Kulový čep automobilu: Funkce, diagnostika a výměna

S automobilem se pojí celá řada závad. Už asi každý motorista se setkal i s vadným čepem řízení, který je klíčovým komponentem pro správnou ovladatelnost auta. Pokud je ale opotřebení čepu už nadměrné, nevyhnou se řidiči jeho výměně.

Co je to kulový čep a jak funguje?

Čep řízení je klíčová součást systému řízení automobilů, která umožňuje plynulé a přesné ovládání kol. Jedná se o pevný kloub, který spojuje různé části řídícího mechanismu, jako jsou například řídící ramena a tyč řízení. Čep řízení umožňuje kolům otáčet se a naklánět podle pokynů řidiče, což zajišťuje, že vozidlo může bezpečně měnit směr.

Ačkoliv se na první pohled může zdát, že čep řízení není nijak složitým komponentem, opak je pravdou. Kulový čep je klíčová součást v oblasti strojírenství a automobilového průmyslu, která se používá k umožnění plynulého otáčení nebo naklápění částí strojů a vozidel. Jedná se o typ spojovacího prvku, který se skládá z kulové hlavy a čepu, umožňujícího otáčení nebo kývání ve více směrech. Díky své konstrukci poskytuje velkou flexibilitu pohybu a je schopen absorbovat radiální i axiální zatížení.

Kulový čep najde své uplatnění především v zavěšení kol, řízení, spojkách a mnoha dalších aplikacích, kde je potřeba zajistit spojení s vysokou mírou pohyblivosti. Kulové klouby umožňují, aby se zavěšení vašeho vozidla pohybovalo nahoru a dolů, a zároveň umožňují, aby se kola otáčela doleva a doprava.

Kulový čep musí přenášet síly v řízení současně se změnou úhlů spojených tyčí řízení i při částečném naklápění. Kulové čepy jsou zpravidla nerozebíratelné s trvalou tukovou náplní a vysokou životností. Pánve (pouzdra) čepu jsou obvykle vyrobeny ze syntetických hmot (např. polyamidu), zatímco vlastní čep je z kvalitní oceli a povrchově zpracován na vysokou tvrdost. Během provozu není nutné čepy mazat.

Nutnou podmínkou dlouhodobé životnosti je ale zabránění vnikání vody a nečistot do čepu a to správnou funkcí pryžové manžety. Dojde-li k jejímu poškození, stane se velice rychle čep nepoužitelným - opotřebení přestoupí předepsané tolerance. Poškozená manžeta umožňuje poměrně intenzivní vnikání nečistot mezi kulovou část čepu a pouzdro. Dochází k rychlému otěru. Pružina již není schopna kompenzovat opotřebení dosedacích ploch a mezi kulovou částí čepu a pouzdrem vzniká vůle, která se rychle zvětšuje.

Myšlenka kulového čepu byla převzata z lidské anatomie. Naše rameno a kyčel se mohou pohybovat ve všech směrech, otáčet se a mohou snášet velký točivý moment a hmotnost. Kulový čep se skládá z pouzdra, čepu, ložisek, koncového krytu (víčka) a podložky Belleville nebo pružiny. Podložka Belleville je pružina kuželového tvaru, která je určena k eliminaci zatížení v axiálním směru. Dnes je u osobních automobilů tendence nahrazovat Bellevilleovu podložku a pružiny konstrukcí s pouzdrem. Kulový čep je vyroben z vysokopevnostní oceli kované za studena, což umožňuje dobré rozložení vláken, která zvyšují odolnost proti namáhání v ohybu. Účelem manžety je chránit čep před vniknutím vody a nečistot a udržovat mazivo uvnitř sestavy. Corteco využívá vnitřní mazivo Kluber vlastní výroby.

Jak poznat poškozený kulový čep?

Řidiči se často ptají, jak vlastně mohou poškozený čep snadno poznat. Velice často dochází k jeho poškození kvůli narušení gumové manžety, jež kryje spojení pánve a tyčky z tvrdého kovu.

