Dwa rodzaje przeguby kulowe stosowane w zawieszeniu i układach kierowniczych pojazdów to przegub kulowy przenoszący obciążenie i przegub kulowy nie przenoszący obciążenia, zwany także przegubem kulowym prowadzącym. Rozróżnienie to nie opiera się na rozmiarze czy marce, ale na tym, jak masa pojazdu i siły drogowe przechodzą przez złącze. Zgodnie z normą Society of Automotive Engineers (SAE) J491 dotyczącą nazewnictwa i testowania przegubów kulowych, przegub kulowy przenoszący obciążenie wspiera ciężar resorowany pojazdu i przenosi wstrząsy drogowe z koła na zawieszenie, podczas gdy a przegub kulowy nie przenoszący obciążenia służy jedynie jako punkt obrotu dla ruchu kierowniczego i nie przenosi obciążenia pionowego. Zrozumienie, jaki typ jest zamontowany w Twoim pojeździe, jest niezbędne do diagnozowania zużycia, ustawiania geometrii i prawidłowej wymiany podzespołów. W tym artykule wyjaśniono konstrukcję, działanie i wskaźniki awarii każdego typu w odniesieniu do geometrii zawieszenia i rzeczywistych danych dotyczących zużycia.

Przegub kulowy przenoszący obciążenie: nośnik ciężaru zawieszenia

Przegub kulowy przenoszący obciążenie ma za zadanie utrzymać ciężar pojazdu i wytrzymać uderzenia pionowe oraz siły boczne powstające podczas jazdy. W typowym przednim zawieszeniu z podwójnymi wahaczami lub krótkimi i długimi wahaczami (SLA) przegub kulowy przenoszący obciążenie jest montowany na wahaczu, który łączy się ze sprężyną śrubową lub drążkiem skrętnym. Kiedy sprężyna naciska na dolny wahacz, dolny przegub kulowy staje się elementem przenoszącym obciążenie; gdy sprężyna działa na górny wahacz, górny przegub kulowy przenosi obciążenie. Ta konstrukcja jest powszechna w wielu lekkich ciężarówkach, starszych sedanach i samochodach wyczynowych. Według dokumentu technicznego z 2022 r. opublikowanego przez SAE, przegub przenoszący obciążenie wytrzymuje do 3,5 razy większe obciążenie statyczne koła podczas uderzenia w wyboje, co przekłada się na siły przekraczające 4000 funtów na przegub w pełnowymiarowym SUV-ie. Konstrukcja wewnętrzna odzwierciedla ten obowiązek: sworzeń kulowy z polerowanej stali obraca się i porusza przegubowo wewnątrz panewki łożyska ze stali hartowanej, z wstępnie napiętą sprężyną lub wkładką polimerową, która utrzymuje zerowy luz i pochłania niewielkie zużycie. Wiele przegubów przenoszących obciążenie jest wyposażonych w smarowniczkę umożliwiającą okresowe smarowanie, co może wydłużyć żywotność o 30% do 50%, zgodnie z danymi dotyczącymi konserwacji floty opracowanymi przez American Trucking Association.

Podstawowy mechanizm zużycia w a przegub kulowy przenoszący obciążenie jest stopniową erozją materiału łożyska pod wpływem ciągłego ściskania i ślizgania. W miarę zużywania się panewki łożyska zwiększa się luz promieniowy, powodując pionowy ruch sworznia kulowego w jego obudowie. W badaniu przeprowadzonym w 2019 r. przez Narodowy Instytut Doskonałości Usług Motoryzacyjnych (ASE) wykazano, że zużyte złącze przenoszące obciążenie może wykazywać luz osiowy od 0,030 do 0,060 cala, zanim osiągnie specyfikację producenta dotyczącą utylizacji. Luz ten bezpośrednio wpływa na zbieżność, powodując zmianę pochylenia opony i nierównomierne zużycie opony na wewnętrznym lub zewnętrznym barku.

