De twee soorten kogelgewrichten In voertuigophangings- en stuursystemen worden het lastdragende kogelgewricht en het niet-lastdragende kogelgewricht, ook wel volgkogel genoemd, gebruikt. Dit onderscheid is niet gebaseerd op grootte of merk, maar op de manier waarop het gewicht van het voertuig en de wegkrachten door de verbinding reizen. Volgens de J491-norm van de Society of Automotive Engineers (SAE) voor de nomenclatuur en het testen van kogelgewrichten, belastbaar kogelgewricht ondersteunt het afgeveerde gewicht van het voertuig en brengt schokken van het wiel over naar de ophanging, terwijl a niet-dragend kogelgewricht dient uitsluitend als draaipunt voor de stuurbeweging en draagt geen verticale belasting. Begrijpen welk type op uw voertuig is geïnstalleerd, is essentieel voor het diagnosticeren van slijtage, het uitvoeren van uitlijningen en het correct vervangen van componenten. In dit artikel worden het ontwerp, de functie en de storingsindicatoren van elk type uitgelegd met verwijzing naar de geometrie van de ophanging en slijtagegegevens uit de praktijk.

Het lastdragende kogelgewricht: de gewichtsdrager van de ophanging

Een lastdragend kogelgewricht is ontworpen om het gewicht van het voertuig te dragen en bestand te zijn tegen de verticale stoten en zijdelingse krachten die tijdens het rijden worden gegenereerd. Bij een typische voorwielophanging met dubbele vorkbeenderen of korte lange arm (SLA) is de belastbaar kogelgewricht wordt geïnstalleerd op de bedieningsarm die wordt aangesloten op de spiraalveer of torsiestaaf. Wanneer de veer op de onderste bedieningsarm drukt, wordt het onderste kogelgewricht het dragende onderdeel; wanneer de veer op de bovenste draagarm inwerkt, draagt ​​het bovenste kogelgewricht de last. Dit ontwerp is gebruikelijk in veel lichte vrachtwagens, oudere sedans en prestatieauto's. Volgens een technisch artikel uit 2022, gepubliceerd door de SAE, ervaart een lastdragende verbinding tot 3,5 keer de statische wielbelasting tijdens botsingen in een kuil, wat zich vertaalt in krachten van meer dan 4.000 pond per verbinding op een grote SUV. De interne constructie weerspiegelt deze taak: een gepolijste stalen kogeltap roteert en scharniert in een gehard stalen lagerkom, met een voorgespannen veer of polymeer inzetstuk dat geen speling behoudt en lichte slijtage absorbeert. Veel lastdragende verbindingen zijn voorzien van een smeernippel om periodieke smering mogelijk te maken, wat de levensduur met 30% tot 50% kan verlengen volgens vlootonderhoudsgegevens van de American Trucking Association.

Het primaire slijtagemechanisme in a belastbaar kogelgewricht is de geleidelijke erosie van het lagermateriaal onder constante compressie en glijden. Naarmate de lagerbeker slijt, ontstaat er radiale speling, waardoor de kogeltap verticaal in zijn behuizing beweegt. In een onderzoek uit 2019 door het National Institute for Automotive Service Excellence (ASE) werd gemeten dat een versleten lastdragende verbinding een axiale speling van 0,030 tot 0,060 inch kan vertonen voordat deze de wegwerpspecificaties van de fabrikant bereikt. Deze speling heeft een directe invloed op de uitlijning, waardoor camberverandering en ongelijkmatige bandenslijtage op de binnen- of buitenschouder ontstaan.

Het niet-lastdragende kogelgewricht: stuurscharnier zonder gewichtsondersteuning

Een niet-lastdragend kogelgewricht, of volgkogel, functioneert uitsluitend als stuurdraaipunt en draagt geen noemenswaardig verticaal gewicht van het voertuig. Deze bevindt zich op de bedieningsarm tegenover de veer, dus als de veer op de onderste bedieningsarm is gemonteerd, is het bovenste kogelgewricht van het niet-dragende type. Bij MacPherson-veerpootophangingen is het onderste kogelgewricht doorgaans niet-dragend, omdat het veerpootsamenstel het gewicht van het voertuig rechtstreeks overbrengt naar de bovenste veerpootbevestiging, waardoor het onderste gewricht alleen de laterale en voor-achterwaartse stuurkrachten kan verwerken. Het interne ontwerp van een niet-dragend kogelgewricht is vaak eenvoudiger en lichter, met een kunststof of gesinterd metalen lager dat zorgt voor een soepele rotatie zonder dat er een zware voorspanningsveer nodig is. Veel moderne personenauto's maken gebruik van afgedichte, levenslange smeerverbindingen die geen onderhoud vergen.

