Kaksi tyyppiä pallonivelet Ajoneuvon jousitus- ja ohjausjärjestelmissä käytetään kuormaa kantavaa palloniveltä ja ei-kuormaa kantavaa palloniveltä, jota kutsutaan myös seuraajapalloniveleksi. Tämä ero ei perustu kokoon tai merkkiin, vaan siihen, miten ajoneuvon paino ja tievoimat kulkevat liitoksen läpi. Association of Automotive Engineers (SAE) J491 pallonivelten nimikkeistön ja testauksen standardin mukaan kuormaa kantava pallonivel tukee ajoneuvon jousitettua painoa ja välittää tieiskun pyörästä jousitukseen, kun taas a ei-kantava pallonivel toimii vain ohjausliikkeen kääntöpisteenä eikä kanna pystysuoraa kuormaa. Autoon asennetun tyypin ymmärtäminen on välttämätöntä kulumisen diagnosoimiseksi, kohdistuksen suorittamiseksi ja osien vaihtamiseksi oikein. Tässä artikkelissa selitetään kunkin tyypin suunnittelu-, toiminta- ja vikailmaisimet viitaten jousituksen geometriaan ja todellisiin kulumistietoihin.

Kuormaa kantava kuulanivel: jousituksen painon kantaja

Kuormaa kantava pallonivel on suunniteltu tukemaan ajoneuvon painoa ja kestämään ajon aikana syntyviä pystysuuntaisia iskuja ja sivuttaisvoimia. Tyypillisessä kaksoistukivarressa tai lyhyt-pitkävarreisessa (SLA) etujousituksessa kuormaa kantava pallonivel on asennettu ohjausvarteen, joka liitetään kierrejouseen tai vääntötankoon. Kun jousi painaa alempaa ohjausvartta, alemmasta pallonivelestä tulee kuormaa kantava komponentti; kun jousi vaikuttaa ylempään ohjausvarteen, ylempi pallonivel kantaa kuorman. Tämä malli on yleinen monissa kevyissä kuorma-autoissa, vanhemmissa sedaneissa ja suorituskykyisissä autoissa. SAE:n vuonna 2022 julkaiseman teknisen paperin mukaan kuormaa kantava nivel kokee jopa 3,5 kertaa staattisen pyörän kuormituksen kuoppaiskujen aikana, mikä tarkoittaa, että täysikokoisessa maastoautossa voimia on yli 4 000 puntaa niveltä kohti. Sisärakenne heijastaa tätä tehtävää: kiillotettu teräskuulatappi pyörii ja niveltyy karkaistun teräksen laakerikupin sisällä, jossa on esikuormitettu jousi tai polymeerisisäke, joka säilyttää nollavälin ja vaimentaa vähäistä kulumista. Monet kuormaa kantavat liitokset on varustettu rasvanippalla, joka mahdollistaa säännöllisen voitelun, mikä voi pidentää käyttöikää 30–50 % American Trucking Associationin kaluston huoltotietojen mukaan.

Ensisijainen kulumismekanismi a kuormaa kantava pallonivel on laakerimateriaalin asteittainen eroosio jatkuvan puristuksen ja liukumisen aikana. Kun laakerikuppi kuluu, radiaalinen välys kehittyy, jolloin kuulatappi liikkuu pystysuunnassa kotelossaan. National Institute for Automotive Service Excellence (ASE) vuonna 2019 tekemässä tutkimuksessa mitattiin, että kuluneessa kuormaa kantavassa nivelessä voi olla 0,030–0,060 tuumaa aksiaalivälystä ennen kuin se saavuttaa valmistajan hävittämisvaatimukset. Tämä välys vaikuttaa suoraan kohdistukseen aiheuttaen kaltevuuden muutosta ja epätasaista renkaan kulumista sisä- tai ulkoolakkeessa.

Ei-kantava pallonivel: Ohjausnivel ilman painotukea

Ei-kantava pallonivel tai seuraajapallonivel toimii yksinomaan ohjauksen kääntöpisteenä, eikä se kanna merkittävää pystysuuntaista painoa ajoneuvosta. Se sijaitsee ohjausvarressa jousta vastapäätä, joten jos jousi on asennettu alempaan ohjausvarteen, ylempi pallonivel on ei-kantavaa tyyppiä. MacPherson-jousituksissa alempi pallonivel ei yleensä kanna kuormaa, koska tukiyksikkö siirtää ajoneuvon painon suoraan ylempään joustinkiinnitykseen, jolloin alanivel käsittelee vain sivuttais- ja keula- ja taka-ohjausvoimia. Sisäinen suunnittelu a ei-kantava pallonivel on usein yksinkertaisempi ja kevyempi, ja siinä on muovi- tai sintrattu metallilaakeri, joka takaa tasaisen pyörimisen ilman raskasta esijännitysjousta. Monissa nykyaikaisissa henkilöautoissa käytetään tiiviitä, käyttöikää rasvaa kestäviä jatkoliitoksia, jotka eivät vaadi huoltoa.

