Niewyważenie kół - cz. 1: rodzaje i przyczyny występowania

Wyważenie kół pojazdu to kwestia we współczesnej motoryzacji dość prosta, ale dotykająca każdego kierowcę i każdy pojazd. Nawet nowy samochód i jego lśniące nowością koła potrzebują dodatkowych ciężarków, które wyrównoważą zestaw. Dlaczego tak jest i co to oznacza dla kierowcy i jego pojazdu?

Niewyważenie nowej felgi i opony spowodowane jest zazwyczaj niejednorodnością materiału, z którego są wykonane. Nawet najlepsze produkty oponiarskie i drogie, aluminiowe felgi po zamontowaniu na siebie muszą być wyważone. Przy masie koła stanowiącej kilkanaście, a niekiedy więcej kilogramów niedoskonałości o masie kilku gramów wydają się zaniedbywane.

Problem w tym, że koło samochodu obraca się bardzo szybko. Jeśli przyjmiemy, że jego średnica to 40 centymetrów, to przy prędkości ~100 km/h koło obraca się aż ~22 razy na sekundę. Wtedy szybko okazuje się, że nawet najdrobniejsze niewyważenie jest poważnym problemem. Jakie mamy rodzaje niewyważenia koła i w jaki sposób wpływają one na pracę samochodu?

Pierwszym rodzajem jest niewyważenie statyczne. Polega na tym, że oś obrotu koła nie pokrywa się z osią bezwładności. Powoduje to powstawanie zmiennej okresowo siły odśrodkowej, której amplituda zależna jest od wielkości niewyważenia koła.

Siła ta działa w kierunku prostopadłym do osi obrotu. Nawet gdy jest niewielka i kierowca nie jest w stanie jej zauważyć, to powoduje cykliczne obciążanie niewielkimi siłami elementów zawieszenia i łożysk, powodując ich przedwczesne zużycie.

Drugim rodzajem niewyważenia jest niewyważenie dynamiczne, którego skutkiem jest powstanie momentów sił odśrodkowych, czyli sił działających na określonym ramieniu. Niewyważenie dynamiczne powstaje, gdy oś obrotu koła przecina się z główną osią bezwładności w miejscu środka masy. Powstają wtedy drgania równoległe, a takie koło popularnie nazwiemy kołem scentrowanym. Takie obciążenia również wpływają na dodatkowe zużycie.

Jednak codzienne użytkowanie pojazdu to nie świat jedynie czarno-biały, dlatego niewyważenie koła zazwyczaj jest połączeniem niewyważenia statycznego, którym może być np. mikrouszkodzenie opony i dynamicznego pod postacią zabrudzenia zewnętrznej części felgi czy jej wklęśnięcia. Jakie są najczęstsze przyczyny powstawania takich niedoskonałości układu koło - opona?

Poza wspomnianymi niejednorodnościami napotkamy głównie przyczyny eksploatacyjne. Koła pojazdu codziennie napotykają ubytki nawierzchni i wszechobecne i z roku na rok wyższe krawężniki. Tylko z pozoru taka eksploatacja nie zostawia na nich śladu, bo mikropęknięcia opon pozostawiają na niej swoje piętno. Podobnie jest z niewidocznymi na pierwszy rzut oka uszkodzeniami felg.

A przecież nowoczesne samochody to coraz większe felgi i coraz bardziej niskoprofilowe opony. Coraz trudniej jest to przejeździć cały oponiarski sezon bez ani jednego dobicia felgi na dziurze, czy obdrapania jej powierzchni o krawężnik.

Dobrze, że chociaż jedna przyczyna powstawania niewyważenia opony jest coraz rzadsza. W czasach popularyzacji ABS-u coraz rzadziej dochodzi do spłaszczenia opon w wyniku gwałtownego hamowania z zablokowanymi kołami. Owszem, codzienna jazda to nie Formuła 1, ale kiedyś było to częste i, co pamiętają starsi kierowcy, po takim awaryjnym manewrze często pojawiały się drgania na kierownicy.

Właśnie po drganiach na kierownicy najłatwiej poznać niewyważenie kół przednich. Zazwyczaj pojawiają się one w pewnym zakresie prędkości, zależnej od samego niewyważenia i częstości drgań własnych układu koło-opona. Gdy niewyważenie powoduje drgania o częstotliwości zbliżonej do częstości drgań własnych powstaje zjawisko rezonansu – dalszego wzmocnienia i ich propagacji. Niewyważenie kół tylnych zazwyczaj trudniej zauważyć, bo wtedy w drgania wpada cały samochód i przeciętny kierowca z trudem lokalizuje ich przyczynę.

W pułapkę wpędzają się często kierowcy najbardziej przygotowani – ci, którzy w domach skrywają drugi komplet opon założonych na felgi i często sami je zmieniają. Nic w tym złego, ale stara mantra mówi, że koła należy wyważać raz na 10 000 km – wielu zazwyczaj nie chce się tylko po to jechać do wulkanizatora. Ci ostatni również dorzucają swoje trzy grosze i patrzą dziwnym wzrokiem, gdy ktoś chce koła po prostu wyważyć.

Zresztą, jest tutaj znacznie więcej kamyczków do wrzucenia do oponiarskiego ogródka. Niestety, ale wiele serwisów dysponuje niewykwalifikowaną kadrą, która o oponach wie tyle, że są okrągłe, czarne i gumowe. Wyważenie koła to wydawałaby się prosta czynność, zwłaszcza że wykonuje ją głównie maszyna i nie trzeba już jak kiedyś trzymać kredy przy kręcącym się kole, by zaznaczyć w którym miejscu bije.

Podstawowym błędem jest nieoczyszczenie koła z brudu zebranego na drodze. Zdarza się to najczęściej w sezonie zimowym, kiedy zbity śnieg na oponie daje się we znaki kierowcom w postaci drgań kół. Maszyna potrafi wyważać koła ze znaczną dokładnością – nawet do 1 grama. Problemem jest to, że trzeba być uważnym i dostrzec np. kamyk w bieżniku, który zaburza wynik całego misternego procesu.

Podobnie z trudną, acz opłacalną metodą na pozycjonowanie opony względem felgi. Polega ona w przybliżeniu na takim ich wzajemnym ustawieniu, by największe masy opony i felgi skupiać naprzeciw siebie. Osiągamy wtedy ich wzajemne znoszenie, a nie sumowanie. Skutkiem jest zmniejszenie liczby i masy ciężarków potrzebnych do wyważenia, czyli zmniejszenie też dobrze znanego wroga – masy nieresorowanej wpływającej negatywnie na komfort jazdy i prowadzenie auta.

Zobacz także: