Diagnostyka

W poprzednich wydaniach „Nowoczesnego Warsztatu” opisaliśmy strukturę układu jezdnego pojazdu, zakres jego diagnozowania, kryteria oceny stanu technicznego oraz metody jego diagnozowania. Przedstawiliśmy również wybrane przyrządy i urządzenia do oceny stanu technicznego układu jezdnego, to jest: detektory luzów, urządzenia do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych opon, przyrządy do pomiaru bicia koła i przystawki napędowe (rozpędzarki do kół). Opisaliśmy również rodzaje i cechy urządzeń do wyważania kół jezdnych (wyważarek).

W tej części artykułu przedstawimy systemy mocowania koła na wyważarce oraz wyposażenie dodatkowe.

Dokładność wyważenia kół jezdnych
Dokładność wyważenia kół jezdnych zależy od dokładności wykonania i stanu technicznego samej wyważarki, jakości wykonania i stanu obręczy oraz w dużym stopniu od precyzji mocowania koła na wale wyważarki, co jest związane z zastosowaniem odpowiedniego uchwytu.
W nowoczesnych wyważarkach dokładność wyważenia osiąga wartość ok. 0,02 g. Nie odpowiada to rzeczywistej dokładności wyważenia koła, gdyż występują błędy jego mocowania na wale wyważarki.
Wzorcowa obręcz koła powinna mieć otwór środkowy tak wykonany, aby środek geometryczny otworu i krawędzi zewnętrznych obręczy znajdowały się w tej samej osi. Również środki geometryczne dodatkowych otworów służących do mocowania koła w pojeździe powinny znajdować się w jednakowej odległości od środka geometrycznego obręczy, a ponadto odległości pomiędzy dodatkowymi otworami powinny być takie same. W praktyce nie można wykonać idealnej obręczy, a nawet niewielkie przesunięcia wymienionych otworów powodują nierównomierny rozkład masy wirującego koła, czyli jego niewyważenie.
Z reguły przyjmuje się, że otworem bazowym mocowania koła jest środkowy otwór obręczy. Jednak niektórzy producenci pojazdów i urządzeń diagnostycznych stosują do bazowania otwory mocujące koło. Jeżeli przesunięcia środków geometrycznych otworów obręczy są minimalne, to obręcz można traktować jako wzorcową. Problem występuje w przypadku obręczy niskiej jakości (wykonanych niestarannie lub uszkodzonych podczas eksploatacji). Obręcz koła z wadliwie wykonanym lub zdeformowanym otworem środkowym powoduje nieprawidłowe mocowanie koła na wale wyważarki. To skutkuje nierównomiernym rozkładem masy wirującego koła i powstaniem dodatkowego niewyważenia.
W takim przypadku należy zastosować dodatkowy uchwyt trzpieniowy, pozwalający zamocować koło na wyważarce jedynie na otworach mocujących z pominięciem otworu środkowego. Uchwyty trzpieniowe umożliwiają mocowanie i wyważenie kół posiadających 3, 4 i 5 otworów, czyli w zasadzie wszystkich kół samochodów osobowych.
Przed założeniem koła na wyważarkę należy oczyścić obręcz (zaleca się stosowanie maszyn myjących koła) i sprawdzić jej stan. Otwory bazowe obręczy nie mogą być owalne i powinny mieć nieuszkodzoną powierzchnię. Obręcze wykonane ze stopów lekkich często wyposażone są w dodatkową wkładkę otworu centrującego (pierścień z tworzywa sztucznego). Umożliwia ona dopasowanie obręczy do różnych piast samochodowych. W przypadku odkształcenia tych pierścieni należy je wymienić na nowe.

Mocowania koła na wale wyważarki
Sposób mocowania koła na wale wyważarki ma podstawowy wpływ na dokładność wyważenia. Skuteczne wyważenie koła na wyważarce jest możliwe tylko w przypadku jego prawidłowego zamocowania i dokładnego wycentrowania. Sposób mocowania koła na wyważarce zależy od rozwiązania konstrukcyjnego tarczy koła. W pojazdach samochodowych najczęściej stosuje się następujące rodzaje tarcz kół:
- tarcze przelotowe (z otworem środkowym),
- tarcze nieprzelotowe,
- tarcze dzielone płaskie, mocowane do piasty samochodów ciężarowych.