Koska nivelliitos ei kestä jatkuvaa tienpainon tökkimistä, sen kulumiskuvio on erilainen. Ensisijainen vikatila ei ole pystysuuntainen löysyys, vaan pyörimisjäykkyys tai vaakasuora välys, joka johtaa ohjauksen harhaan ja tärinään. Ohjauksen ja jousituksen Automotive Service Excellence -testistandardit osoittavat kuluneen ei-kantava pallonivel Säteittäinen välys saa olla enintään 0,020 tuumaa, ja sen tulee pyöriä tasaisesti 3–12 tuuman vääntömomentilla kuormittamattomana. Näiden arvojen ylittäminen saa aikaan ohjausjärjestelmän yhteensopivuuden, mikä tekee ajoneuvosta vähemmän reagoivan. Vuoden 2021 linjausliikkeissä tehdyssä tutkimuksessa ilmoitettiin, että 40 %:lla ajoneuvoista, joilla on yli 120 000 mailia, ei-kantavassa yläpallonivelessä oli liiallista välystä, vaikka kuormaa kantava alanivel pysyikin vaatimusten sisällä.

Kahden palloniveltyypin vertailu

Kahden palloniveltyypin toiminnallisten erojen ymmärtäminen mahdollistaa oikean diagnoosin ja vaihdon. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto niiden tärkeimmistä ominaisuuksista, jotka perustuvat SAE J491 -luokitukseen ja kohdistuslaitteiden valmistajien huoltotietoihin.

Taulukko: Suora vertailu kantavien ja ei-kantavien pallonivelten ominaisuuksista SAE J491:n, ASE-testausprotokollan ja ajoneuvon valmistajan palvelun spesifikaatioiden perusteella.

Kuinka tunnistaa, minkä tyyppistä palloniveltä ajoneuvosi käyttää

Tietyn ohjausvarren pallonivelen tyyppi voidaan määrittää tarkkailemalla jousen asennusasentoa tai katsomalla ajoneuvon huoltokäsikirjaa. Jos kierrejousi on sijoitettu alempaan ohjausvarteen, alempi nivel on kantava ja ylempi nivel ei-kantava. MacPherson-tukijärjestelmässä jousi- ja tukikokoonpano on kiinnitetty runkoon tai runkoon yläosassa, mikä tekee alemmasta pallonivelestä seuraajan, joka käsittelee vain ohjausvoimia. Varmistaakseen, että teknikko voi nostaa ajoneuvoa alemmasta ohjausvarresta (mahdollisimman läheltä palloniveltä) purkaa nivelen; jos liike havaitaan renkaan alla olevalla vääntötangolla, on liitos kantava ja sen pystyvälys mitataan. Vaihtoehtoinen "kuormittamaton" testi, jossa ajoneuvoa nostetaan rungosta ja jousitus roikkuu vapaasti, tarkastetaan ei-kuormaa kantavan nivelen välys, koska jousi ei enää purista niveltä. Seuraavassa luettelossa on yhteenveto tunnistusvaiheista.

• Paikanna kierrejousi tai vääntötanko: Ohjausvarsi, joka koskettaa suoraan jousia, kantaa kuormansiirtoa pallonivel . Vastakkainen käsivarsi kantaa seuraajaniveltä.
• Tarkista rasvanippa: Kuormaa kantavassa liitoksessa on usein Zerk-liitin säännöllistä voitelua varten, vaikka joissakin uudemmissa tiivistetyissä malleissa ei. Ei-kantoiset liitokset ovat lähes aina tiivistettyjä.
• Katso korjauskäsikirja: Valmistajan huoltotiedoissa mainitaan erikseen kunkin sijainnin tyyppi ja oikea kulumisen mittausmenetelmä.

Vaihtoohjeet ja oikean tyypin valinnan tärkeys

Ei-kuormaa kantavan pallonivelen asentaminen kantavaan asentoon johtaa nopeaan vikaan, joka voi aiheuttaa ajoneuvon hallinnan menetyksen muutaman tuhannen mailin sisällä. Kuormaa kantavan liitoksen esijännitysjousi ja raskaampi laakeri ovat välttämättömiä metallien välisen kosketuksen estämiseksi tiekuormituksessa. Seuraajanivelestä puuttuvat nämä ominaisuudet, eikä se kestä pystysuoraa jysähdystä. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) vuonna 2018 tekemässä jousitukseen liittyvissä kolareissa tekemässä tutkimuksessa havaittiin, että 12 %:ssa jälkimarkkinoiden pallonivelvioista liittyi virheelliseen osien vaihtoon. Kun vaihdat a kuormaa kantava pallonivel , teknikon on varmistettava, että varaosa vastaa alkuperäisen kuormitusluokitusta ja tyyppiä. Puristusliitokset vaativat hydraulipuristimen ja oikeat sovittimet ohjausvarren vaurioitumisen välttämiseksi; pulttiliitokset tulee kiristää spesifikaatioiden mukaisesti (yleensä 40–80 ft-lbs kiinnityspulteille ja 60–120 ft-lbs kuulanivelen pultin mutterille ajoneuvokohtaisten tietojen mukaan). Vaihdon jälkeen pyörän täydellinen kohdistus on tarpeen, koska pienikin muutos nivelen asennossa muuttaa kallistuksen ja kärjen asetuksia. Tyypilliset kustannukset yksittäisen kantavan liitoksen vaihtamisesta ovat 200–400 dollaria, mukaan lukien työ, kun taas seuraajanivelen vaihto on usein 150–300 dollaria AAA:n kansallisten työvoimatutkimusten perusteella.