Příznaky opotřebení kulového čepu:

• Nepřesnost vozu: Tato vůle se přenáší do systému řízení, které se tak stává stále více nepřesným. Zásadním způsobem je tím ovlivněna bezpečnost provozu a to nejen vozidla s defektním kulovým čepem, ale i všech ostatních, kteří se v dosahu tohoto vozidla pohybují.
• Klepavý zvuk z pod podvozku: Když jako řidiči otáčíte volantem a slyšíte nepříjemný zvuk z pod podvozku, může to značit opotřebení nebo pohybovou vadu čepu řízení. Konkrétně by ve většině případů mělo jít o klepavý či bouchavý zvuk.
• Volantová volnost: Pokud zjistíte nadměrnou volnost volantu, což znamená, že musíte otáčet volantem více než obvykle, než se kola začnou otáčet, může to být rovněž známka opotřebení čepu řízení.
• Nerovnoměrné opotřebení pneumatik: Pokud se pneumatiky na jedné straně vozidla opotřebovávají rychleji než na druhé straně, tak to může být rovněž důsledek problémů s čepem řízení. Dejte ale pozor na to, že vyšší míra opotřebení jen jedné z pneumatik nemusí být na první pohled dobře viditelná a rozdíly tak budou jen v horizontu několika mála procent.

Pokud se kulový kloub začne uvolňovat, uslyšíte zepředu řinčivé zvuky, protože kloub v pouzdře chrastí. Pokud se utáhne, dojde k váznutí řízení, takže při otáčení volantem může dojít ke zatuhnutí. Kromě ztuhlého místa se může ozývat i vázání nebo skřípání.

Zkušení mechanici také zkontrolují vůli pouze pohmatem a pozorně poslouchají, zda se neobjeví cvaknutí nebo lehký pohyb, který naznačuje, že je kulový kloub opotřebovaný. Mnoho vozů s pohonem předních kol a vzpěrami by se nemělo zvedat pomocí spodního řídicího ramene, proto je dobré se před pokusem o kontrolu kloubu podívat do návodu k obsluze. Pohybujte spodní částí kola, abyste zjistili, zda je v kloubu vůle. Pokud je v kloubu vůle, je třeba jej vyměnit. Sestava kulového kloubu ve vozidle se vzpěrami by měla být tichá. Jakékoli cvakání při pohybu nahoru znamená, že je opotřebovaný a nepracuje hladce, jak by měl. Pokud zaznamenáte výraznou vůli, je třeba kulový kloub vyměnit.

Kontrola a diagnostika kulových čepů

Jedním ze základních předpokladů správné funkce kulových čepů je jejich pravidelná a důkladná kontrola. Ta by se měla zaměřit na všechny klouby ve vozidle, resp. jeho podvozkové soustavě.

Metody kontroly:

• Indikátor opotřebení (u starších vozidel): Nejběžnějším indikátorem je maznice, která slouží jako indikátor opotřebení. Tato tvarovka neboli šroubení vyčnívá ze spodní části pouzdra kloubu asi o půl palce (1,25 cm). Při opotřebení se nástavec zasune do pouzdra. Dokud vyčnívá, měl by být kloub v pořádku. Jakmile je boss v jedné rovině s pouzdrem nebo ještě více ustoupí, bude třeba kulový kloub vyměnit.
• Kontrola při zatížení: Pro kontrolu zatíženého spodního kulového kloubu výrobce doporučuje umístit zvedák pod spodní řídicí rameno předního kola co nejblíže kulovému kloubu a poté zvednout vozidlo, dokud se kolo neodlepí od země. Pokud to neuděláte, bude kulový kloub napjatý i po zvednutí vozidla, což ztíží pohyb a hledání vůle v kloubu. Při kontrole kulového kloubu se ujistěte, že v zavěšení nedochází ke kompresi. Ujistěte se, že je vůz pevně zvednutý. Když je vozidlo zvednuté a vy na něm pracujete, musí být na stojanech rámu.
• Použití úchylkoměru: Přesuňte číselníkový ukazatel na stranu matice nebo na stranu vřetena a pohybujte kolem dovnitř a ven, abyste zkontrolovali radiální opotřebení. Svislou vůli zjistíte přiložením číselníkového ukazatele k matici čepu kloubu řízení nebo k pouzdru kulového kloubu, v závislosti na výrobci. Uchopte kolo v horní a dolní části (12 a 6 hodin) a zvedněte ho a stáhněte dolů. Přečtěte si číselník a zkontrolujte, zda odpovídá údajům výrobce.
• Kontrola otáčením volantu: Pokud je k dispozici nějaký kolega, který může otáčet volantem stojícího vozidla, tak tato metoda testování ukáže nadměrné opotřebení většiny kulových čepů řízení.

Při kontrole a výměně opotřebovaných dílů je nutné použít správné nářadí. Použití páčidla ke kontrole opotřebení kulových čepů by mohlo vést k poškození dílů. Rovněž vložení velkého páčidla mezi rameno zavěšení a těhlici a páčení vší silou není způsob, jak zkontrolovat opotřebení čepů.