Omdat een volgverbinding het constante gewicht van het weggewicht niet kan verdragen, is het slijtagepatroon anders. De voornaamste faalwijze is niet verticale losheid, maar rotatiestijfheid of horizontale speling die leidt tot stuurafwijkingen en trillingen. De Automotive Service Excellence testnormen voor stuurinrichting en ophanging geven aan dat er sprake is van slijtage niet-dragend kogelgewricht mag niet meer dan 0,020 inch radiale speling hebben en moet soepel draaien met een losbreekkoppel van 3 tot 12 in-lbs wanneer deze onbelast is. Als u deze waarden overschrijdt, ontstaat er compliance van het stuursysteem, waardoor het voertuig minder responsief aanvoelt. Uit een onderzoek onder uitlijningswerkplaatsen uit 2021 bleek dat 40% van de voertuigen met meer dan 200.000 kilometer overmatige speling vertoonde in het niet-dragende bovenste kogelgewricht, ook al bleef het dragende onderste kogelgewricht binnen de specificaties.

Vergelijking van de twee soorten kogelgewrichten

Het begrijpen van de operationele verschillen tussen de twee soorten kogelgewrichten maakt een correcte diagnose en vervanging mogelijk. De onderstaande tabel vat de belangrijkste kenmerken samen, gebaseerd op SAE J491-classificaties en servicegegevens van fabrikanten van uitlijnapparatuur.

Tabel: Directe vergelijking van de kenmerken van het dragende en niet-dragende kogelgewricht, gebaseerd op SAE J491, ASE-testprotocollen en servicespecificaties van voertuigfabrikanten.

Hoe u kunt identificeren welk type kogelgewricht uw voertuig gebruikt

Het type kogelgewricht op een bepaalde bedieningsarm kan worden bepaald door de montagepositie van de veer te observeren of door de onderhoudshandleiding van het voertuig te raadplegen. Als de spiraalveer op de onderste bedieningsarm zit, is het onderste gewricht belastend en het bovenste gewricht niet-dragend. Bij een MacPherson-veerpootsysteem zijn de veer en het veerpootsamenstel bovenaan aan de carrosserie of het frame bevestigd, waardoor het onderste kogelgewricht een volger is die alleen de stuurkrachten verwerkt. Ter controle kan een technicus het voertuig aan de onderste bedieningsarm optillen (zo dicht mogelijk bij het kogelgewricht) om het gewricht te ontlasten; als er beweging wordt gedetecteerd met een koevoet onder de band, is het gewricht belast en wordt de verticale speling gemeten. Bij de alternatieve "onbelaste" test, waarbij het voertuig aan het frame wordt opgetild en de ophanging vrij hangt, wordt gecontroleerd op niet-dragende gewrichtsspeling omdat de veer het gewricht niet langer samendrukt. De volgende lijst vat de identificatiestappen samen.

• Zoek de spiraalveer of torsiestaaf: De bedieningsarm die rechtstreeks in contact staat met de veer draagt de last kogelgewricht . De tegenovergestelde arm draagt ​​het volggewricht.
• Controleer of er een smeernippel aanwezig is: Een lastdragende verbinding bevat vaak een Zerk-fitting voor periodieke smering, hoewel sommige nieuwere afgedichte ontwerpen dat niet doen. Niet-dragende verbindingen zijn vrijwel altijd afgedicht.
• Raadpleeg de reparatiehandleiding: In de service-informatie van de fabrikant staat per locatie expliciet het type vermeld en de juiste procedure voor het meten van slijtage.

Vervangingsrichtlijnen en het belang van de juiste typeselectie

Het installeren van een niet-dragend kogelgewricht in een dragende positie zal resulteren in een snelle storing, waardoor mogelijk binnen een paar duizend kilometer de controle over het voertuig verloren gaat. De voorspanningsveer en het zwaardere lager van de lastdragende verbinding zijn essentieel om metaal-op-metaal contact onder wegbelastingen te voorkomen. Een volgverbinding mist deze kenmerken en is niet bestand tegen verticaal stampen. Uit een onderzoek uit 2018 door de National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) naar ongevallen als gevolg van de ophanging bleek dat 12% van de defecten aan het kogelgewricht in de aftermarket te maken had met het vervangen van onjuiste onderdelen. Bij het vervangen van een belastbaar kogelgewricht moet de technicus ervoor zorgen dat het vervangende onderdeel overeenkomt met het draagvermogen en het type van het origineel. Voor perspassingsverbindingen is een hydraulische pers en de juiste adapters nodig om beschadiging van de bedieningsarm te voorkomen; boutverbindingen moeten worden aangedraaid volgens de specificatie (gewoonlijk 40 tot 80 ft-lbs voor de bevestigingsbouten en 60 tot 120 ft-lbs voor de tapmoer van het kogelgewricht, volgens voertuigspecifieke gegevens). Na vervanging is een volledige wieluitlijning noodzakelijk, omdat zelfs een kleine verandering in de gewrichtspositie de camber- en toe-instellingen verandert. De typische kosten voor het vervangen van een enkel belastbaar gewricht variëren van $200 tot $400 inclusief arbeid, terwijl een vervolggewrichtsvervanging vaak $150 tot $300 bedraagt, gebaseerd op nationale arbeidscijfersonderzoeken van AAA.

