KURZUS: Járműdiagnosztika II.

MODUL: Elmélet

8. hét: Kerék-kiegyensúlyozás

| A lecke célja: A jármű kerekeinek kiegyensúlyozatlanság mérése és kiegyensúlyozása téma elméleti és gyakorlati alapjainak elsajátítása.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
kerék-kiegyensúlyozatlanság kerék-kiegyensúlyozatlansági formák stabil kiegyensúlyozó gépek mobil kiegyensúlyozó gépek kerék kiegyensúlyozás
Tevékenység: Gyűjtse ki a leckéből azokat a területeket, amelyek a kerék-kiegyensúlyozatlanság fajtáira, okaira, megszüntetésének lehetőségeire és mérésére vonatkoznak.
Tananyag
Kiegyensúlyozatlannak nevezzük azt a járműkereket, amelynél a forgás közben fellépő centrifugális erők következtében a kerék, annak csapágyazása és a felfüggesztés gerjesztő erőhatást kap. A kiegyensúlyozatlanságot a kerék forgástengelyre vonatkoztatott egyenetlen tömegeloszlása okozza. Ez létrejöhet a kereket alkotó építőelemek (kerékagy, fékdob vagy féktárcsa, keréktárcsa, kerékpánt, tömlő, gumiabroncs) bármelyikének egyenetlen tömegeloszlásából vagy a kerék felfogásának pontatlanságából.
A kerék-kiegyensúlyozással a fenti problémákat hárítjuk el, azaz megmérjük a kerék egyenetlen tömegeloszlását és ellentömeg (súly) felhelyezésével megszüntetjük azt.
A kerék-kiegyensúlyozásnak elsősorban nagy sebességű haladásnál van jelentősége, hiszen a belőle származó tömegerő - mint centrifugális erő - a kerületi sebesség négyzetével arányosan növekszik.
A kiegyensúlyozatlanság fajtái és megszüntetésének lehetőségei
Kiegyensúlyozatlanságnak nevezzük általában a forgórésznek azt az állapotát, amikor a forgástengely és a tömegközépponti (súlyponti) tehetetlenségi főtengelye nem esik egybe. A kiegyensúlyozatlanság esetei:
statikus, "kvázi" statikus, nyomaték, dinamikus.
Statikus kiegyensúlyozatlanság
Elsősorban a gumiabroncs gyártási hibájából adódik. A keletkezett tömegtöbblet vagy hiány a gumiabroncs súlypontját PÁRHUZAMOSAN eltolja a tengely középvonalától Forgás közben a tömegtöbblettől, kerületi sebességtől és a tömeg forgástengelytől való távolságától, függő nagyságú centrifugális erő jön létre. Hatása: Ha önmagában elgurítanánk, a kerék pattogva forogna. A kerékagyra felszerelt kerék a centrifugális erő miatt radiális irányú elmozdulásra kényszeríti a futómű részeit és a kereket. A tapadás a pattogás miatt nem egyenletes és csökken a keréken átvihető vonóerő is.
Statikus kiegyensúlyozatlanság
A statikus kiegyensúlyozatlanság megszűntetése:
A kiegyensúlyozás során célunk a kerék egyenetlen tömegeloszlásának mérése, és ellentömeg (keréksúly) felhelyezésével annak megszüntetése. A kiegyensúlyozatlan m1 tömeggel ellentétes oldalra két darab azonos nagyságú m2 tömeg felszerelése a keréktárcsára az ábrának megfelelően (m1=2m2).
Statikus kiegyensúlyozatlanság megszüntetése
"Kvázi" statikus kiegyensúlyozatlanság
"Kvázi" statikus kiegyensúlyozatlansági állapotban van a kerék, ha súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely metszi egymást, de nem a súlypontban. Ilyen állapotot tudunk létrehozni, ha egyébként kiegyensúlyozott forgórészre m 1 tömegeket helyezünk el a tömegközépponthoz képest, aszimmetrikusan a forgástengelytől α 1 és α 2 távolságra Ez a fajta kiegyensúlyozatlanság látszólag statikus, így forgatás nélkül is észlelhető. A centrifugális erők eredője ilyenkor is egyetlen, a forgástengelyre merőleges erő, amely azonban nem megy át a súlyponton. Kiegyensúlyozása az előzőhöz hasonlóan szintén egyetlen erővel történik, melyet vagy egy darab vagy esetenként a két peremre egymással szemben elhelyezett két darab ellensúllyal valósítunk meg.