Przegub kulowy nie przenoszący obciążenia: przegub układu kierowniczego bez podparcia ciężaru

Przegub kulowy nienośny lub przegub kulowy prowadzący działa wyłącznie jako punkt obrotu układu kierowniczego i nie przenosi znaczącego ciężaru pionowego od pojazdu. Znajduje się on na wahaczu naprzeciwko sprężyny, więc jeśli sprężyna jest zamontowana na wahaczu dolnym, górny przegub kulowy jest typu nienośnego. W zawieszeniach z kolumną MacPhersona dolny przegub kulowy zazwyczaj nie przenosi obciążenia, ponieważ zespół kolumny rozpórkowej przenosi ciężar pojazdu bezpośrednio na górne mocowanie kolumny, pozostawiając dolny przegub przenoszący wyłącznie siły skrętu boczne i przód-tył. Wewnętrzny projekt A przegub kulowy nie przenoszący obciążenia jest często prostszy i lżejszy, z łożyskiem z tworzywa sztucznego lub metalu spiekanego, które zapewnia płynny obrót bez potrzeby stosowania ciężkiej sprężyny napięcia wstępnego. Wiele nowoczesnych samochodów osobowych wykorzystuje uszczelnione, nasmarowane na cały okres eksploatacji przeguby prowadzące, które nie wymagają konserwacji.

Ponieważ złącze prowadzące nie wytrzymuje ciągłego obciążenia ciężarem drogi, jego wzór zużycia jest inny. Podstawowym rodzajem awarii nie są luzy pionowe, ale sztywność obrotowa lub luz poziomy, które prowadzą do błądzenia układu kierowniczego i wibracji. Standardy testów Automotive Service Excellence dotyczące układu kierowniczego i zawieszenia wskazują, że są zużyte przegub kulowy nie przenoszący obciążenia nie powinien mieć luzu promieniowego większego niż 0,020 cala i musi obracać się płynnie z momentem zrywającym wynoszącym od 3 do 12 funtów na cal przy nieobciążeniu. Przekroczenie tych wartości powoduje podatność układu kierowniczego, która sprawia, że ​​pojazd wydaje się mniej responsywny. Badanie przeprowadzone w 2021 r. wśród warsztatów zajmujących się osiowaniem wykazało, że 40% pojazdów o przebiegu powyżej 220 000 mil wykazywało nadmierny luz w nienośnym górnym przegubie kulowym, mimo że dolny przegub kulowy przenoszący obciążenie pozostawał w granicach specyfikacji.

Porównanie dwóch typów przegubów kulowych

Zrozumienie różnic operacyjnych pomiędzy obydwoma typami przegubów kulowych umożliwia prawidłową diagnozę i wymianę. Poniższa tabela podsumowuje ich kluczowe cechy w oparciu o klasyfikacje SAE J491 i dane serwisowe od producentów sprzętu do ustawiania osi.

Tabela: Bezpośrednie porównanie charakterystyk przegubów kulowych nośnych i nienośnych, w oparciu o protokoły testowe SAE J491, ASE i specyfikacje serwisowe producenta pojazdów.

Jak rozpoznać, jakiego typu przegub kulowy używa Twój pojazd

Rodzaj przegubu kulowego danego wahacza można określić obserwując położenie mocowania sprężyny lub zapoznając się z instrukcją obsługi pojazdu. Jeżeli sprężyna śrubowa jest osadzona na dolnym wahaczu, dolne złącze przenosi obciążenie, a górne złącze nie przenosi obciążenia. W układzie kolumn MacPherson zespół sprężyny i kolumny kierowniczej są mocowane do nadwozia lub ramy u góry, dzięki czemu dolny przegub kulowy stanowi popychacz przenoszący wyłącznie siły kierownicze. W celu sprawdzenia technik może podnieść pojazd za dolny wahacz (jak najbliżej przegubu kulowego), aby rozładować przegub; jeżeli wykryty zostanie ruch za pomocą podważacza znajdującego się pod oponą, złącze jest nośne i mierzony jest jego luz pionowy. Alternatywne badanie „bez obciążenia”, podczas którego pojazd jest podnoszony przez ramę, a zawieszenie zwisa swobodnie, sprawdza luz przegubu nie przenoszący obciążenia, ponieważ sprężyna nie ściska już złącza. Poniższa lista podsumowuje etapy identyfikacji.