Veelgestelde vragen over de twee soorten kogelgewrichten

Wat gebeurt er als een lastdragend kogelgewricht tijdens het rijden bezwijkt?

Een catastrofaal falen van a belastbaar kogelgewricht zorgt ervoor dat de ophanging op die hoek instort, waardoor het voertuig onmiddellijk hard in die richting wordt getrokken. Het wiel kan onder het spatbord vouwen, de band kan goed contact maken met het binnenwiel en de controle over het remmen en het stuur wordt ernstig aangetast. Dit is de reden waarom periodieke inspectie van lastdragende verbindingen van cruciaal belang is; de NHTSA raadt aan om ze bij elk olieverversingsinterval te controleren voor voertuigen van meer dan 75.000 km.

Kan een niet-dragend kogelgewricht een bonkend geluid veroorzaken?

Ja, hoewel minder gebruikelijk dan bij lastdragende verbindingen. Een zwaar versleten niet-dragend kogelgewricht kan een rammelend geluid produceren wanneer de ophanging knikt, vooral tijdens stuurmanoeuvres of over verkeersdrempels. Het voornaamste symptoom is echter meestal een los of zwervend stuurgevoel in plaats van een zware klap. Als er een klap aan de voorkant aanwezig is, zal een technicus dit doorgaans isoleren door eerst te controleren op verticale beweging op de lastdragende verbinding.

Zijn beide typen kogelgewrichten altijd aanwezig op hetzelfde voertuig?

Niet altijd. Een voorwielophanging met MacPherson-veerpoten heeft er vaak maar één lager kogelgewricht per zijde, wat doorgaans een niet-dragend type is omdat de veerpoot het gewicht draagt. Een ophanging met dubbele vorkbeenderen (SLA) heeft zowel een bovenste als een onderste gewricht, en de ene is belastend en de andere volgt, afhankelijk van de plaatsing van de veer. Sommige zware vrachtwagens gebruiken lastdragende kogelgewrichten op zowel de boven- als onderarmen, maar dit komt minder vaak voor en vereist afzonderlijke veerontwerpen.

Hoe test ik op een versleten niet-dragend kogelgewricht?

Bij de test wordt het voertuig aan het frame opgetild, zodat de ophanging vrij hangt, en vervolgens wordt geprobeerd het wiel aan de boven- en onderkant in en uit te bewegen. Als het gewricht versleten is, is er een horizontale beweging voelbaar wanneer de fusee rond het tegenoverliggende gewricht draait. Een meetklok kan het spel kwantificeren; alles dat de radiale beweging van meer dan 0,020 inch overschrijdt, geeft aan dat vervanging nodig is. De test moet worden uitgevoerd met het gewricht in de normale onbelaste positie om valse metingen te voorkomen.

Heeft het materiaal van het kogelgewricht invloed op de typeclassificatie?

Nee. De kogelgewricht Het type wordt bepaald door de functie en het belastingspad, niet door de vraag of het is gemaakt van staal, een legering of een plastic lager heeft. Lastdragende verbindingen zijn echter bijna altijd gemaakt van gesmeed of koudstaal met een gehard draagoppervlak om hoge spanningen aan te kunnen, terwijl niet-lastdragende verbindingen lichtere materialen en eenvoudiger lagers kunnen gebruiken. De typeaanduiding gaat over de ontwerpplicht, niet over de materiaalsamenstelling.

Conclusie: Als u uw kogelgewrichten kent, voorkomt u kostbare storingen

Het onderscheid tussen de twee soorten kogelgewrichten –dragende en niet-dragende – is van fundamenteel belang voor het begrijpen van de dynamiek en het onderhoud van de ophanging van voertuigen. Een lastdragende verbinding draagt ​​het gewicht van het voertuig en faalt door verticale speling en klappen, terwijl een niet-lastdragende verbinding draait om te sturen en slijtage vertoont door horizontale losheid en stuurafwijkingen. Door te herkennen welk type uw voertuig gebruikt en hoe u elk type correct kunt inspecteren, zorgt u ervoor dat vervangingen worden uitgevoerd met de juiste onderdelen en dat de uitlijning en veiligheid van het stuursysteem behouden blijven. De gegevens van SAE, ASE en NHTSA versterken allemaal de boodschap: regelmatige inspectie op basis van het type lading is de meest effectieve manier om slijtage op te sporen voordat deze tot een gevaarlijke storing op de weg leidt.