"Kvázi" statikus kiegyensúlyozatlanság megszüntetése
Nyomaték kiegyensúlyozatlanság
Nyomaték-kiegyensúlyozatlanságról akkor beszélünk, ha a kerék súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely a súlypontban metszi egymást. A centrifugális erők eredője ilyenkor erőpár (alábbi ábra, a rész). Ilyen állapotot tudunk létrehozni, ha egyébként kiegyensúlyozott forgórészre m1 tömegeket helyezünk el a tömegközépponthoz képest szimmetrikusan a forgástengelytől α 1 és α 2 távolságra (alábbi ábra, b rész). Ezt a fajta kiegyensúlyozatlanságot csak forgás közben észleljük. Megszüntetése egy ugyanabban a síkban fekvő, de ellentétes értelmű nyomatékkal rendelkező erőpárral történik, melyet a két peremre átlósan szembe elhelyezett két darab azonos nagyságú ellensúllyal hozunk létre.
Nyomaték kiegyensúlyozatlanság
Dinamikus kiegyensúlyozatlanság
A kerék súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely kitérők. A kerék kiegyensúlyozatlanságát két különbözősíkban fekvő eredő centrifugális erő hozza létre (alábbi ábra, a rész). Ilyen állapotot tudunk létrehozni, ha egyébként kiegyensúlyozott forgórészre m1 tömegeket helyezünk el a tömegközépponthoz képest aszimmetrikusan a forgástengelytől α 1 és α 2 , távolságra úgy, hogy az azokat összekötő egyenesnek a forgástengellyel ne legyen metszéspontja (alábbi ábra, b rész). Mivel két nem egy síkban levő és nem egyenlő nagyságú erő felfogható, mint általános helyzetű erő és erő-pár eredője, a dinamikus kiegyensúlyozatlanság lényegében a statikus (vagy a kvázi statikus) és a nyomaték kiegyensúlyozatlanság együttes előfordulása esetén keletkezik. Kompenzálása a két centrifugális erőnek megfelelően a kerék két oldalára helyezett minimálisan két darab ellensúly segítségével valósítható meg.
Dinamikus kiegyensúlyozatlanság
A dinamikus kiegyensúlyozatlanság jellemzői:
A forgó tömegtöbblet nem a középső forgássíkba esik. A keletkezett tömegtöbblet a középső forgássíktól valótávolság miatt nyomatékként hat a forgókerékre. Ez a nyomaték a kereket igyekszik kitéríteni a forgássíkjából.
A dinamikus kiegyensúlyozatlanság jellemzői
Dinamikus kiegyensúlyozatlanság esetén, a kerék, a rezonancia frekvencián erősen rázza a kormányt, és a futóműalkatrészeit -nagy igénybevétel- A kerék kopása megnő, a rázkódásból eredő csúszás miatt- A jármű úttartása bizonytalan, az oldalvezető erő rázkódás miatti változása miatt.
Csak dinamikus kiegyensúlyozó berendezéssel határozhatjuk meg a kiegyensúlyozáshoz szükséges tömegeket és helyeit.
Kerék-kiegyensúlyozás
1. | Az egyik módszerrel a kereket leszerelik, majd az erre alkalmas kiegyensúlyozó gépen - forgatás közben - a kerékre ható szabad centrifugális erőt mérik és ezt súlyok felrakásával kiegyenlítik.
2. | A másik módszerrel a kerekeket leszerelés nélkül, a futóművön megforgatva egyensúlyozzák ki.