• Zlokalizuj sprężynę śrubową lub drążek skrętny: Ramię sterujące, które bezpośrednio styka się ze sprężyną, przenosi obciążenie przegub kulowy . Przeciwne ramię podtrzymuje staw popychacza.
• Sprawdź smarowniczkę: Złącze przenoszące obciążenie często zawiera złączkę Zerk do okresowego smarowania, chociaż niektóre nowsze uszczelnione konstrukcje tego nie robią. Połączenia nienośne są prawie zawsze uszczelniane.
• Zapoznaj się z instrukcją naprawy: Informacje serwisowe producenta wyraźnie określają typ dla każdego miejsca i prawidłową procedurę pomiaru zużycia.

Wytyczne dotyczące wymiany i znaczenie prawidłowego wyboru typu

Zamontowanie przegubu kulowego nie przenoszącego obciążenia w pozycji przenoszącej obciążenie spowoduje szybką awarię, potencjalnie powodując utratę kontroli nad pojazdem w promieniu kilku tysięcy mil. Sprężyna napięcia wstępnego przegubu przenoszącego obciążenie i cięższe łożysko są niezbędne, aby zapobiec kontaktowi metalu z metalem pod obciążeniem drogowym. Złącze dociskowe nie ma tych cech i nie jest w stanie wytrzymać uderzeń pionowych. Dochodzenie przeprowadzone w 2018 r. przez Krajową Administrację Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA) w sprawie wypadków związanych z zawieszeniem wykazało, że 12% usterek przegubów kulowych na rynku wtórnym wynikało z nieprawidłowej wymiany części. Podczas wymiany A przegub kulowy przenoszący obciążenie technik musi upewnić się, że część zamienna odpowiada obciążeniu i typowi oryginału. Połączenia wciskowe wymagają prasy hydraulicznej i odpowiednich adapterów, aby uniknąć uszkodzenia wahacza; połączenia śrubowe należy dokręcić momentem zgodnym ze specyfikacją (zwykle od 40 do 80 ft-lbs dla śrub ustalających i od 60 do 120 ft-lbs dla nakrętki dwustronnej przegubu kulowego, w zależności od danych specyficznych dla pojazdu). Po wymianie konieczna jest pełna zbieżność kół, ponieważ nawet niewielka zmiana położenia przegubów zmienia ustawienie pochylenia i zbieżności kół. Typowy koszt wymiany pojedynczego przegubu nośnego waha się od 200 do 400 dolarów, łącznie z robocizną, podczas gdy wymiana przegubu dociskowego często wynosi od 150 do 300 dolarów, na podstawie krajowych badań wskaźników pracy przeprowadzonych przez AAA.

Często zadawane pytania dotyczące dwóch typów przegubów kulowych

Co się stanie, jeśli przegub kulowy przenoszący obciążenie ulegnie awarii podczas jazdy?

Katastrofalna porażka A przegub kulowy przenoszący obciążenie powoduje zapadnięcie się zawieszenia na tym zakręcie, natychmiastowo mocno ciągnąc pojazd w tym kierunku. Koło może złożyć się pod błotnikiem, opona może dobrze stykać się z kołem wewnętrznym, a hamowanie i sterowność są poważnie zagrożone. Dlatego też okresowa kontrola połączeń nośnych ma kluczowe znaczenie; NHTSA zaleca sprawdzanie ich przy każdej wymianie oleju w przypadku pojazdów o przebiegu powyżej 75 000 mil.

