Autor: Sławomir Kocznur
Miejsce publikacji: "Auto Moto Serwis" - maj 1996 r. nr 5 (33)

Wzrastająca liczba wypadków samochodowych powoduje, że najważniejszym zagadnieniem, dla osób zajmujących się współczesną motoryzacją, jest bezpieczeństwo jazdy. Jednym z czynników mających wpływ na bezpieczną jazdę jest geometria ustawienia kół samochodu. Producenci samochodów ustalają optymalne wartości parametrów charakteryzujących ustawienie kół. Utrzymanie ich w granicach tolerancji - to bezpieczeństwo kierowcy, pasażerów i ładunku, zwłaszcza przy większych prędkościach jazdy. Przeprowadzana okresowo kontrola ustawienia kół samochodu, za pomocą odpowiedniego przyrządu, umożliwia w porę wykrycie i usunięcie usterek, przez co wydłuża się okres użytkowania opon oraz zapewnia się ich równomierne zużycie.

We współczesnych samochodach osobowych i dostawczych należy wykonywać pomiary geometrii kół przyrządami czteroczujnikowymi, które umożliwiają pomiar zwłaszcza zbieżności połówkowych kół przednich - względem geometrycznej osi jazdy, tj. osi wzdłuż której porusza się pojazd. Ma to szczególne znaczenie przy kontrolowaniu geometrii kół samochodów powypadkowych. Geometrię ustawienia kół charakteryzuje kilka wielkości.

Oś symetrii samochodu - to linia przebiegająca przez środki osi przedniej i tylnej (rys. 1).

Rys. 1

Geometryczna oś jazdy - to prosta (dwusieczna) dzieląca kąt zbieżności całkowitej kół tylnych na dwa równe kąty (rys. 1). 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 wypadku występuje tzw. odchylenie geometrycznej osi jazdy od osi symetrii.

Zbieżność kół - jest wartością wskazującą na wzajemne położenie względem siebie kół przednich lub tylnych, patrząc od przodu pojazdu. Wartości zbieżności są dodatnie, jeżeli koła skierowane są do wewnątrz. Jeżeli koła skierowane są na zewnątrz to wartości są ujemne, a koła określa się mianem rozbieżnych (rys. 2). W zależności od zastosowanego przyrządu zbieżność mierzona jest jako kąt w stopniach kątowych lub jako wartość liniowa w milimetrach. Również od przyrządu zależy czy mierzona jest zbieżność całkowita obu kół, czy też zbieżności połówkowe każdego z kół.

Rys. 2

Zbieżność całkowita jest sumą zbieżności połówkowych kół (z zachowaniem znaku). Prawidłowe ustawienie zbieżności lub rozbieżności zapewnia równoległy bieg kół, gdy pojazd jest w ruchu. Nieprawidłowe ustawienie może mieć ujemny wpływ na stabilność i kontrolowanie biegu pojazdu oraz na zużycie ogumienia. Producenci samochodów różnie zalecają dokonywanie pomiaru zbieżności. Jedni przy kołach ustawionych do jazdy "na wprost" względem geometrycznej osi jazdy, inni zalecają ustawić przekładnię mechanizmu kierowniczego w położeniu środkowym.

Kąt pochylenia koła - to kąt zawarty pomiędzy pionem a płaszczyzną koła (rys. 3). Jeżeli koło przy widoku pojazdu z przodu lub z tyłu jest pochylone na zewnątrz, to pochylenie jest dodatnie. Jeżeli pochylone jest do wewnątrz, występuje pochylenie ujemne. Tylne koła napędzane osią sztywną mają najczęściej pochylenie równe 0°, koła prowadzone na wahaczach mają niewielkie pochylenie ujemne. W przypadku pochylenia dodatniego koło wywiera zwiększony nacisk na łożysko wewnętrzne piasty, a więc łożysko zewnętrzne i nakrętka mocująca koło na czopie są odciążone. Koła o takim pochyleniu tworzą na płaszczyźnie jezdni stożki odtaczane, powodujące rozchodzenie się kół podczas ruchu pojazdu do przodu, co ogranicza tendencję do drgań samowzbudnych. Koła przednie o dużym pochyleniu mają dużą zbieżność. Działanie stożków odtaczanych, utworzonych przez koła, w tak znaczny sposób przeciwdziała zbieżności, że przy jeździe do przodu powoduje równoległe ustawienie kół. Małe pochylenie lub pochylenie równe zero wiąże się przeważnie z małą lub zerową zbieżnością. Ujemne pochylenie, przy szybkiej jeździe na zakrętach, zwiększa poprzeczną sprężystą reakcję opony, przeciwstawiającą się odśrodkowej sile bezwładności. Pochylenie koła mierzone jest w stopniach kątowych, a koła, w trakcie pomiaru, powinny znajdować się w położeniu do jazdy "na wprost". Niektórzy producenci samochodów wymagają pomiaru pochylenia koła przy jego zbieżności połówkowej równej zeru.