Mindkét módszernek vannak előnyei és hátrányai.
| Előny | Hátrány
Leszerelt kerekek kiegyensúlyozása | - a mérés és a kiegyensúlyozás nagy pontossággal végezhető el és a készülék jelzi a szükséges ellensúly pontos értékét - a művelet helyigénye kicsi | - a kerékagy és a fékdob (féktárcsa) kiegyensúlyozatlanságát nem lehet mérni - a kerekek le-és felszerelése miatt a tájolási hibák zavarhatják a munka sikerét (milyen helyzetben kerül vissza a kerék az agyra) - diagnosztikai vizsgálatra nem alkalmas, mivel még az ellenőrzéshez is le kell szerelni a kereket
Felszerelt kerekek kiegyensúlyozása | - megtakarítható a kerék le-és felszerelése - lehetőséget ad a gyors diagnosztikai ellenőrzésre - alkalmas a komplett forgótömeg kiegyensúlyozására - tájolási hibák nem zavarják a mérést (a kerék nincs leszerelve és nem áll fenn a veszély, hogy más helyzetben kerül vissza az agyra) | - csak a kiegyensúlyozatlanság mértékéről ad tájékoztatást (az ellensúly nagyságáról közelítőleg) - használatához nagyobb gyakorlat szükséges
A gyakorlatban három elv szerint végeznek kiegyensúlyozást:
1. | az önfrekvenciánál sokkal nagyobb frekvencián történő kiegyensúlyozás (alá hangolási tartomány)
2. | az önfrekvenciánál sokkal kisebb frekvencián történő kiegyensúlyozás (fölé hangolási tartomány)
3. | az önfrekvencia környezetében történő kiegyensúlyozás
A gyakorlatban leginkább az önfrekvencia alatt működő, stabil kiegyensúlyozó gépek terjedtek el. A továbbiakban ezeket ismertetjük:
A kereket itt egy mereven csapágyazott, gyakorlatilag nagy önfrekvenciájú tengelyhez rögzítjük. A kiegyensúlyozatlanság mérése ebben az esetben erőmérésre vezethető vissza, mely független a kerék tömegétől, ill. tehetetlenségi nyomatékától, tehát a mérést nem kell korrigálni a kerék tömegével. A merev tengelyű kiegyensúlyozó gépeknél tehát a kiegyensúlyozatlanságból származó, a kerék körülfordulása során periodikusan változó csapágyerőket mérjük adott síkban. A csapágyerő által keltett villamos jel és a tengelyelfordulás szögét meghatározó jel együttesen ad módot a kiegyensúlyozatlanság szöghelyzetének, az erőmaximuma pedig az ellensúly nagyságának egyidejű meghatározására, egyetlen forgatás, azaz a gép egyszeri indítása során. A gyakorlatban ezt a megoldást alkalmazzák gyakrabban az alacsony fordulatszám és kevesebb indítás (energiafelhasználás) miatt.
Kerékkiegyensúlyozó gép
Kerék-kiegyensúlyozás végrehajtása
Előkészítő műveletek:
A felszerelt abroncs nyomásának beállítása, Az abroncs felszerelése a kiegyensúlyozó berendezésre, a régi keréksúlyok eltávolítása, A mérést befolyásoló szennyeződések (rászáradt sár a keréktárcsán, vagy esetleg a futófelületbe szorult kődarab) eltávolítása
Hibameghatározás:
A kerék alap - kiegyensúlyozásának mérése (első, közelítő mérés) A berendezés által jelzett helyre (helyekre) a megfelelő keréksúlyok felszerelése és megfelelő rögzítése Ellenőrző mérés Ha szükséges további keréksúlyok felszerelése a jelzett helyre Végső, ellenőrző mérés. A kiegyensúlyozatlanságnak a megadott határon belül kell lennie.
Követelmények:
Az egyes gépalkatrészek maradó kiegyensúlyozatlanságát az ISO 1940-es szabvány határozza meg A szabvány a gépalkatrészeket kerületi sebességük alapján osztályokba sorolja A gépjárművek kerekei a G40-es osztályba tartoznak
Kerékkiegyensúlyozó berendezések alkalmazása (fotókkal bemutatva)
Keréksúlyok (A szerelők többféle súlyból választhatják ki a megfelelőt)
A képen látható tengelyre rögzítik a kereket
Beissbarth típusú kerékkiegyensúlyozó gép
Digitális, könnyen áttekinthető monitor segíti a szerelők munkáját
A centrírozás megkezdése előtti ellenőrzés
Mobil kiegyensúlyozó berendezések
A mobil kiegyensúlyozó berendezések működési elvét alapvetően az határozza meg, hogy a lengőrendszert a vizsgálandó kerék felfüggesztési rendszere alkotja.
