Kerékdőlés

3.5.1. Kerékdőlési értékek és kerékdőlési adatok

A DIN 70000 szabvány szerint a kerékdőlés a kerék középsíkja és az útpálya síkjára emelt merőleges közötti (az útpályára vonatkoztatott) szög. Pozitív, ha a kerék kifelé hajlik (3.45.

ábra), és -W értékként negatív a befelé dőlés esetén.

3.45. ábra: A pozitív +_W kerékdőlés a kerék síkjának a merőlegestől felfelé és kifelé való eltérése. Az ábrá-zolt kerék az FY,T, kerékdőlési oldalerő miatt balra gördülne, ha a jobbra irányuló F_Y,W ellenerő nem

állíta-ná helyre az egyensúlyt (azaz az egyenes irányt).

A személyautó első kerekein két-három utas (tervezési súly, ld. 5.3.4. fejezet) esetén ki-sebb pozitív kerékdőlés célszerű, hogy az abroncsok az enyhén domború útpályára lehető-leg merőlehető-legesen gördüljenek, és egyenletes lehető-legyen a kopásuk és kicsi a gördülési ellenállá-suk. A 3.46. ábrán bemutatottak szerint a legelőnyösebb érték a következő lenne:

Az abroncs kanyarodáskor való jobb oldalvezetése miatt és a menetviselkedés javítása ér-dekében ma többnyire eltérnek ettől, a személyautónál már üresen is negatív érték a cél. A Németországban előállított újabb nagyszériás járművek első kerekén a következő a szög:

Az abszolút kerékdőlés mellett fontos a tolerancia megadása, azaz a megengedett értéktől való eltérés, valamint a bal és a jobb kerék közötti eltérés is. Gyakoriságvizsgálattal kimu-tatták, hogy ±30’ mértékű eltérés szokásos ahhoz, hogy az első tengely elemei gazdaságo-san, nem pedig szűk toleranciákkal korlátozottan legyenek gyárthatók. A kerékdőlés nem minden első kerék felfüggesztésénél állítható. A különböző megoldásokat a [2] irodalom mutatja be.

3.46. ábra: A vizsgálatok azt mutatták, hogy _W = +5’ és +10’ közötti kerékdőlésnél áll be a legegyenlete-sebb abroncskopás. A pozitívabb kerékdőlés következménye a külső vállak erőlegegyenlete-sebb kopása lenne, a negatív

pedig ugyanezt eredményezné a belső oldalon.

Egyenes haladásnál a kormány egyik oldalra való „húzásának” megakadályozása miatt a bal és a jobb oldali kerék között  = 30’-nél nagyobb dőlésszögkülönbség lehetőleg ne legyen. A 3.103. ábrán látható, hogy a kerékdőlés és a csapterpesztés közvetlenül össze-függ, azaz ha a kerékdőlés eltérése túl nagy, akkor ugyanez vonatkozik a kerékterpesztési szögre is. Ezért gyárilag nem engedhető meg 30’-nél nagyobb kerékdőlés-eltérés. Az első kerék csoportmegjelölésében például az adat a következőképpen néz ki:

Kerékdőlés (3.4b)

A bal és jobb kerék közötti max. különbség 30’.

Hozzá kell tenni a mérési állapotot, aminek a DIN 70020 szabvány szerint az üres súlyra kell vonatkoznia (vagyis az utasok nélküli járműre, ld. 5.3.1.1. fejezet).

A független hátsó kerékfelfüggesztéseknél és csatolt hosszlengőkaros futóműveknek az abroncs oldalvezetésének emelése céljából szívesen terveznek negatív kerékdőlést. Üres állapotban a következő középérték lehet érvényes:

Kerékdőlés (3.4c)

A bal és jobb kerék közötti max. különbség 20’.

A meglévő beállítási lehetőségek itt szűkebb toleranciákat engednek meg.

A ferdetengelyű hosszlengőkaros hátsótengelyeknél fennáll azonban a túl erős negatív ér-ték veszélye teljesen megrakott állapotban (3.49. ábra). Ez túlzott abroncsmelegedéshez és – ezzel összefüggésben – a futófelület leválásához vezethet. Ez az oka annak, hogy a sze-mélyautó-gyártók miért vették vissza a kinematikai kerékdőlés-változás értékét ennél a felfüggesztési módnál a lengőrúd forgástengelyén az α és  szög (3.36. ábra) módosításá-val (ld. ehhez 2.2.6.5. fejezetet).

