Kwadratura koła

Maciej Blum
Maciej Blum
15.10.2012

Podczas wymiany ogumienia zawsze przeprowadzana jest operacja wyważania kół. W jej trakcie likwidowane są dwa rodzaje niewyważenia: statyczne i dynamiczne.

Niewyważenie statyczne oznacza nierównomierność rozłożenia masy koła powodującą powstawanie sił promieniowych tym większych, im większa jest masa niewyważona i większe obroty koła, czyli siła odśrodkowa działająca na tę masę. Siły promieniowe działające podczas obrotu koła działają na piastę, która przenosi drgania do układu kierowniczego i na pozostałe podzespoły pojazdu.
Niewyważenie statyczne można rozpoznać w warunkach statycznych (bez ruchu pojazdu) po zamontowaniu koła na wrzeciono wyważarki. Pod wpływem nadmiaru masy koło obróci się do takiego położenia, że nadmiar masy będzie się znajdował u dołu pod wpływem grawitacji. Natomiast niewyważenie dynamiczne możliwe jest do zaobserwowania tylko podczas ruchu pojazdu. Ten rodzaj niewyważenia powoduje odchylenie sił odśrodkowych od płaszczyzny symetrii, prowadząc do powstania momentu odchylającego. Moment ten wywołuje wahanie sił bocznych działających na piastę koła odczuwalnych jako drgania kierownicy. Moment dynamiczny jest dla kierowcy mniej odczuwalny niż niewyważenie statyczne. Podczas ruchu pojazdu efekty niewyrównoważenia statycznego i dynamicznego działają jednocześnie i wtedy mamy do czynienia z niewyważeniem dynamicznym.
Biorąc pod uwagę fakt, że obręcze są wykonywane w sposób bardzo jednorodny, to po zamontowaniu nowej obręczy na wyważarkę może się okazać, że jej niewyważenie statyczne może osiągnąć wartość nawet 30 g. W przypadku nowych opon zakładanych na idealnie wyważonej obręczy takie niewyważenie może wynosić nawet 20 g.
To nie takie proste
Niewyważenie statyczne i dynamiczne to nie wszystkie problemy, z jakimi można się spotkać podczas obsługi kół. Okazuje się, że oprócz nierównomiernego rozkładu masy w obręczy i oponie spore znaczenie mają także geometryczne aspekty tych elementów. Jako niejednorodność kształtu mogą tu występować bicie promieniowe i bicie osiowe (boczne). Przyczyna tego może leżeć w skrzywionej obręczy lub w oponie z defektami geometrycznymi. Należy pamiętać, że wahania niejednorodności występują zawsze w procesie produkcyjnym opon i obręczy i są niezauważalne gołym okiem, ale często zawierają się w produkcyjnych granicach tolerancji. Nieregularności kształtu opony wynikają także z jej eksploatacji i tym samym miejscowego zużycia lub uderzeń o przeszkody i wyrwy w jezdni. Zazwyczaj można je zauważyć podczas obsługi ogumienia. Natomiast nieregularność kształtu wynikająca sama z siebie jest przyczyną nierównomiernego rozłożenia masy opony i wpływa na powstawanie dodatkowych sił promieniowych powodowanych przez unoszenie i opadanie osi obrotu koła podczas jazdy.
Do niejednorodności geometrycznej koła można jeszcze dodać niejednorodność sztywności (sprężystości) opony. Okazuje się bowiem, że każda opona wykazuje się niejednorodnością sztywności promieniowej i osiowej. Niejednorodności te wynikają już z samej konstrukcji opony. Otóż opasanie w niej ma swój początek i koniec, w związku z czym w jednym miejscu musi być zrobiona zakładka. Dodatkowo nierównomierność grubości materiału opony sama w sobie wpływa na zmianę jej sztywności. Przykładem zmiennej sztywności może być opona złożona ze sprężyn o różnej sztywności. Gdy do powierzchni kontaktu dochodzą sprężyny mniej sztywne, opona ulega ściśnięciu. Gdy w kontakcie z podłożem sprężyny są sztywniejsze, ściśnięcie opony jest z kolei mniejsze. Ściśnięcie opony znacząco wpływa na pozycję piasty koła względem jezdni. Jeśli opona ma różną sztywność na obwodzie, to podczas ruchu pojazdu zauważyć można unoszenie i opadanie osi piasty koła. Podobnie jak bicie promieniowe zmienność sztywności promieniowej powoduje drgania pionowe koła. W praktyce wygląda to tak, że koło prawidłowo wyważone na wyważarce przy pewnej prędkości może doprowadzić pojazd do drgań rezonansowych powstałych na skutek niejednorodności sztywności promieniowej opony.

[...]

Maciej Blum

Więcej informacji o wyważaniu kół w najnowszym „autoEXPERCIE" 10/2012.

O Autorze

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę