Cele două tipuri de articulații sferice utilizate în sistemele de suspensie și direcție ale vehiculelor sunt articulația sferică care poartă sarcina și articulația sferică care nu poartă sarcina, denumită și articulație sferică. Această distincție nu se bazează pe dimensiune sau marcă, ci pe modul în care greutatea vehiculului și forțele rutiere se deplasează prin articulație. Conform standardului J491 al Societății Inginerilor Auto (SAE) pentru nomenclatura și testarea articulațiilor sferice, un articulație sferică portantă susține greutatea elastică a vehiculului și transmite șocul rutier de la roată la suspensie, în timp ce a articulație sferică care nu poartă sarcina servește doar ca punct de pivotare pentru mișcarea direcției și nu suportă sarcina verticală. Înțelegerea tipului este instalat pe vehiculul dumneavoastră este esențială pentru diagnosticarea uzurii, efectuarea alinierii și înlocuirea corectă a componentelor. Acest articol explică designul, funcționarea și indicatorii de defecțiune ai fiecărui tip cu referire la geometria suspensiei și datele de uzură din lumea reală.

Rotula care transporta sarcina: suportul de greutate al suspensiei

O articulație sferică care transportă sarcina este proiectată să susțină greutatea vehiculului și să reziste la lovirea verticală și la forțele laterale generate în timpul conducerii. Într-o suspensie față tipică cu braț dublu sau cu braț scurt-lung (SLA), articulație sferică portantă este instalat pe brațul de comandă care se conectează la arcul elicoidal sau la bara de torsiune. Când arcul împinge în jos pe brațul de control inferior, articulația sferică inferioară devine componenta care poartă sarcina; când arcul acționează asupra brațului de control superior, articulația sferică superioară poartă sarcina. Acest design este comun în multe camioane ușoare, sedanuri mai vechi și mașini de performanță. Potrivit unei lucrări tehnice din 2022 publicată de SAE, o articulație care poartă sarcina experimentează până la 3,5 ori sarcina statică pe roată în timpul impactului în gropi, ceea ce se traduce în forțe care depășesc 4.000 de lire sterline pe articulație pe un SUV de dimensiuni mari. Construcția internă reflectă această sarcină: un știft cu bile de oțel lustruit se rotește și se articulează în interiorul unei cupe de rulment din oțel călit, cu un arc preîncărcat sau o inserție de polimer care menține un joc zero și absoarbe uzura minoră. Multe îmbinări de transport de sarcină sunt echipate cu un racord de ungere pentru a permite lubrifierea periodică, care poate prelungi durata de viață cu 30% până la 50%, conform datelor de întreținere a flotei de la American Trucking Association.

Mecanismul primar de uzură în a articulație sferică portantă este eroziunea treptată a materialului rulmentului sub comprimare și alunecare constantă. Pe măsură ce cupa rulmentului se uzează, se dezvoltă un joc radial, determinând mișcarea verticală a știftului cu bile în interiorul carcasei sale. Un studiu din 2019 al Institutului Național pentru Excelență în Servicii Auto (ASE) a măsurat că o articulație uzată de purtare a sarcinii poate prezenta un joc axial de 0,030 până la 0,060 inci înainte de a atinge specificațiile de aruncare ale producătorului. Acest joc afectează direct alinierea, provocând schimbarea camberului și uzura neuniformă a anvelopei pe umărul interior sau exterior.

Articulație sferică fără sarcină: pivot de direcție fără suport pentru greutate

O articulație sferică fără sarcină sau articulație sferică de urmărire funcționează exclusiv ca punct de pivotare a direcției și nu suportă o greutate verticală semnificativă față de vehicul. Este situat pe brațul de comandă opus arcului, deci dacă arcul este montat pe brațul de comandă inferior, articulația sferică superioară este de tip fără sarcină. La suspensiile cu lonjeroane MacPherson, articulația sferică inferioară este de obicei fără sarcină, deoarece ansamblul barei transferă greutatea vehiculului direct pe suportul superior, lăsând articulația inferioară să gestioneze doar forțele de direcție laterale și înainte-spate. Designul intern al unui articulație sferică care nu poartă sarcina este adesea mai simplu și mai ușor, cu un rulment din plastic sau metal sinterizat care asigură o rotație lină fără a fi nevoie de un arc de preîncărcare mare. Multe mașini moderne de pasageri folosesc îmbinări sigilate, cu unsoare pe viață, care nu necesită întreținere.