Usein kysyttyjä kysymyksiä kahdesta palloniveltyypistä

Mitä tapahtuu, jos kuormaa kantava pallonivel pettää ajon aikana?

A:n katastrofaalinen epäonnistuminen kuormaa kantava pallonivel aiheuttaa jousituksen romahtamisen kyseiseen kulmaan ja vetää ajoneuvoa välittömästi voimakkaasti siihen suuntaan. Pyörä voi taittua lokasuojan alle, rengas voi koskettaa pyörän sisempää syvennystä ja jarrutus- ja ohjaushallinta heikkenee vakavasti. Tästä syystä kuormaa kantavien liitosten määräajoin tarkastaminen on kriittinen; NHTSA suosittelee niiden tarkistamista jokaisella öljynvaihtovälillä yli 75 000 mailia ajetuissa ajoneuvoissa.

Voiko ei-kantava pallonivel aiheuttaa kolinaa?

Kyllä, vaikkakin harvemmin kuin kantavien liitosten kanssa. Voimakkaasti kulunut ei-kantava pallonivel voi tuottaa kolinaa, kun jousitus niveltyy, erityisesti ohjausliikkeissä tai nopeusmuutosten yli. Sen ensisijainen oire on kuitenkin yleensä löysä tai vaeltava ohjauksen tunne, ei voimakas kolina. Jos etupäässä on kolinaa, teknikko tyypillisesti eristää sen tarkistamalla ensin pystysuuntaisen liikkeen kuormaa kantavassa nivelessä.

Ovatko molemmat palloniveltyypit aina samassa ajoneuvossa?

Ei aina. MacPherson-etujousituksessa on usein vain yksi alempi pallonivel per puoli, mikä on tyypillisesti ei-kuormaa kantavaa tyyppiä, koska tuki kantaa painon. Kaksoiskannatinjousituksessa (SLA) on sekä ylä- että alanivel, joista toinen on kantava, kun taas toinen on seuraaja jousen sijoittelusta riippuen. Joissakin raskaissa kuorma-autoissa käytetään kuormaa kantavia palloniveliä sekä ylä- että alavarsissa, mutta tämä on harvinaisempaa ja vaatii erilliset jousimallit.

Kuinka testaan ​​kuluneen ei-kantavan pallonivelen varalta?

Testissä ajoneuvoa nostetaan rungosta niin, että jousitus roikkuu vapaasti, ja sitten yritetään siirtää pyörää sisään ja ulos ylhäältä ja alhaalta. Jos nivel on kulunut, vaakasuora liike tuntuu, kun ohjausnivel kääntyy vastakkaisen nivelen ympäri. Kellotaulu voi mitata toiston; mikä tahansa yli 0,020 tuuman säteittäinen liike osoittaa vaihtamisen tarpeen. Testi on suoritettava nivelen ollessa normaalissa kuormittamattomassa asennossaan väärien lukemien välttämiseksi.

Vaikuttaako pallonivelen materiaali sen tyyppiluokitukseen?

Ei pallonivel tyyppi määräytyy sen toiminnan ja kuormitusreitin mukaan, ei sen mukaan, onko se valmistettu teräksestä, seoksesta vai onko siinä muovilaakeri. Kuormaa kantavat liitokset valmistetaan kuitenkin lähes aina taotusta tai kylmäpäistetystä teräksestä, jossa on karkaistu kantava pinta kestämään suurta jännitystä, kun taas ei-kantavissa liitoksissa voidaan käyttää kevyempiä materiaaleja ja yksinkertaisempia laakereita. Tyyppimerkintä koskee suunnittelutehtävää, ei materiaalin koostumusta.

Johtopäätös: Pallonivelesi tunteminen ehkäisee kalliita epäonnistumisia

Ero kahdenlaisia palloniveliä — kantava ja ei-kantava — on olennaista ajoneuvon jousituksen dynamiikan ja huollon ymmärtämiselle. Kuormaa kantava nivel kantaa ajoneuvon painon ja epäonnistuu pystyvälysten ja kolhujen vuoksi, kun taas ei-kantava nivel kääntyy ohjaamista varten ja näyttää kulumista vaakasuoran löysyyden ja ohjauksen vaeltamisen kautta. Kun tunnistat ajoneuvosi käyttämän tyypin ja kuinka tarkastat ne oikein, varmistat, että vaihdot suoritetaan oikeilla osilla ja että ohjausjärjestelmän kohdistus ja turvallisuus säilyvät. SAE:n, ASE:n ja NHTSA:n tiedot vahvistavat viestiä: säännöllinen kuormatyypin mukainen tarkastus on tehokkain tapa saada kiinni kulumisesta ennen kuin se johtaa vaaralliseen tiehäiriöön.