Ewolucja w dziedzinie łożysk

, 9 czerwca 2005, 0:00

Od łożysk stożkowych po piasty zintegrowane z elektronicznym układem ABS lub hamulcami bębnowymi, a nawet „łożyska powietrzne”, dostosowujące ciśnienie w oponach do ładunku, czyli: Ewolucja w dziedzinie łożysk
Misja – Gwarancja niezawodności pojazdów – lekkie, bardziej zwarte i wytrzymałe łożyska dla każdej generacji pojazdów.

Podczas okresu eksploatacji każda kulka i każdy wałeczek w łożysku koła wykonuje liczbę obrotów równą liczbie obrotów Ziemi wokół własnej osi od czasu wyginięcia dinozaurów. Poza okazyjnymi kłopotami z meteorytami, Ziemi nie dotyczą jednak problemy związane z tarciem, wstrząsami czy brudem.
Masa samochodu jest jednorazowo rozkładana na zaledwie kilku kulkach o powierzchni porównywalnej z główką pinezki. Podczas skręcania działająca na łożysko siła boczna może sięgać połowy masy samochodu. Mimo to łożysko koła jest w stanie wykonywać swoją pracę przez przynajmniej 300 000 km.
Przemysł motoryzacyjny dąży do zwiększenia niezawodności swoich produktów, przy jednoczesnym zmniejszeniu ich masy i kosztów elementów składowych. Oznacza to, że łożyska kół – mimo dużej niezawodności – pozostaną częściami wymagającymi bardzo starannego montażu i konserwacji.
Nie jest to jednak powód do rozpaczy. Postęp dokonuje się cały czas. Od czasu wprowadzenia pierwszej piasty zintegrowanej, ponad 50 lat temu, producenci łożysk bezustannie i z powodzeniem pracowali nad usprawnieniem wymiany uszkodzonych łożysk przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka uszkodzenia nowych łożysk podczas wymiany.


Tysiąc zestawów naprawczych
Nowy model samochodu wymaga 3-5 lat prac koncepcyjnych. W tym czasie producenci dostosowują wszystkie elementy, również łożyska kół, do potrzeb nowego pojazdu. Dlatego też, aby dostarczyć rozwiązania dla większości popularnych modeli samochodów trzeba mieć w ofercie około tysiąca różnych zestawów naprawczych.
Większość samochodów jest wyposażona w piasty zintegrowane, co pozostawia niewiele miejsca na błąd montażowy podczas wymiany części. Piasty są często wyposażone w aktywne wskaźniki lub czujniki układów ABS/TCS i GPS, a w niedalekiej przyszłości – czujniki innych wielkości fizycznych.
Od momentu wyprodukowania samochodu do chwili, gdy klienci zaczynają poszukiwać części zamiennych na rynku, mija około 10 lat, ale firma SKF dba o dobre zaopatrzenie rynku części samochodowych z dużym wyprzedzeniem.
Odstęp pomiędzy produkcją części oryginalnie montowanych w pojeździe a produkcją części zamiennych powoduje, że wałeczkowe łożyska stożkowe stanowią przypuszczalnie do 40 procent obecnie dostarczanych części. Ponieważ zewnętrzne i wewnętrzne pierścienie łożysk nie są połączone, wszystkie czynności, poczynając od smarowania, do pozycjonowania i wstępnego ustawiania, muszą zostać wykonane podczas montażu. Pomimo niewielkiej masy, wałeczkowe łożysko stożkowe jest bardzo wytrzymałe. Z tego względu jest wciąż stosowane w nowych, cięższych samochodach, zwłaszcza produkowanych w Ameryce.