Deoarece o articulație de urmărire nu suportă lovirea constantă a greutății drumului, modelul său de uzură este diferit. Modul de defectare principal nu este slăbirea verticală, ci rigiditatea la rotație sau jocul orizontal care duce la mișcarea direcției și la vibrații. Standardele de testare Automotive Service Excellence pentru direcție și suspensie indică faptul că este uzată articulație sferică care nu poartă sarcina nu trebuie să aibă un joc radial mai mare de 0,020 inchi și trebuie să se rotească lin cu un cuplu de rupere de 3 până la 12 inchi-lb când este descărcat. Depășirea acestor valori introduce conformitatea sistemului de direcție, ceea ce face ca vehiculul să se simtă mai puțin receptiv. Un sondaj din 2021 al magazinelor de aliniere a raportat că 40% dintre vehiculele cu peste 120.000 de mile au prezentat joc excesiv în articulația sferică superioară care nu poartă sarcina, chiar dacă articulația inferioară care transportă sarcina a rămas în limitele specificațiilor.

Comparația celor două tipuri de articulații sferice

Înțelegerea diferențelor operaționale dintre cele două tipuri de articulații sferice permite diagnosticarea și înlocuirea corectă. Tabelul de mai jos rezumă caracteristicile lor cheie pe baza clasificărilor SAE J491 și a datelor de service de la producătorii de echipamente de aliniere.

Tabel: Comparație directă a caracteristicilor articulațiilor sferice purtătoare de sarcină și fără sarcină, pe baza SAE J491, protocoalele de testare ASE și specificațiile de service ale producătorului de vehicule.

Cum să identificați ce tip de articulație sferică folosește vehiculul dvs

Tipul de articulație sferică de pe un anumit braț de control poate fi determinat prin respectarea poziției de montare a arcului sau prin consultarea manualului de service al vehiculului. Dacă arcul elicoidal este așezat pe brațul de comandă inferior, articulația inferioară poartă sarcina, iar articulația superioară nu suportă sarcina. Într-un sistem de lonjeroane MacPherson, arcul și ansamblul barei sunt atașate la corp sau la cadru în partea de sus, făcând articulația sferică inferioară un suport care gestionează doar forțele de direcție. Pentru verificare, un tehnician poate ridica vehiculul de brațul de control inferior (cât mai aproape de articulația sferică) pentru a descărca articulația; dacă se detectează mișcare cu o bară de levier sub anvelopă, articulația poartă sarcina și se măsoară jocul său vertical. Testul alternativ „descărcat”, în care vehiculul este ridicat de cadru și suspensia atârnă liberă, verifică jocul articulației care nu poartă sarcina, deoarece arcul nu mai comprimă articulația. Următoarea listă rezumă etapele de identificare.

• Localizați arcul elicoidal sau bara de torsiune: Brațul de comandă care vine în contact direct cu arcul poartă sarcina articulație sferică . Brațul opus poartă articulația urmăritoare.
• Verificați dacă există un racord de grăsime: O îmbinare care poartă sarcina include adesea un fiting Zerk pentru lubrifiere periodică, deși unele modele mai noi sigilate nu o fac. Îmbinările care nu poartă sarcina sunt aproape întotdeauna sigilate.
• Consultați manualul de reparații: Informațiile de service ale producătorului precizează în mod explicit tipul pentru fiecare locație și procedura corectă de măsurare a uzurii.

Ghid de înlocuire și importanța selecției corecte a tipului

Instalarea unei articulații sferice fără sarcină într-o poziție de transportare a sarcinii va duce la o defecțiune rapidă, care poate cauza pierderea controlului vehiculului în câteva mii de mile. Arcul de preîncărcare al articulației portante și rulmentul mai greu sunt esențiale pentru a preveni contactul metal-metal sub încărcăturile de pe drum. O articulație follower nu are aceste caracteristici și nu poate rezista la loviri verticale. O investigație din 2018 a Administrației Naționale pentru Siguranța Traficului (NHTSA) privind accidentele legate de suspensie a constatat că 12% dintre defecțiunile articulațiilor sferice de pe piața de schimb au implicat înlocuirea incorectă a pieselor. La înlocuirea unui articulație sferică portantă , tehnicianul trebuie să se asigure că piesa de schimb corespunde cu sarcina nominală și tipul originalului. Îmbinările prin presare necesită o presă hidraulică și adaptoare corecte pentru a evita deteriorarea brațului de comandă; articulațiile cu șuruburi trebuie strânse conform specificațiilor (în mod obișnuit, 40 până la 80 ft-lbs pentru șuruburile de reținere și 60 până la 120 ft-lbs pentru piulița sferică, conform datelor specifice vehiculului). După înlocuire, este necesară o aliniere completă a roților, deoarece chiar și o ușoară modificare a poziției articulației modifică reglajele camber și ale vârfului. Costul obișnuit pentru înlocuirea unei singure articulații care transportă sarcina variază de la 200 USD la 400 USD, inclusiv forța de muncă, în timp ce înlocuirea articulației secundare este adesea de 150 USD la 300 USD, pe baza anchetelor naționale privind rata forței de muncă de la AAA.