A mérést önfrekvencián hajtják végre az alábbi elv szerint:
A vizsgálandó kereket minden esetben felgyorsítják annyira, hogy a gerjesztő körfrekvencia biztonsággal nagyobb legyen, mint a felfüggesztés által alkotott lengőrendszer önkörfrekvenciája. Ezt követően a hajtást kikapcsolják, miáltal a kerék fordulatszáma a mechanikai súrlódási veszteségek miatt csökken, tehát a rendszer csökkenő frekvenciájú gerjesztést kap. A rezonanciagörbe ismeretében tudjuk, hogy csökkenő gerjesztő frekvenciával a lengési amplitúdó kezdetben növekszik, a rezonanciahelyen eléri maximális értékét, majd újra csökken.
A kiegyensúlyozatlanság mértékét a rezonanciahelyen mért amplitúdóból, helyét a rezonanciahelyen lévő 90°-os fázisszögből állapítják meg. Mivel a lengőrendszer m tömege (ill. pontosabban a billenőtengelyre vonatkoztatott tehetetlenségi nyomaték) és a D relatív csillapítási tényező az egyes kocsitípusoknál jelentősen eltérhet egymástól, a mérés mindig csak közelítő eredményt szolgáltat, még akkor is, ha a műszer a gumiabroncs méretének megfelelően beállítható. A kiegyensúlyozatlanság helyének megállapítása is nehézkes, mivel a rezonanciahelyen bekövetkező, meredek fázisugrás miatt a szöghelyzetjelzés meglehetősen labilis. A mérés gyakorlati kivitelezését tovább nehezíti az a korábban ismertetett tény, hogy a leggyakrabban előforduló dinamikus kiegyensúlyozatlanság a statikus (vagy a kvázistatikus) és a nyomaték kiegyensúlyozatlanság eredőjének tekinthető. Ez azt jelenti, hogy nem elegendő a kerék függőleges lengéseinek mérése, mivel az döntően csak a statikus vagy kvázistatikus kiegyensúlyozatlanság mértékére nézve adna felvilágosítást. A függőleges lengéseken kívül szükséges a vízszintes síkban létrejövő oldalirányú lengések mérése is, amellyel a nyomaték kiegyensúlyozatlanságot határozzuk meg. Mivel ez utóbbi lengésre csak a kormányzott kerekek képesek (a kormánycsap tengelye közül) ezért a mobil kiegyensúlyozó berendezések elsősorban kormányzott első kerekek kiegyensúlyozására alkalmasak.
A készülék lengésérzékelőből, tartóbakból, a kerékforgató szerkezetből és a stroboszkóplámpából áll. Újabb berendezéseknél a tartóbak egyben az erőlengés jeladóját is magába foglalja. A kiegyensúlyozás előkészítő lépéseként a jármű elejét vagy hátulját középen megemeljük és a kiegyensúlyozandó kerék lengőkarja alá behelyezzük a tapadómágnessel ellátott elektromos érzékelőt. Az így előkészített kereket a kerékforgató szerkezet dörzstárcsájával (hajtott kerekek esetében a jármű motorjával) megforgatjuk, majd a hajtás megszüntetésével lehetőséget adunk a kerék szabad mozgására. A kiegyensúlyozatlanság által gerjesztett függőleges lengést az elektromos érzékelő is átveszi, és a lengés amplitúdójával arányos váltakozó feszültséget állít elő. Amennyiben előzetesen a kerékre (tetszőleges helyzetben) felragasztunk egy jelzőszalagot, a stroboszkóplámpával a jelzést mindig abban a helyzetben látjuk, amikor a kerék kitérése lefelé maximális. A kiegyensúlyozás azonban ezzel még nem fejeződött be, mivel a szitáló mozgást eredményező billentő nyomaték lehetőségét a fenti ellenőrzés még nem zárta ki. Második műveletként az érzékelőt derékszögben elforgatva a féktartó lemez első széléhez kell elhelyezni. Ilyenkor a billentő nyomatékból adódó elmozdulás az érzékelőt vízszintes síkban működteti, melynek során az előzőkhöz hasonlóan megfigyeljük a stroboszkóplámpa által megvilágított jelzés helyét. A kerék lefékezése után a jelzést a megfigyelt helyre fordítva a leolvasott tömegeltérést most két azonos nagyságú ellensúllyal kell megszüntetni, melyek közül az egyiket az érzékelő magasságában a kerékpánt érzékelő felőli peremére, a másikat vele azonos átmérőn a pánt külső peremére kell felhelyezni.