3.5.2. Kinematikai kerékdőlés-változás

A független kerékfelfüggesztések hátránya az, hogy a kerekek kanyarban a felépítménnyel meghajolnak, azaz a kanyar külső széle felé álló kerék viszonylag a talajhoz tart pozitív kerékdőlésbe, és (a kanyar belső szélén levővel ellentétben) erősebben terhelt abroncs ol-dalvezetése csökken (3.54. és 3.55. ábra). A kiegyenlítéshez személyautónál a kerékfel-függesztést úgy tervezik, hogy a kerekek berugózáskor negatív kerékdőlést vegyenek fel, kirugózáskor pedig pozitív kerékdőlést (3.47. és 3.48. ábra).

3.47. ábra: A független kerékfelfüggesztéseknél a kerekek kanyarodáskor a felépítménnyel meghajolnak.

Ennek kiegyenlítésére a berugózó kerekeknek negatív kerékdőlésbe kell átmenniük, a kirugózóknak pedig pozitívba.

folytonos vonal: berugózott szaggatott vonal: normál

3.48. ábra: A Honda Accord kettős keresztlengőkaros kerékfelfüggesztésén az s₂ kerékberugózási út és s₂ kerékkirugózás út függvényében mért kerékdőlés-változás egy 3. sorozatú BMW rugóstagos tengelyével és a

Mercedes McPherson felfüggesztésével összehasonlítva.

3.49. ábra: Mercedes, 3. sorozatú BMW és Honda Accord hátsó kerekeinek kerékdőlés-változása. A vizsgált Mercedes térbeli lengőrudas tengelyén nagyon pontos a kerékdőlés-beállítás. Üresen ez W,0,l = -55’

és_W,0,rs= -35’ volt, és három utassal terhelve kb. -1^o30’-re emelkedett. Berugózáskor enyhén progresszív a görbe. Az üres állapotra a gyár a következő adatot adta: W = -50’ ± 30’ (ld. ehhez [2] irodalom 5.3.4.

feje-zetét).

A BMW többlengőrudas tengelye egyenes vonalú görbelefutást mutat. Berugózáskor a negatív kerékdőlés kisebb, mint a vizsgált Mercedesnél.

A Honda kettős keresztlengőrudas kerékfelfüggesztésénél tervezési helyzetben a kerékdőlés nulla, és a kere-kek berugózáskor erősebben elmennek a negatív értékere-kek felé, mint a két másik kerékfelfüggesztésnél.

Az abszcisszán fokban balra a negatív, jobbra pedig a pozitív kerékdőlés van ábrázolva, az ordinátatengelyen a kerék függőleges mozgása útja, fölfelé az s1 kerékberugózási út mm-ben, lefelé pedig az s2 kirugózási út. A berugózáskor a kettős keresztlengőkaros

kerékfel-függesztés görbe vonalú, negatívba menő görbéje ennek a tengelynek az előnyét mutatja. A MacPherson felfüggesztésnél a görbe (előnytelenül) máshol görbül. Kirugózáskor ezzel szemben a keréken az utóbbi esetben pozitívabb lesz a kerékdőlés, ami egyet jelent a (mé-gis kevésbé terhelt) kanyarban belül lévő kerék jobb oldalerő-felvételével.

A független hátsókerék-felfüggesztések kerékdőlés-változási görbéit a 3.49., 3.20. és 3.74. ábra mutatja. Itt jobb tulajdonságok ismerhetők fel, mint az elsőknél. Mivel nincs kormányzás, a hossz, ferde, ill. keresztlengő elemek előnyösebben helyezhetők el. Az áb-rázolt nulla helyzetből a Mercedes teljes terhelés mellett 53 mm-rel rugózik be – ahogy azt az 5.14. ábra mutatja. A kerékdőlés ekkor W,r = -2^o50’, és a kritikus W,max = -4^oérték fö-lött marad, amit nem ajánlatos meghaladni.