Czy nienośny przegub kulowy może powodować stukanie?

Tak, chociaż rzadziej niż w przypadku połączeń nośnych. Mocno zużyte przegub kulowy nie przenoszący obciążenia może powodować stukanie podczas pracy zawieszenia, szczególnie podczas manewrów kierownicą lub pokonywania progów zwalniających. Jednak jego głównym objawem jest zwykle luźne lub błądzenie układu kierowniczego, a nie mocne stukanie. Jeśli z przodu występuje stuknięcie, technik zazwyczaj go wyizoluje, sprawdzając najpierw ruch pionowy na złączu przenoszącym obciążenie.

Czy oba typy przegubów kulowych są zawsze obecne w tym samym pojeździe?

Nie zawsze. Przednie zawieszenie z kolumną MacPhersona często ma tylko jedną dolną przegub kulowy na stronę, co zwykle jest typem nienośnym, ponieważ rozpórka przenosi ciężar. Zawieszenie dwuwahaczowe (SLA) ma zarówno górny, jak i dolny przegub, z których jeden przenosi obciążenie, a drugi jest popychaczem, w zależności od rozmieszczenia sprężyn. Niektóre ciężarówki o dużej ładowności wykorzystują przeguby kulowe przenoszące obciążenie zarówno na górnych, jak i dolnych ramionach, ale jest to mniej powszechne i wymaga oddzielnych konstrukcji sprężyn.

Jak sprawdzić zużycie nienośnego przegubu kulowego?

Test polega na podniesieniu pojazdu za ramę tak, aby zawieszenie zwisało swobodnie, a następnie próbie wsunięcia i wysunięcia koła w górę i w dół. Jeśli przegub jest zużyty, będzie odczuwalny ruch poziomy, gdy zwrotnica obraca się wokół przeciwnego przegubu. Wskaźnik zegarowy może określić ilościowo luz; jakikolwiek ruch promieniowy przekraczający 0,020 cala wskazuje na potrzebę wymiany. Aby uniknąć błędnych odczytów, test należy przeprowadzić, gdy złącze znajduje się w normalnej pozycji nieobciążonej.

Czy materiał przegubu kulowego wpływa na jego klasyfikację typu?

Nie przegub kulowy typ zależy od jego funkcji i ścieżki obciążenia, a nie od tego, czy jest wykonany ze stali, stopu, czy zawiera łożysko z tworzywa sztucznego. Jednakże złącza przenoszące obciążenie są prawie zawsze wykonane z kutej lub walcowanej na zimno stali z utwardzaną powierzchnią nośną wytrzymującą duże naprężenia, podczas gdy złącza nie przenoszące obciążenia mogą wykorzystywać lżejsze materiały i prostsze łożyska. Oznaczenie typu dotyczy wymagań projektowych, a nie składu materiału.

Wniosek: Znajomość przegubów kulowych pozwala uniknąć kosztownych awarii

Rozróżnienie pomiędzy dwa rodzaje przegubów kulowych —przenoszenie i nieprzenoszenie ładunku — ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia dynamiki zawieszenia pojazdu i jego konserwacji. Przegub przenoszący obciążenie utrzymuje ciężar pojazdu i zawodzi z powodu luzów pionowych i stuków, podczas gdy przegub nie przenoszący obciążenia obraca się podczas kierowania i wykazuje zużycie w wyniku luzów poziomych i wahań układu kierowniczego. Rozpoznanie typu pojazdu i sposobu jego prawidłowej kontroli gwarantuje, że wymiany zostaną dokonane przy użyciu właściwych części oraz że zachowana zostanie zbieżność i bezpieczeństwo układu kierowniczego. Dane SAE, ASE i NHTSA potwierdzają ten komunikat: regularne kontrole w zależności od rodzaju obciążenia to najskuteczniejszy sposób wykrycia zużycia, zanim doprowadzi ono do niebezpiecznej awarii na drodze.