| Önellenőrző kérdések
1. Mi a statikus kiegyensúlyozatlanság?
| Ha súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely metszi egymást, de nem a súlypontban
| A keletkezett tömegtöbblet vagy hiány a gumiabroncs súlypontját párhuzamosan eltolja a tengely középvonalától.
| Ha a kerék súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely a súlypontban metszi egymást.
2. Melyik nem a kerék-kiegyensúlyozás előkészítő művelete?
| A gumiabroncs befújása szilikonnal.
| A régi keréksúlyok eltávolítása.
| A mérést befolyásoló szennyeződések (rászáradt sár a keréktárcsán, vagy esetleg a futófelületbe szorult kődarab) eltávolítása.
| A felszerelt abroncs nyomásának beállítása.
3. Mi a dinamikus kiegyensúlyozatlanság?
| Ami forgás közben lép fel.
| A kerék súlyponti tehetetlenségi főtengelye és a forgástengely kitérők. A kerék kiegyensúlyozatlanságát két különbözősíkban fekvő eredő centrifugális erő hozza létre.
| Az idő függvényében szinuszosan változik.
4. Hogyan határozhatjuk meg a kiegyensúlyozáshoz szükséges tömegek nagyságát és helyeit?
| Statikus vagy dinamikus kiegyensúlyozó géppel.
| Csak statikus kiegyensúlyozó géppel.
| Csak dinamikus kiegyensúlyozó géppel.
| Automatikus kiegyensúlyozó géppel.
5. Hogyan történik a statikus kiegyensúlyozatlanság megszüntetése?
| Csak a dinamikus kiegyensúlyozatlanságot szüntetjük meg.
| A kiegyensúlyozatlan m1 tömeggel ellentétes oldalra két darab azonos nagyságú m2 tömeg felszerelése a keréktárcsára, annak két oldalára (m1=2m2).
| A kiegyensúlyozatlan m1 tömeggel ellentétes oldalra egy darab azonos nagyságú tömeg felszerelése a keréktárcsára, annak elletétes oldalára.
6. Milyen módszerek léteznek a kerekek kiegyensúlyozására?
| A kerekeket csak leszerelt állapotban lehet kiegyensúlyozni
| Az egyik módszerrel a kereket leszerelik, a másik módszerrel a kerekeket leszerelés nélkül, a futóművön megforgatva egyensúlyozzák.
| Leszerelt állapotban kézi körbeforgatással.
7. Milyen elven végzik a kerekek kiegyensúlyozását a leggyakrabban?
| A gyakorlatban leginkább az önfrekvencia felett működő, stabil kiegyensúlyozó gépek terjedtek el.
| A gyakorlatban leginkább az önfrekvencia környezetében működő, stabil kiegyensúlyozó gépek terjedtek el.
| A gyakorlatban leginkább az önfrekvencia alatt működő, stabil kiegyensúlyozó gépek terjedtek el.
8. Milyen frekvencián működnek a mobil kiegyensúlyozó berendezések?
| Önfrekvencián.
| Önfrekvencia alatt.
| Önfrekvencia felett.
9. A kerék-kiegyensúlyozás esetében melyik nem előkészítő művelet?
| A régi keréksúlyok eltávolítása.
| A mérést befolyásoló szennyeződések (rászáradt sár a keréktárcsán, vagy esetleg a futófelületbe szorult kődarab) eltávolítása.
| A felszerelt abroncs nyomásának beállítása.
| Az ellenőrző mérés.
10. Milyen részekből áll a mobil kerék-kiegyensúlyozó készülék?
| A készülék lengésérzékelőből, tartóbakból, a kerékforgató szerkezetből és a stroboszkóplámpából áll.
| A készülék tartóbakból, a kerékforgató szerkezetből és a stroboszkóplámpából áll.
| A készülék lengésérzékelőből, tartóbakból, a kerékforgató szerkezetből áll.