We współczesnych pojazdach tarcze kół centrowane są z reguły na otworze środkowym od wewnątrz. W taki sam sposób powinny być wówczas centrowane na wyważarce, to znaczy na stożku od środka (uchwyt stożkowy z nakrętką). Większość wyważarek w wyposażeniu standardowym ma uchwyty ze stożkiem centrującym od strony wewnętrznej. Do niektórych obręczy trzeba stosować stożki dodatkowe z powodu bardzo małego lub bardzo dużego otworu centralnego.
Ponieważ stożek na wale musi się przesuwać, to oba te elementy są wykonane z określoną tolerancją. Jeżeli luz pomiędzy otworem stożka a wałem wynosi 0,1 mm, powoduje to niedokładność wyważenia około 10 g. Z tego powodu stosuje się określone tolerancje wykonania stożków i wałów, które zapewniają wymaganą dokładność wyważenia koła. Przykładowo wał wyważarki o średnicy nominalnej 40 mm wykonuje się z tolerancją 39,985÷39,995 mm. Natomiast stożek jest wykonany w tolerancji 40,005÷40,010 mm (dane firmy Hofmann). Tylko tak wąskie tolerancje zapewniają odpowiednią dokładność wyważenia. Podczas użytkowania wyważarki następuje stopniowe zużycie elementów centrujących (wału, stożka), pierwotne tolerancje ulegają powiększeniu, co prowadzi do zmniejszenia dokładności wykonywanych pomiarów. Zużycie elementów centrujących następuje stosunkowo szybko zwłaszcza w warsztatach, w których nie stosuje się myjek do kół, a czyszczenie wyważarek wykonuje się sporadycznie.
Różne technologie produkcji obręczy ze środkowym otworem bazowym pociągają za sobą konieczność zwrócenia uwagi na to, z której strony koła należy zastosować stożek centrujący. Jest to równoznaczne z koniecznością przezbrojenia uchwytu. Taką możliwość stwarza uchwyt szybkomocujący (rys. 1), którego nakrętka ze sprzęgłem i dzielonym gwintem pozwala znacznie skrócić czas mocowania koła na uchwycie.
Centrowanie na stożkach od wewnątrz jest uzasadnione dla obręczy stalowych ze standardowymi oponami. Dla nowych odmian kół (obręcze aluminiowe, opony niskoprofilowe) powinno się stosować inne rozwiązania konstrukcyjne uchwytów mocujących. Najlepszym rodzajem uchwytu byłby taki, który eliminuje całkowicie luz między elementami centrującymi.
Rozwiązaniem konstrukcyjnym, w którym wyeliminowano całkowicie luz między elementami centrującymi, jest uchwyt Duo Expert firmy Haweka (rys. 2). Stało się to możliwe w wyniku zastosowania pierścienia centrującego (tulei rozprężnej). Zastosowany pierścień zmienia swoje średnice: zewnętrzną i wewnętrzną, zaciskając się bez luzu na wale i w otworze wewnętrznym obręczy. Ściskanie tego pierścienia powoduje zwiększanie jego średnicy zewnętrznej i zmniejszanie wewnętrznej. Taki uchwyt dobrze sprawdza się przy wyważaniu kół z obręczami stalowymi oraz ze stopów lekkich (jest zalecany przez większość wytwórców samochodów osobowych). Ważnym elementem uchwytu jest sprężyna środkowa, której sztywność ma duży wpływ na precyzję centrowania. Od sztywności sprężyny zależy siła wciskania elementu centrującego w otwór obręczy.
Bardzo korzystnym rozwiązaniem jest posiadanie wyposażenia składającego się z uchwytu Duo Expert oraz Word Kit I, który zawiera cztery tarcze z kolorowymi otworami, kilka rodzajów trzpieni oraz specjalny pierścień. Takie wyposażenie umożliwia wyważanie kół prawie wszystkich samochodów osobowych, dostawczych i terenowych.
Interesującym rozwiązaniem systemu mocowania kół na wyważarkach jest uchwyt główny, bezsprężynowy Duo Matic I firmy Haweka (rys. 3) i uniwersalna płyta dociskowa QuickPlate stosowana do obręczy z różną liczbą otworów.
W przypadku kół z obręczami nieprzelotowymi stosuje się uniwersalny uchwyt Uni Europ w postaci tarczy z trzpieniami przesuwnymi umieszczonymi w rowkach prowadzących. Taki rodzaj kół często występuje w samochodach francuskich. Tarcza tego uchwytu ma zaznaczone średnice podziałowe, na które przesuwa się trzpienie. Ważnym elementem tego uchwytu jest pierścień centrujący dostosowany do konkretnych średnic nieprzelotowego otworu w obręczach. Brak tego pierścienia uniemożliwia dokładne wyważenie koła.

