Technika vyvažování kol

Níže si můžete pročíst řádky od renomovaného odborníka společnosti Hofman...

Dovolujeme si vás pozvat k nahlédnutí do zákulisí vyvažování kol. Níže si můžete pročíst řádky renomovaného odborníka společnosti Hofman, jejichž stroje pro vyvažování kol používají naši odborní pracovníci v pneservisu Mráček. Jsme jedním z mála odborných pneuservisů vybavených takto profesionální technikou pro vyvažování kol. Náš pneuservis Praha 8 je vám se týmem precizně školených pracovníků plně k dispozici.

Napsat cokoliv nového o vyvažování po několika obsáhlých článcích jiných autorů a neopakovat již napsané, je v podstatě nemožné. Základní technické vyvažovací pojmy stanovené mezinárodní organizací pro normy ISO (The International Organization for Standardization) již byly v těchto článcích vysvětleny, proto je zmíním jen krátce.

Co je nevyváženost?

V zásadě mluvíme o nevyváženosti v případě, kdy hmota rotačního tělesa není pravidelně rozdělená okolo osy rotace. Vyjádřeno přesně podle ISO, hlavní osa setrvačnosti se neshoduje s osou rotace. Velikost nevyváženosti je násobkem hmoty a poloměru, se kterým těžiště hmoty rotuje okolo osy otáčení. Podle toho je jednotka nevyváženosti např. cmg. Podle ISO rozlišujeme různé stavy nevyváženosti, které závisí na poloze hlavní osy setrvačnosti v poměru k ose rotace.

Hlavní osa setrvačnosti

Jedná se o osu, okolo které může kolo rotovat bez nevyváženosti, čili bez odstředivých sil. Znamená to, že hmota rotoru je symetricky rozdělená okolo hlavní osy setrvačnosti.

Čistá statická nevyváženost

Otáčející se těžiště mění stále výšku, a proto statická nevyváženost vyvolává kmitání kola ve svislé rovině.

Čistá dynamická nevyváženost

Dynamická nevyváženost ovlivňuje přilnavost kola v menší míře než statická nevyváženost, způsobuje však kmitání kola. Nebezpečné je zejména horizontální kmitání řízených kol.

Odstředivá síla

V důsledku nerovnoměrného rozdělení hmoty kola, neboli v důsledku nevyváženosti, vznikají při otáčení okolo osy rotace volné oběžné odstředivé síly. Velikost odstředivé síly je závislá na hmotnosti a poloměru, na kterém se tato hmota otáčí okolo osy rotace a na druhé mocnině počtu otáček. To znamená, že zdvojnásobením počtu otáček je odstředivá síla čtyřnásobně větší.

Nevyvážené kmitání kola

Na vozidle je kolo zavěšené v systému víceméně schopného kmitání. Volné odstředivé síly působící na zavěšení kola způsobují nevyvážené kmitání závislé na rozdílných vlastnostech toho kterého vozidla. Největší vliv na kmitání způsobuje přitom zavěšení kola a pružící systém. Řízení umožňuje svislý pohyb, který vede ke skákání kola. Na druhé straně umožňuje otáčení kola okolo čepu ramene ve vodorovné poloze jeho vibrace. Pro oba dva druhy pohybu existují pružící elementy.

Ve vertikální poloze je odpružení řešené konstrukčně v zavěšení kola. V tomto směru působí jako pružící elementy pneumatika a elastičnost mechanických dílů. Tento celek ovlivňuje činnost tlumiče, ložisek, kloubů, gumových elementů apod. Odpružení v horizontální poloze není sice konstrukčně zohledněné, ale přesto se pružící účinek projevuje povolností směrového ústrojí i kloubů. V horizontální rovině je tedy odpružení závislé především na typu a odpovídajícím stavu vozidla.

Každá odpružená část podléhá vlastnímu kmitání, které má pro tu kterou část odlišnou frekvenci a směr. V důsledku toho se objevují při každém směru pohybu a při rozličných, nejčastěji vícerých rychlostních intervalech, účinky rezonance. V těchto tzv.rychlostních intervalech dosahují vibrace maximální hodnoty. Vibrace se zmenšují při překročení kritické rychlosti v obou směrech až po dosažení hranice v pořadí další kritické rychlosti.

Zjišťování kmitání na testovaném vozidle

Pro měření nevyváženého kmitání odděleně ve vertikální a horizontální poloze při různých rychlostech byly umístěny snímače kmitů na poloosu a řídící tyč testovaného vozidla. Vyskytující se kmitání bylo během jízdy měřeno a zaznamenáváno. Z diagramů vyplynulo, že maximum kmitů se objevuje horizontálně při 90 km/hod a vertikálně při 112 km/hod. Tyto kritické rychlosti závisí na typu vozidla, pneumatik, nahuštění, stavu vozidla, na součástkách zavěšení kol atd.

Je nápadné, že tyto kritické rychlosti leží hluboko pod hranicí maximální rychlosti vozidla. Často tak nízko, že nejsou laiky považované za nebezpečné. Skutečnost je ale taková, že především u vozidel se zvýrazněnými rezonančními účinky, např. defektními tlumiči, může dojít i při zdánlivě nízké kritické rychlosti v extrémním případě až k periodickému zdvíhání kola od vozovky, tzn., že s ní kolo ztrácí kontakt. Toto kolo tedy méně brzdí. Tato situace se vyostří rozdílnými polohami nevyváženosti všech kol. Přitom může dojít ke zvýšení nebo snížení tohoto účinku.

Rezonanční kmitání kol může, ale nemusí být zpozorované osobami ve vozidle. Na základě skutečnosti, podle které jsou citelné jen vibrace při kritických rychlostech, usuzují řidiči, že se nevyváženost kola projevuje pouze při kritické rychlosti. Tato laická představa je nesprávná. Správný je názor, že vyskytující se nevyváženost vzniká nerovnoměrným rozdělením hmoty, která zůstává při každé rychlosti, tedy i v klidu, stejně velká. Předpokladem je ale tuhé těleso, které se se zvyšující rychlostí nedeformuje, resp. se deformuje jen velmi málo a pravidelně. Tato podmínka je v praxi splněná.

Protože je nevyváženost při libovolné rychlosti konstantní, je bezvýznamné, při jakém počtu otáček, resp.jaké rychlosti se kolo vyvažuje. Kolo vyvážené při určité rychlosti, zůstává vyváženým při všech rychlostech. Z důvodů snižování spotřeby energie jde vývoj směrem k co nejnižším vyvažovacím otáčkám a k co nejkratšímu měřícímu času (stroje geodyna fy Hofmann Werkstatt-Technik mají vyvažovací otáčky 200 min/-1 a měřící čas nastavitelný od 1,5 sek.).

Vliv pneumatiky na kmitání

Musím připomenout, že vyvažováním se dá odstranit pouze kmitání vyvolané nevyvážeností. Existují však ještě účinky podobné nevyváženosti, které mají jiné příčiny, např. výškové, resp.stranové odchylky pneumatik. Tím rozumíme geometrické odchylky při odvalování, které mají radiální, jakož i laterální účinky na vozidlo, jako oběhová nevyváženost měnící se v pravidelném rytmu. Koncernem VW je například pro prvovýrobu požadovaná u smontovaných kol vertikální odchylka pod 0,8 mm a horizontální pod 1,2 mm.

Taktéž by neměly zůstat nepovšimnuty nevyváženosti ve vnitřní stavbě pneumatiky. Protože servisní zařízení nemá obyčejně možnost zjistit nerovnoměrnost pláště, provádí se proto na kole pouze geometrické měření, eventuálně egalizace, sesazení pomocí mečovacího programu, nebo Optimalizace klidného běhu fy Hofmann. Proti ostatním formám nerovnoměrnosti se nedá nic dělat, nevyhovující plášť se musí vyměnit. Platí, že „vyvážit lze trojúhelníkové kolo, ale nedá se na něm jezdit“.

Doporučení pro vyvažovací praxi – stacionární vyvažování

Abychom nevyvážené kmitání bezpečně odstranili, musí být kola vyvážená na stacionárním zařízení. Před tím je nutné se ubezpečit, že je pneumatika správně usazena na ráfku, tzn., že je trvale vycentrovaná a nebude se za jízdních podmínek přesouvat. Posunutí pneumatiky o 0,5 mm by znamenalo novou nevyváženost o velikosti cca 20 g. Proto je výhodné nově obuté kolo prověřit na rozvalovacím zařízení nebo znovu převážit po zahřátí a usazení po ujetí několika km.

Pro dokonalé vyvážení je nezbytně nutné vyvážit kolo v obou radiálních rovinách. Moderní vyvažovací zařízení vyhodnotí souhrn dynamické a statické nevyváženosti na každé straně kola a vyrovnají ji jediným závažím. Každé závaží tedy kompenzuje jak určitý podíl statické, tak i dynamické nevyváženosti. Kolo vyvážené dynamicky nemá ani statickou nevyváženost. Po umístění příslušných závaží do vyrovnávacích rovin je nutné provést kontrolní běh.

Při něm se posunutím již nasazených závaží (ne přidáním dalších), koriguje jednak rozdíl mezi zobrazeným nevývažkem a skutečnou hmotností použitého závaží, jednak jeho nepřesné umístění dané i tím, že střed závaží nemusí být jeho těžiště. Při správně seřízené vyvažovačce vystačíte zpravidla s jedním kontrolním během. Pokud vaše vyvažovačka místo 100g nevývažku indikuje např. pouze 90, nebo 110g, nebo jiný úhel umístění, při kontrolním běhu vám vždy řekne, že je nutné závaží posunout, že je těžké, nebo naopak lehké. K nulovým hodnotám se sice vždy dostanete, ale takováto „zkusmo“ vyvažovací metoda nepůsobí přesvědčivě na vaše zákazníky.

Moderní vyvažovací zařízení / nulové kolo

Problémem ale je, že na moderních vyvažovacích zařízeních vyrobené nulové kolo zůstane nulovým kolem pouze do doby, než je uvolněné ze zařízení. Po namontování i dokonale dynamicky vyváženého kola na vozidlo se mohou znovu vyskytovat určité nevývažky. Jejich příčinou jsou jednak nevhodné upínací přípravky, opotřebení, poškození, nebo prosté znečištění upínacích přípravků a dosedacích ploch, jednak chyby v upnutí kola způsobené výrobními tolerancemi těch částí, na nichž závisí vystředění kola a dále zbytkové nevývažky ostatních rotujících částí uložení kola, tj.zejména hlavy kola a bubnu nebo kotouče brzdy.

Dovažování namontovaných kol přímo na vozidle

To byla úloha pro dovažovací zařízení, které odstraní přímo na vozidle nevyváženost všech otočných částí, ale někdy přidáním dodatečného závaží vytvoří nový dynamický nevyvážek, odpovídající připevněné hmotnosti, nebo nepatrně menší. Vozidlo potom ujede dokonce i několik stovek km, avšak dynamická nevyváženost vede velmi rychle díky nerovnoměrnému opotřebování pneumatiky (ojetí gumy) k novému statickému nevývažku, která přivede zákazníka k reklamaci.

Co s tím?

Doporučuji si přečíst článek Ing.Příhody v Pneurevue 2/2000, hlavně jeho závěr. Souhlasím s ním a sám neustále opakuji, že kvalitu vyvažování neurčuje vzhled vyvažovačky, ale v první řadě používané upínací přípravky, jejich kvalita, čistota a nepoškození! Před lety byla normou udávaná směrná hodnota maximálně přípustné statické nevyváženosti 750 cmg, což při přepočtu na okraj ráfku odpovídá u 14″ disku velikosti nevyváženosti asi 38 g.

Výrobci motorových vozidel však vyžadovali u srovnatelných diskových kol statickou nevyváženost menší než 250 cmg, což odpovídá přibližně velikosti 13 g na okraj ráfku. Dnes je koncernem VW požadovaná maximální hodnota nevývažku na okraji ráfku 8g! Tohoto výsledku nelze dosáhnout se středícími kónusy, ale ani s cylindrickým upínáním, které je mnoha evropskými výrobci automobilů přímo předepisováno již několik let. Ani tyto příruby totiž nejsou prosty určitých vůlí. Pro nasunutí na hřídel musí mít určitou toleranci jejich středový otvor.

Právě tak musí být venkovní průměr poněkud menší než vrtání otvoru ráfku. S minimální tolerancí by bylo možné pouzdro vlisovat pouze silou a naopak. Takže tyto potřebné vůle vedou k podobným chybám jako při středění kónusem. Pouze jsou již podstatně menší. Požadovaných 8 g bylo dosaženo pouze s pomocí kleštinových hlav fy Haweka DUO-EXPERT, na kterých bylo za 5 let vyváženo asi 7 000 000 kol, podléhajících výrobní technické kontrole koncernu VW.

Díky své konstrukci stlačením odstraní vůle na hřídeli a roztáhne se cylindricky do otvoru ráfku, čímž odstraní veškeré tolerance mezi vyvažovací hřídelí a otvorem ráfku. Samozřejmě tomu odpovídá její cena. Obrazně řečeno: „kolo se nedá špatně vyvážit, ale pouze špatně upnout“. U těžkým, nebo problematických kol je v kombinaci s vrtanými deskami, do nichž se dle tabulky zastrkují příslušné čepy a kolo je přitlačováno přes otvory v ráfku, dosahováno „bezreklamačních“ výsledků. Samozřejmě musí poté následovat pečlivá montáž kola na vozidlo.

Co musí vyvažovací zařízení umět?

Vyvažovačka by měla splňovat tři základní podmínky:

ukázat nám velikost vyvažovacího závaží (způsob jeho zobrazení není podstatný)
místo jeho umístění
nevývažek jedné strany by neměl ovlivňovat stranu druhou (seřizovací předpisy pro stroje geodyna fy Hofmann – viz další text)

Kontrolu si můžete provést sami dle následujícího návodu:

Vypnout potlačení malých nevývažků a indikaci velikosti přepnout do 1 g modu.
Středně těžké kolo přesně upnout a po nastavení rozměrů ráfku pečlivě vyvážit do nuly (pokud má vaše vyvažovačka kompenzaci upínacího přípravku, stačí kolo vyvážit do 10 g a provést kompenzaci).
Na pravou stranu připevnit přesně zvážené závaží o hmotnosti 80-100 g. Po měřícím běhu vám musí indikace velikosti nevývažku na pravé straně zobrazit hodnotu hmotnosti vámi připevněného závaží a levá strana může indikovat chybu oddělení rovin maximálně 1 g.
Přepnout z dynamického na statické vyvažování a kolo natočit dle šipek nebo ukazatelů. Nyní se musí vámi připevněné závaží nalézat přesně kolmo pod hlavní hřídelí. Přepnout zpět na dynamické vyvažování.
Na levou stranu připevnit přesně zvážené závaží o hmotnosti 80-100 g. Po měřícím běhu vám musí indikace velikosti nevývažku na levé straně zobrazit hodnotu hmotnosti vámi připevněného závaží a pravá strana může indikovat chybu oddělení rovin maximálně 2 g.
Odstranit z levé strany dodatečný nevývažek, kolo povolit, otočit o 180°, opět upnout a odečíst indikované hodnoty.

Poznámky:

K bodům 3-5
- Pokud vaše vyvažovačka nesplňuje některý z těchto bodů, doporučuji vám požádat příslušný servis o základní kalibraci. Nebudete vyvažovat lépe, ale rychleji (viz odst.“Doporučení pro vyvažovací praxi“).
K bodu 6
- Pokud je chyba pootočení u středně těžkého kola vyšší než 10g, zkontrolujte si upínací přípravky!

Co je chyba pootočení?

Kolo nebo zkušební rotor se přesně vyváží, uvolní se z vyvažovacího zařízení, pootočí se na hlavní hřídeli o větší (obvykle 180°) úhel a opět se upne. Po obnoveném měřícím běhu musí být kolo nebo zkušební rotor stále ještě vyvážený, tzn.musí ukazovat nulu. Odchylka od teoretického nulového stavu se nazývá chyba pootočení. Výše uvedené kontroly prováděné běžným kolem se hodí proVaši vlastní kontrolu. Servisní nebo kontrolní organizace by ji měla provádět dle DIN ISO 9000 zkušebním rotorem (etalonem) s příslušnou certifikací.

„Dvakrát kalibruj, jednou řež“ (Pneurevue 2/2001)

Uvedený článek mne inspiroval k napsání těchto řádků. Obdivuji každého, kdo prohlásí svoji vyvažovačku za kontrolní (mám osobní zkušenost z kontrolním oddělením jednoho podniku), každého, kdo vezme pod paži nějak a někde vyvážené kolo, prohlásí ho za etalon a kontroluje jiné vyvažovačky. Ještě s tak „vhodným“ kolem. Pro centrování všech kol BMW jsou doporučeny stupňovité objímky pro průměry středů 57; 72,2 a 74 mm, nebo kónus se speciálním stoupáním 2-5°, nejlépe v kombinaci s výše citovanou vrtanou deskou.

Pokud byl pro centrování výše uvedeného kola použit běžný kónus, tak jsou dosažené chyby pootočení do 10g excelentní výsledek. Jestli bylo účelem článku přihrát zakázky citované kalibrační firmě, nic proti tomu. Provádím kalibraci také, ale certifikovaným zkušebním rotorem 6,5Jx15, podléhajícímu dvouletým kontrolám geometrického tvaru a hmotnosti kontrolních závaží, ale hlavně z jiných důvodů, jak doufám vyplývá z mého textu. Vyvažování ovlivňuje lidský faktor, základní znalosti o vyvažování a minimalizace chyby pootočení správným upínáním kola. A o tom to je.

Autor článku: Zdeněk Sigl – Hofmann CZ