3.5.3. A kerékdőlés változásának rajzi meghatározása

Szerkesztéssel az első kerekek kerékdőlésének változása a kerékút függvényében a dőlés-szög  változásának segítségével könnyen meghatározható. A meglévő rugalmasságokat itt elhanyagoljuk. A kettős keresztlengőkaroknál meg kell húzni e és f hosszal a köríveket C és D pont körül, és normál helyzetben a külső gömbcsukló középpontjait 1 és 2 ponttal kell jelölni (3.50. ábra). A felső köríven rögzíteni kell egy tetszőleges 3-as pontot, és e köré az 1-2 szakasszal körívet kell húzni: ez megadja a 4-es pontot. A 3-4 összekötő vonalszög változása  az1-2 szakaszhoz képest, ha a kerék s1 úttal berugózik. Ha ez negatív kerék-dőlésbe megy (mint példánkban), akkor levonandó a 0kerékdőlési szögből a normál-helyzetben, azaz:

 (3.4d)

Pozitív viselkedésnél  hozzáadandó:



3.50. ábra: A  dőlésváltozással egyenlő kerékdőlés-változás szerkesztéses meghatározása kettős keresztlengőkaroknál.

A McPherson felfüggesztésnél az 1-2 távolság csökken a kerék berugózásakor. A felső rögzítési pont a sárhányóban van, és csak az alsó 2-es pont kerül át 3-ba. ismét a két összekötő vonal közötti szöget jelöli (3.51. ábra).

3.51. ábra: A kerékdőlés és terpesztés változásának szerkesztéssel való meghatározása McPherson kerékfel-függesztésnél.

3.52. ábra: A kerékdőlés és terpesztés változásának szerkesztéssel való meghatározása hosszanti lengőkaros futóműnél.

A hosszanti lengőkaros tengely esetén (3.52. ábra) a CC forgástengelyre merőlegest kell bocsátani az 1-es ponton keresztül, hogy a 3-as pont körüli 1-2 szakasz hosszúságú körív segítségével a 4-es pontot meg lehessen kapni. Ha a CC tengely jobban eltérne a vízszintestől, akkor  (és így a kerékdőlés változása, 3.32. ábra) kedvezőbb lenne.

Lengőtengelynél a P pólus körül kell körívet húzni (3.12. ábra). Az ehhez egymás után húzott érintők kiadják a kerékdőlés-változást, ami W,0 értékéből levonandó, ill.

hozzá-számítandó. Ugyanez érvényes a ferde tengelyű hosszlengőkaros futóműre, itt csak le kell szúrni a körzőt a P2 pontba (hátulnézet, 3.36. ábra).

3.5.4. Billenési kerékdőlés kanyarodáskor

A felépítmény oldalbillenéskor megváltozik a független felfüggesztésű kerekek kerékdőlé-se is, a kanyar külső szélénW,k,o szöggel, a belsőn W,k,i szöggel. A kettő középértéke

W, = 0,5 (W,k,o +W,k,i) a felépítmény kinematikai k billenési szögével együtt adja a billenési kerékdőlési tényezőt:

(3.5)

3.53. ábra: A felépítmény (és ezzel együtt a kerekek) megdőlésekor az Fz,W,o sin _W,o függőleges erőkompo-nens bal kanyar esetén a kanyar külső széle felé eső (itt jobb) kereket pozitív kerékdőlésbe is nyomja, az

Fz,W,i sin W,i erő pedig a belső kereket (a szintén kedvezőtlen) negatív kerékdőlésbe nyomja.

A kanyar külső szélén W = W,0 + W,k,o pozitív szöggel és a belsőn W,i = W,0 - W,k,i

negatív szöggel a talaj felé dőlő keréken még további kerékdőlés-növekedés tapasztalható:

(3.5a)

függőleges erőkomponensek (3.53. ábra) miatt. Minél puhábbnak kell lennie a lengőkar csapágyazásának és minél rövidebbnek kell lennie a c szakasznak a kettős keresztlengőkaroknál, ill. a dugattyú és a rúdvezetés közötti l – o távolságnak a MacPherson felfüggesztéseknél, annál kedvezőtlenebb a billenési kerékdőlés. Ehhez jön még további befolyásoló tényezőként a dugattyúrúd átmérője (ld. 5.8.1 fejezet) és a felfüg-gesztés kinematikai kialakítása.