W innych przypadkach (koła pojazdów terenowych i dostawczych) wykorzystuje się uchwyty typu Off Road (rys. 4). Rozwiązanie to jest stosowane w samochodach, które nie mają na piastach kołnierzy centrujących. Ich koła są centrowane na piaście tylko za pomocą śrub lub szpilek z nakrętkami. Ten uchwyt odwzorowuje takie mocowanie. Z powodu dużych prędkości jazdy koła tych samochodów wymagają również dokładnego wyważenia. Stosowany jest tutaj trzpieniowy uchwyt tarczowy, a stożek pełni jedynie rolę elementu ułatwiającego wprowadzenie trzpienia tarczy w otwory obręczy.
Stosuje się też uchwyty uniwersalne, na przykład Uni Lug (rys. 5), do centrowania obręczy o konstrukcji zarówno przelotowej, jak i nieprzelotowej. Uchwyt ten jest bardzo precyzyjny, dzięki dokładnie frezowanym i szlifowanym obrotowym ramionom z trzpieniami. Ustawienie trzpieni na konkretną średnicę odbywa się bezstopniowo. Liczba ramion z trzpieniami zależy od liczby otworów w tarczy koła i zgodna jest z ich rozstawem, który mierzy się za pomocą specjalnej suwmiarki. Taki uchwyt może obejmować średnicę rozstawu śrub mocujących koło w granicach 95÷215 mm. Uchwyt mocujący Uni Lug można przystosować do mocowania na 3, 4, 5, 6 lub 8 śrubach mocujących. Ten uchwyt nadaje się szczególnie do kół stosowanych w samochodach francuskich (Citroën, Peugeot, Renault). Nową odmianę uchwytu można przystosować do wałów o różnych średnicach. Należy zastosować odpowiedni reduktor, który wchodzi w skład wyposażenia dodatkowego oferowanego przez wytwórcę.
Do osadzenia kół motocyklowych na wale wyważarki stosowane są odrębne rodzaje uchwytów wyposażonych w odpowiednie stożki, wałki, tulejki i nakrętki mocujące. Obecnie stosuje się następujące rodzaje uchwytów motocyklowych:
- uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i specjalnych szpilek chwytających szprychy (do kół szprychowych),
- uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i dwóch uchwytów obejmujących oponę z wykorzystaniem siłowników sprężynowych (do wszystkich kół motocyklowych) – rys. 6a.
- uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i dwóch uchwytów obejmujących oponę z wykorzystaniem siłowników teleskopowych (do wszystkich kół motocyklowych) – rys. 6b.

Wyważanie kół motocyklowych wymaga zastosowania wyważarki przystosowanej do kontroli takich kół z dodatkowym wyposażeniem. Niezbędne jest także wprowadzenie danych dotyczących odległości koła od wyważarki. Można to wykonać za pomocą przykręcanego trzpienia.
Jeszcze inne rodzaje uchwytów stosuje się do mocowania na wyważarkach kół samochodów ciężarowych. W zależności od konstrukcji koła używa się uchwytu uniwersalnego lub w postaci tarczy ramiennej (rys. 7).
Firma Cemb opracowała innowacyjne rozwiązanie wyważarki Paguro P2 do kół pojazdów użytkowych zastosowane w mobilnych serwisach ogumienia. Praktycznie eliminuje ono z pojazdów serwisowych tradycyjną wyważarkę lub jej uproszczoną wersję przewoźną. Układ pomiarowy wyważarki Paguro jest wkładany do szczęk montażownicy kół jezdnych (rys. 8). Dodatkowo w odpowiednim miejscu należy umieścić przenośny pulpit sterujący. Koło podczas wyważania należy obracać ręcznie. Układ pomiarowy urządzenia może być zasilany prądem o napięciu 12, 24 lub 230 V. Wyważarka została wyposażona w zestaw uchwytów i stożków do różnych typów kół pojazdów ciężarowych umieszczonych w specjalnej podstawie lub na wózku.
Najskuteczniejszym mocowaniem koła na wale wyważarki jest stosowanie specjalnych tarcz dociskowych z zestawem trzpieni odwzorowujących mocowanie koła na piaście. Niestety, ze względu na zbyt dużą różnorodność rodzajów obręczy kół i zbyt duże koszty poszczególnych tarcz ten sposób mocowania stosowany jest bardzo rzadko. Uchwyty specjalne zaprojektowane indywidualnie dla danego typu obręczy dostarczają tylko nieliczni producenci określonych marek samochodów (np. BMW, Mercedes).

Wyposażenie dodatkowe
Oferowane są różne konstrukcje ciężarków do wyważania kół jezdnych samochodów i motocykli. Można je podzielić na dwie grupy: ciężarki zaczepiane na brzegach obręczy i ciężarki przyklejane. O jakości ciężarków decyduje między innymi dokładność wykonania, pewność osadzenia sprężyny stalowej, jakość powłoki galwanicznej sprężyny, graniczny zakres temperatur kleju (dla ciężarków klejonych).
Starsze wersje ciężarków do wyrównoważenia kół wytwarzano z ołowiu z dodatkiem antymonu, a ich stalowa sprężyna jest przystosowana do mocowania na różnych typach obręczy kół. Nowe odmiany ciężarków są wykonywane z cynku lub stali. Ciężarki przyklejane zaleca się stosować w przypadku obręczy kół ze stopów lekkich. Różne sposoby mocowania ciężarków wyważających w zależności od typu obręczy koła przedstawiono na rys. 9. Do wyważenia kół motocyklowych oraz kół samochodowych o nowej konstrukcji wewnętrznej (np. CTS) stosowane są ciężarki odmiennej konstrukcji.
Producenci ogumienia (np. firma Metzeler) zalecają wyważanie kół motocyklowych z obręczami szerszymi niż 2,5 cala. Aby zapobiec nieszczelnościom i ubytkom powietrza, należy stosować ciężarki zalecane przez producenta motocykla. Najczęściej są to ciężarki montowane na szprychy lub samoprzylepne, zakładane na obręcz. Nie zaleca się stosowania płynów wyważających ani uszczelniaczy w płynie, które wpływają na stan wyważenia koła.
Do zakładania i wyjmowania ciężarków wyważających stosuje się specjalne szczypce i ściskacze (dźwignie). Podczas zakładania ciężarka zaczepionego na brzegu obręczy niezbędne jest wykonanie następujących czynności: ściśnięcie boku opony i włożenie sprężyny, uniesienie sprężyny oraz wsunięcie ciężarka.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Kłos R.: Optymalizacja jako dodatkowa funkcja wyważania. Nowoczesny Warsztat 5/2006.
2. Sitek K.: Diagnostyka samochodowa. Układy odpowiedzialne za bezpieczeństwo jazdy. Wydawnictwo AUTO, Warszawa 1999.
3. Trzeciak K.: Diagnostyka samochodów osobowych. WKŁ, Warszawa 2011.