Výměna kulového čepu

Výměnu čepu řízení byste měli jako řidiči provést ve chvíli, kdy objevíte jeden z výše uvedených znaků. Pokud se ptáte na to, proč vlastně čep řízení měnit, tak je odpověď poměrně jednoduchá. Vadný čep řízení totiž může vést k ztrátě kontroly nad vozidlem a zvýšenému riziku nehod.

Je známo mnoho tragických havárií, které byly zaviněny vadným kulovým čepem. Závady kulových čepů je proto nutné, s ohledem na bezpečnost provozu, řešit bezodkladně a okamžitě. Jakmile je na vozidle zjištěn defektní kulový čep, je povinností servisu nejen o vadě uvědomit zákazníka, ale přímo na místě jej přesvědčit o nutnosti okamžité výměny vadného čepu.

Postup výměny (obecný):

1. K výměně doporučuji nachystat si tzv. šupleru k měření délky zašroubování čepu k axiální tyči. Lze si i počítat otáčky čepu, ale toto není zcela přesné, neboť jednak vždy zapomenu, kolikrát jsem otáčel a také se mi stalo, že čepy byly jinak dlouhé.
2. Hodně nám při výměně pomůže stahovák čepů řízení, kdy je jich několik druhů. Ideální jsou tzv.
3. Nyní si povolíme spodní matku (pokud by se nám závit čepu protáčel, můžeme si jej zespod čepu, nebo-li na konci závitu přidržet za pomoci imbusu, torxu a nebo osazení, jež připravil výrobce) čepu a vyjmeme čep, zde může nastat problém, protože pokud je čep opravdu tzv. „natvrdo“ tak jej budete vybíjet ven horko těžko.
4. Obvykle stačí udeřit kladivem po těhlici, aby čep odskočil. Pokud to nelze užijeme stahovák, který nám čep pomůže vyrazit.
5. Po té co čep vyrazíme z axiální tyče odšroubujeme ho, kdy si můžeme pamatovat otáčky, protože pokud koupíme totožný čep můžeme jej za pomoci stejného počtu otáček našroubovat zpět.
6. Po našroubování čepu jej vložíme zpět do těhlice a utáhneme.
7. Poté utáhneme i kontramatku.
8. Pak již jen vrátíme kolo a máme hotovo.

Pokud se rozhodnete jít do výměny čepu řízení na vlastní pěst, budete hradit pouze samotný komponent, jehož cena není nikterak vysoká a pohybuje se v řádu několika stovek korun. Na větší množství finančních prostředků se ale připravte ve chvíli, kdy se s výměnou obrátíte na specializovaný servis. Tam totiž celková cena zahrnuje jednak náklady na nový čep řízení a dále pak i na samotnou práci.

U auta s dieselovým motorem dle zkušeností z motoristické praxe platí, že výměna čepu řízení probíhá v průměru každé dva-čtyři roky. Axiální táhlo je také důležitou součástí řízení a může vykazovat podobné vadné příznaky jako u čepu řízení. Problémy s axiálním táhlem mohou zahrnovat celkové nepřesnosti, nepříjemné zvuky při otáčení volantu a volantovou volnost.

Konstrukční prvky a typy kulových čepů

Kulové čepy lze rozdělit na nosné a nenosné. Nosný kulový čep je navržen tak, aby nesl hmotnost vozidla a zároveň poskytoval oporu systému řízení. Nenosné kulové čepy jsou naproti tomu určeny k zachování přesných rozměrových tolerancí v systému řízení nebo zavěšení. Opotřebení nenosného kulového čepu způsobí znatelnou změnu úhlu odklonu, natočení nebo náklonu předního zavěšení. Nenosné čepy jsou proto předepnuty, aby kompenzovaly opotřebení.

U některých kulových čepů, které mají mazací koncovku, slouží tato koncovka jako indikátor opotřebení. Při opotřebení čepu udržuje podložka Belleville nebo pružina napětí v pouzdrech, aby se při pohybu ramen zavěšení udržovala nulová axiální vůle - podložka Belleville nebo pružina však nekompenzuje boční opotřebení.

Spodní rameno, které je spojeno s pružinou, používá u zavěšení typu short long arm (SLA) nosný kulový čep pro spojení těhlice s horním ramenem přes pomocný čep. Follower Ball Joint - Pomocný (horní) kulový čep: U lichoběžníkového zavěšení se ke spojení spodního ramene, těhlice a vzpěry používá pomocný kulový čep. Čep se připevňuje k rameni lisováním nebo nýtováním. Pokud je čep do ramene nalisován, je třeba k odstranění starého čepu a instalaci nového použít speciální nářadí. Nefunkční lisované čepy lze obtížně odstranit kvůli korozi mezi ramenem a čepem. To platí zejména v případě, kdy je ocelové pouzdro kulového čepu zalisováno do hliníkového ramene. Pokud je čep k rameni přinýtován, nýty se vyvrtají nebo vyříznou pneumatickým sekáčem.

Geometrie náprav a vliv kulových čepů

Pro správné nastavení geometrie vozidla je důležitý také příklon svislého (rejdového) čepu, tedy sklon osy čepu od roviny kolmé k vozovce a rovnoběžné s podélnou osou vozidla (osou symetrie). U náprav se dvěma příčnými rameny (lichoběžníkové nápravy) s kulovými čepy se příklonem rozumí úhel sklonu osy vedené dolním a horním kulovým kloubem (osa příklonu) vzhledem k rovině kolmé na vozovku a rovnoběžnou s podélnou osou vozidla.

U náprav McPherson s pružicí jednotkou a tlumičem pérování je příklonem úhel mezi přímkou vedenou kulovým čepem na spodním příčném rameni a středem opěrného ložiska pružicí jednotky s tlumičem a rovinou kolmou na vozovku a rovnoběžnou s podélnou osou vozidla. Příklon rejdového čepu se udává a měří v úhlových stupních a hodnoty jsou většinou v rozmezí 5° až 8°. U vozidel s pohonem předních nebo všech kol leží tyto hodnoty někdy i nad 8°, především v případě, že tato vozidla mají jen malý nebo nulový záklon rejdového čepu.

Záklon rejdového čepu je úhel mezi osou čepu a rovinou kolmou na vozovku a kolmou vzhledem k podélné ose vozidla (ose symetrie) nad osou kola vzadu. Bod styku pneumatiky s vozovkou se tak nachází za průsečíkem osy svislého čepu s vozovkou. U náprav se dvěma příčnými rameny (lichoběžníkových náprav) s kulovými čepy se za záklon považuje sklon přímky vedené dolním a horním kulovým čepem vzhledem k rovině kolmé na vozovku a kolmou vzhledem k ose vozidla.

U náprav McPherson s pružicí jednotkou a tlumičem pérování je záklonem sklon přímky vedené středem kulového čepu na příčném rameni a středem opěrného nebo nosného ložiska pružicí jednotky s tlumičem k rovině kolmé na vozovku a kolmé k příčné ose vozidla. Záklon svislého čepu se - stejně jako odklon kola a příklon svislého čepu - udává a měří v úhlových stupních. Vozidla s pohonem zadních kol mají záklon 1° - 3°. Vysokovýkonná vozidla s pohonem zadních kol až 14°. Jedná se o „princip nákupního vozíku“. V důsledku záklonu svislého čepu jsou přední kola tažena a nikoliv tlačena. Pokud je volant uvolněn po průjezdu zatáčkou, působí záklon pro návrat předních kol do přímého směru. Mimoto se přední kola vracejí i v důsledku vlečení pneumatiky, jež je na otáčející se pneumatice vyvoláno jejím vzdouváním. Vracení předních kol do přímého směru je tedy vyvoláno jak příklonem svislého čepu ve spojení s kladným poloměrem rejdu, tak i záklonem svislého čepu. Obě tyto síly se nazývají vratnými silami.

Účinek příklonu svislého čepu: Při natáčení řízených předních kol se přední část vozidla mírně přizvedne. Sílu, která je k tomu zapotřebí, musí vynaložit řidič při otáčení volantem. Na poloměru rejdu se projevují odpory vozovky a snaží se kola stočit k sobě. Je tak vymezena vůle v kulových čepech řídící tyče a zmenšuje se náchylnost ke kmitání. Kladný poloměr rejdu nesmí být však příliš velký, protože jinak by odpory vozovky působící pouze na jedné straně vozidla nebo velké rozdíly mezi působícími brzdnými silami na předních kolech vychylovaly tato kola z jejich směru, což by řidič musel korigovat volantem na opačnou stranu.

Záporný poloměr rejdu byl poprvé použit u vozidla Audi 80. Dnes jsou takto navrženy téměř všechny přední nápravy u vozidel s pohonem předních kol a se stejným typem konstrukce jejich zavěšení. Záporným poloměrem rejdu se dosahuje samočinné stabilizace řízení.

tags: #automobil #kulovy #cep