A felépítmény mindkét oldalra való bedőlésével, valamint a billenési szög és a ke-rékdőlési szög megmérésével meghatározható a billenési keke-rékdőlési tényező. A billenési szög helyett az ordinátatengelyen felvehetjük a kerekek be- és kirugózás alatti s1,2 kerék útját (3.54. és 3.55. ábra), és a bi, ill. r nyomtáv segítségével ebből könnyen kiszámolható a billenési szög:

és (3.6)

A VW Golf (III) csatolt hosszlengőkaros futóművének nyomtávja br = 1444 mm, és s1 + s2

= 80 mm útnál a billenési szög:



3.54. ábra: Különböző hátsókerék-felfüggesztések talajra vonatkoztatott kerékdőlés-változása váltakozó oldali rugózáskor. A merev tengely kivételével az összes kivitelnél a kanyar külső szélén lévő kerék pozitív kerékdőlésbe, a belső pedig negatív kerékdőlésbe fordul. Az ordinátatengelyen a kerekek be- és kirugózáskor megtett útja van megadva. A s₁ és s₂ útkülönbség segítségével könnyen számolható a  billenési szög (3.6.

egyenlet).

3.55. ábra: A VW által a Golf csatolt hosszlengőkaros tengelyén váltakozó oldali rugózáskor mért kerék-összetartási és kerékdőlésszögek a kerék utak függvényében ábrázolva. A kanyar külső oldalán lévő kerék pozitív, a kirugózó belső kerék negatív kerékdőlésbe fordul. A jármű mérése a megengedett

hátsótengely-terhelés mellett történt.

E személygépkocsi progresszív rugózási jelleggörbéje a kirugózó kerékkel szemben csak kevésbé erősen berugózó kereket tesz lehetővé a kanyar külső oldalán (5.4.2. fejezet).

A megengedett tengelyterhelésből kiindulva a következő utakat mérték:

és

Itt a következő értékek állnak be:

kerékdőlésként

kerékdőlés-változásként ^{[ ]} (3.7) ( )

és billenési kerékdőlési tényezőként (3.5)

A billenési kerékdőlési tényező átlagosan a következő értékű:

hoszlengőkaros tengelynél 1,05

rugóstagos felfüggesztésnél (McPherson) 0,85 kettős keresztlengőkaros kerékfelfüggesztésnél 0,80 csatolt hosszlengőkaros tengelynél 0,55

merev tengelynél 0,0

3.5.5. Elasztikus kerékdőlés

A billenési kerékdőlés mellett kanyarodáskor figyelembe kell venni még az oldalerők által okozott kerékdőlés-változást is. A DIN 70000 szabvány szerint W,k,e értékű a kerékdő-lésnek az a része, ami a kerékfelfüggesztésben és a kormányban lévő rugalmasságokra vezethető vissza, és az abroncsok és az útpálya között ható erők, ill. azok nyomatékai által keletkezik.

3.56. ábra: Alsó középkategóriás személyautó meghajtott McPherson első tengelyén mért kerékdőlés-változás a kerékfelfekvési pontban statikusan felvitt, befelé irányuló oldalerők esetén. A keréktárcsa rugal-masságát a méréseknél kiküszöbölték, és a (itt befolyást nem gyakorló) kerékutánfutást nem vették

figyelem-be.

3.57. ábra: Alsó középkategóriás személyautók különböző nem meghajtott hátsó tengelyén mért elasztikus kerékdőlés-változás a kerékfelfekvési pontok közepén statikusan felvitt oldalerők esetén:

Opel csatolt hosszlengőkaros futómű Fiat csatolt hosszlengőkaros futómű Lancia McPherson kerékfelfüggesztés Toyota McPherson kerékfelfüggesztés Renault hosszlengőkaros futómű

A csatolt hosszlengőkaros futómű csekély rugalmassága világosan felismerhető. A kerékutánfutás figyelem-bevételével ugyanezeket az eredményeket lehetne kapni.

A 3.56. ábra két személyautó rugóstagos első tengelyén meghatározott értékeket, a 3.57.

ábra pedig a különböző hátsó tengelyeken mért értékeket mutatja. Ha nincsenek vizsgálati eredmények, akkorrugalmassági kerékdőlés-együtthatóként (minden kN-ra) az összes egyedi kerékfelfüggesztésnél a következő érték használható:

(3.7a)

További részletek a [2] és [9] irodalomban találhatók.

In document Gépjármű-futóművek I. (Pldal 97-109)