Rys. 3

Kąt pochylenia osi sworznia zwrotnicy - to kąt zawarty pomiędzy sworzniem zwrotnicy a prostą pionową, patrząc od przodu lub tyłu samochodu (rys. 4). Przy nowoczesnych pojazdach ze sworzniami kulistymi zastępującymi sworznie zwrotnicy, tworzona jest dla tego pomiaru linia przebiegająca przez oś obrotu tych sworzni podczas skrętu. Odległość punktów utworzonych przejściem przez płaszczyznę jezdni osi: pochylenia koła i sworznia zwrotnicy nazywa się promieniem zataczania. Jeżeli punkt przecięcia tych osi leży poniżej płaszczyzny jezdni, to promień zataczania określa się jako dodatni, a jeżeli powyżej - jako ujemny. Po wjechaniu w zakręt, pochylenie osi sworznia zwrotnicy i promień zataczania powodują uniesienie przodu pojazdu, natomiast po przejechaniu zakrętu zwolniona kierownica powraca do położenia wyjściowego pod wpływem ciężaru pojazdu, działającego na przednie koła.

Rys. 4

Kąt sumaryczny - jest sumą kątów: pochylenia koła i pochylenia osi sworznia zwrotnicy. Jeżeli kąt ten odbiega znacznie od podanej w instrukcji wartości, to należy sprawdzić, czy odpowiednia zwrotnica nie uległa przestawieniu lub pęknięciu. 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.

Kąt wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy - to kąt zawarty pomiędzy osią sworznia zwrotnicy a prostą pionową, patrząc z boku samochodu (rys. 5). 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. W przypadku stosowania wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy koła nie są pchane, lecz wleczone i po wyjściu z zakrętu samoczynnie powracają do pozycji jazdy "na wprost". Siła, powodująca samoczynne ustawienie się kół do jazdy "na wprost", jest wywołana w jednakowym stopniu działaniem kąta wyprzedzenia, jak i pochylenia osi sworznia zwrotnicy. Konstruktorzy samochodów zazwyczaj projektują sworzeń zwrotnicy z dodatnim kątem wyprzedzenia. Niewielkie ujemne kąty spotyka się w pojazdach z przednim napędem i napędem na wszystkie koła. Duże dodatnie kąty wyprzedzenia stosuje się w samochodach z silnikiem umieszczonym na tylnej osi napędzanej i z nie dociążoną osią przednią oraz w bardzo szybkich samochodach sportowych, w celu zwiększenia stateczności jazdy z dużymi prędkościami.

Rys. 5

Nierównoległość osi kół - jest to kąt pomiędzy prostą przechodzącą przez oś przednią samochodu a prostą prostopadłą do geometrycznej osi jazdy (rys. 6). Nierównoległość osi kół określa się również jako kąt utworzony między prostymi przechodzącymi przez osie kół, w przypadku niezachowania ich wzajemnej równoległości. Niektóre samochody są fabrycznie montowane z niewielką nierównoległością osi, w taki sposób, że prawe koło przednie wyprzedza lewe. Spowodowane to jest częstym najeżdżaniem prawą stroną samochodu na krawężniki. W wyniku tego po pewnym czasie następuje cofnięcie się prawego koła przedniego względem lewego.

Rys. 6

Różnica kątów skrętu kół - jest to różnica pomiędzy kątem skrętu koła zewnętrznego a kątem skrętu koła wewnętrznego (rys. 7). Producenci samochodów zalecają zwykle skręcać koło zewnętrzne o 20°. Różnica kątów skrętu kół w lewo i w prawo powinna być taka sama, z uwzględnieniem tolerancji podanych przez producentów. Jeżeli wartości różnicy kątów skrętu kół przy skręcie w lewo i w prawo wyraźnie się różnią, mimo że zbieżność kół jest prawidłowa, to najczęstszą przyczyną jest zgięcie drążka kierowniczego albo dźwigni zwrotnicy.

Rys. 7

Maksymalny kąt skrętu kół - to największy możliwy do uzyskania skręt kół w lewo i w prawo (rys. 8). Parametr ten decyduje o zwrotności samochodu, co ma szczególne znaczenie w czasie parkowania samochodu i wykonywania nim manewrów na zatłoczonych wąskich ulicach.

Rys. 8

Artykuł ten otwiera cykl poświęcony geometrii kół samochodowych. Zostaną w nim zawarte następujące zagadnienia:

• prawidłowe stanowisko do pomiaru geometrii kół
• czynności przygotowawcze przed pomiarem
• przyrządy do pomiaru geometrii kół w samochodach o masie do 3,5 t
• przyrządy do pomiaru geometrii kół w samochodach o masie powyżej 3,5 t
• pomiary geometrii kół naczep i przyczep