Întrebări frecvente despre cele două tipuri de articulații sferice

Ce se întâmplă dacă o articulație sferică care poartă sarcina se defectează în timpul conducerii?

Un eșec catastrofal al a articulație sferică portantă face ca suspensia să se prăbușească pe acel colț, trăgând instantaneu vehiculul cu putere în acea direcție. Roata se poate plia sub aripi, anvelopa poate intra bine în contact cu roata interioară, iar controlul frânării și al direcției sunt grav compromise. Acesta este motivul pentru care inspecția periodică a îmbinărilor care poartă sarcina este critică; NHTSA recomandă verificarea acestora la fiecare interval de schimbare a uleiului pentru vehiculele de peste 75.000 de mile.

Poate o articulație sferică care nu poartă sarcina să provoace un zgomot de zgomot?

Da, deși mai puțin obișnuit decât în ​​cazul îmbinărilor de încărcare. Un uzat sever articulație sferică care nu poartă sarcina poate produce un zgomot când suspensia se articulează, în special în timpul manevrelor de direcție sau peste viteză. Cu toate acestea, simptomul său principal este de obicei o senzație de direcție slăbită sau rătăcită, mai degrabă decât un zgomot puternic. Dacă în partea din față este prezentă un zgomot, un tehnician îl va izola, de obicei, verificând mai întâi mișcarea verticală a articulației care transportă sarcina.

Ambele tipuri de articulații sferice sunt întotdeauna prezente pe același vehicul?

Nu întotdeauna. O suspensie față cu bare MacPherson are adesea doar una mai mică articulație sferică pe fiecare parte, care este de obicei un tip care nu poartă sarcină, deoarece loncherul suportă greutatea. O suspensie cu braț dublu (SLA) are atât o articulație superioară, cât și una inferioară, iar una este purtătoare de sarcină, în timp ce cealaltă este un suport, în funcție de plasarea arcului. Unele camioane grele folosesc articulații sferice care transportă sarcina atât pe brațele superioare, cât și pe cele inferioare, dar acest lucru este mai puțin obișnuit și necesită modele separate de arc.

Cum testez pentru o articulație sferică uzată, care nu poartă sarcina?

Testul implică ridicarea vehiculului de cadru, astfel încât suspensia să atârnă liberă, apoi încercarea de a muta roata înăuntru și în afară în partea de sus și de jos. Dacă articulația este uzată, se va simți mișcarea orizontală pe măsură ce articulația de direcție pivotează în jurul articulației opuse. Un indicator cu cadran poate cuantifica redarea; orice depășește o mișcare radială de 0,020 inci indică necesitatea înlocuirii. Testul trebuie efectuat cu articulația în poziția normală fără sarcină pentru a evita citirile false.

Materialul articulației sferice afectează clasificarea tipului acestuia?

Nu articulație sferică tipul este determinat de funcția și calea de sarcină, nu de faptul că este fabricat din oțel, aliaj sau dacă încorporează un rulment din plastic. Cu toate acestea, îmbinările portante sunt aproape întotdeauna construite din oțel forjat sau cu cap rece, cu o suprafață portantă călită pentru a face față solicitărilor mari, în timp ce îmbinările care nu poartă sarcina pot utiliza materiale mai ușoare și rulmenți mai simpli. Denumirea tipului se referă la obligația de proiectare, nu la compoziția materialului.

Concluzie: Cunoașterea articulațiilor dvs. sferice previne eșecurile costisitoare

Distincția dintre două tipuri de articulații sferice — care transportă și nu transportă sarcina — este fundamentală pentru înțelegerea dinamicii și întreținerea suspensiilor vehiculului. O articulație care poartă sarcina suportă greutatea vehiculului și se defectează din cauza jocului vertical și a zgomoturilor, în timp ce o articulație care nu poartă sarcina pivotează pentru direcție și arată uzura prin slăbirea orizontală și mișcarea direcției. Recunoașterea tipului de vehicul pe care îl folosește și a modului de inspectare corect a fiecăruia, asigură că înlocuirile sunt efectuate cu piesele corecte și că alinierea și siguranța sistemului de direcție sunt păstrate. Datele de la SAE, ASE și NHTSA întăresc mesajul: inspecția regulată în funcție de tipul de încărcare este cel mai eficient mod de a detecta uzura înainte de a duce la o defecțiune periculoasă pe drum.