pojazdu od 8 do 30 km/h. Do wyrównoważenia stosuje się proszek pochodzenia organicznego. Do jednej opony stosuje się od kilkudziesięciu do kilkuset gramów. Metodę ta można sto¬sować zarówno w przypadku opon dętko¬wych, jak i bezdętkowych. W czasie uży¬wania aplikatora powietrze w ogumieniu powinno być obniżone o około 30% w sto¬sunku do ciśnienia nominalnego.

Zalecane sposoby mocowania na wyważarce obręczy kół popularnych marek samochodów
Marka samochodu
Model samochodu
Średnica otworu centralnego
Średnica podziałowa otworów mocujących
Liczba otworów mocujących
Sposób mocowania na wrzecionie

w mm
w mm

wyważarki

Alfa Romeo
33/145/146/155/164 TS, STS
58
98
4
A


164 GTV / Spider (96-)
58
98
5
A


75 / Spider (7.92-)
58
108
4
A

AUDI
80 / 90 / 100 (-91)
57
108
5
A


80 / 100 (92-)
57
112
5
A


90 (92-)
57
100
4
A


A4 / A6 / A8 / 200
57
112
5
A

BMW
Serie 315-325 (-92)
57
100
4
A


Seria 5 (9.95-)
74
120
5
A


Serie 3, 5, 6, 7, 8
72,5
120
5
A

Citroen
2 CV / Dianę / Ami
—
160
3
C


AX
55
98
3
B


BX / ZX / Xantia / Visa 1 7D (86 - 89)
65
108
4
A


CX
58
98
5
A


XM
65
108
5
A


Saxo
-
98
4
B

Daewoo
Tico
58
98
4
A


Nexia / Espero / Lanos 1.5
56,56
100
4
A


Polonez
58,5
98
4
A

Daihatsu
Applause / Charade (87-)
56,1
100
4
A


Cuore
60
110
4
A

FIAT
126 (-83)
_
190
4
C


126/125/Panda/Uno/Punto/






Cinquecento/Regata/Ritmo/Tipo






Croma/Tempra/Brava/Bravo
58
98
4
A

Ford
Escort / Taunus / Cortina
63,5
108
4
A


Próbę
60
114,3
5
A


Scorpio (-94) / Granada
63,3
112
5
A


Scorpio (95-)/Mondeo/Escort/






Orion / Sierra / Fiesta
63,3
108
4
A

Honda
Accord (-90) / Civic
56
100
4
A


Accord (90-) / Prelude (92-)
64
114,3
4
A

Hyundai
Pony / Accent / Sonata
67,1
114,3
4
A

KIA
Sephia / Clarus
54
100
4
A


Sportage
90
139,7
5
A

Lada
Samara / WAZ
58
98
4
A


2105 / 2107
60
98
4
A


Niva
98
139,7
5
A

Mazda
121 / 323
54,1
100
4
A


626 (-88) / RX7 (86-)
59,5
114,3
5
A


626 (88-91) / 121 DA
59,5
114,3
4
A


626 (92-) / RX7
67,3
114,3
5
A


121 (Alu)
49
100
4
A

Mercedes
Wszystkie osobowe
66,5
112
5
A

Mitsubishi
Colt (88-92) / Galant / Carisma
67
114,3
4
A


Colt (92-) / Lancer 1.6, 2.0
56
100
4
A

Nissan
Sunny / Almera / Micra
59
100
4
A


Primera
66
114,3
4
A

Opel
Astra / Kadett / Corsa / Yectra /






Ascona/ Calibra
56,5
100
4
A


Omega / Senator / Calibra / Yectra
65
110
5
A

Peugeot
205 / 305 / 306 / 309 / 405
65
108
3/4
A


106 / 406
56
98
3/4
A

Renault
R9 / Rll / R19 / R21 / R25 / Clio /






Twingo / Laguna /Megane / Rapid
60
100
4
A


R4 / R5
-
130
3
B


R2 1 / R25 / Safrane / Espace / Laguna
60
108
5
A

Seat
Ibiza (-93) / Malaga / Marbella
58
98
4
A


Ibiza (93-) / Toledo / Cordoba (93-)
57
100
4
A


Toledo 2.0
57-
100
5
A

Skoda
Favorit / Forman (-07.93)
58,5
98
4
A


Favorit / Forman (08.93-) / Felicia
57
100
4
A

Toyota
Camry
60
114,3
5
A


Carina (-03.92) /Corolla / Starlet
54
100
4
A


Carina (04.92-)
54
100
5
A

VW
Polo / Golf / Derby / Jetta /






Yento Passat
57
100
4
A


Yento YR6 / Golf (92-)
57
100
5
A

Volvo
850 (94-) / 200 / 700 / 900
65
108
5
A


300 / 400
52
100
4
A


850 (-93)
65
108
4
A

A — centrowanie tarczą uniwersalną w kombinacji ze stożkiem lub pierścieniem adaptacyjnym (jak
pokazano na rys. 6.27D),
B — centrowanie tarczą uniwersalną z dopasowanym pierścieniem
C — centrowanie tarczą uniwersalną bez pierścienia środkującego

---