Pierwsza piasta zintegrowana
„Klasyczna” piasta zintegrowana HBU1 została opracowana w celu ułatwienia montażu i serwisu. Jest ona oparta na dwurzędowym skośnym łożysku kulkowym lub wałeczkowym. Dwóm pierścieniom wewnętrznym i pierścieniowi zewnętrznemu odpowiada zapewniający właściwy odstęp, odpowiedni układ kulek, które są nasmarowane i uszczelnione na cały okres eksploatacji łożyska.
 ]1L[
„Szczelność ma kluczowe znaczenie dla wszystkich łożysk. Jeśli wskutek utraty szczelności do środka łożyska dostanie się brud lub woda, łożysko przestanie nadawać się do użytku. Brud pomiędzy kulkami a powierzchnią toczną powoduje łuszczenie się i powstawanie pęknięć. Rdza, spowodowana przez dostanie się wody do środka łożyska, ma podobne skutki. Konstrukcja uszczelniacza (wielowarstwowa) i materiał, z którego jest wykonany, powinny gwarantować całkowite zabezpieczenie łożyska przed brudem i wodą przy jednoczesnym dopuszczeniu do wyciekania niewielkich ilości smaru” – mówi Mia Bokmark, menedżer produktu w Dziale Części Samochodowych SKF Automotive Division.
Piasta zintegrowana HBU1 jest zazwyczaj stosowana w kołach napędzanych z uwagi na powstawanie chwilowych obciążeń podczas skręcania, przy czym w cięższych pojazdach stosuje się łożyska wałeczkowe, a w lżejszych – kulkowe.
W przeciwieństwie do łożysk stożkowych może być wyposażona w czujnik pasywny, np. pierścień ABS-u jako pierścień wskaźnika, lub we wskaźnik magnetyczny dla czujników aktywnych. Ten ostatni dostarcza danych do układów ABS/TCS lub GPS, nawet jeśli pojazd stoi w miejscu. Oczywiście pod warunkiem, że został właściwie zamontowany. Z drugiej strony, łożysko stożkowe może być stosowane jedynie z czujnikami pasywnymi z uwagi na brak zintegrowanych uszczelniaczy, mogących pomieścić wskaźnik magnetyczny.
Nawet jeśli piasta zintegrowana HBU1 eliminuje konieczność wykonania pewnych czynności podczas montażu i wymiany łożysk, wciąż wymaga właściwego dociśnięcia zarówno do osi, jak i do zwrotnicy, a następnie dokręcenia z właściwą siłą, aby uzyskać odpowiednie obciążenie wstępne. Jest to dość skomplikowana operacja. Dlatego SKF zaprasza do bliższego zapoznania się z piastą zintegrowaną HBU2.

Integracja samej piasty
Piasta zintegrowana HBU2 jest wyposażona w zewnętrzny lub wewnętrzny pierścień z wbudowanym kołnierzem, pełniącym funkcję oddzielnej piasty. Oznacza to, że zewnętrzna (lub wewnętrzna) bieżnia jest częścią kołnierza wyposażonego w gwintowane otwory lub szpilki i czop, umożliwiający wyśrodkowanie hamulca i koła oraz ich montaż. Dopuszczalne odchylenia od idealnego ustawienia wynoszą zaledwie kilka tysięcznych milimetra.
„Integracja piasty oznacza ograniczenie liczby dociśnięć z dwóch do jednego. Minimalizuje to ryzyko uszkodzenia powierzchni zwrotnicy lub samego łożyska, jak również chybotania bębnów lub tarcz hamulców na skutek nierównoległego montażu. Ma to szczególne znaczenie dla klientów-majsterkowiczów” – mówi Mia Bokmark.
 ]2P[
Piasta zintegrowana HBU2 jest stosowana zazwyczaj z obrotowym pierścieniem zewnętrznym w kołach nie napędzanych. Piasta zintegrowana HBU2 jest owocem dużego postępu technologicznego, lecz w dalszym ciągu wymaga starannego dociśnięcia do osi lub zwrotnicy, jak również przestrzegania szczegółowych instrukcji dotyczących wszelkich istniejących modeli samochodów i zawierających informacje o właściwym momencie dokręcania nakrętki środkowej.


Piasty zintegrowane trzeciej generacji
Aby dodatkowo ułatwić montaż i serwisowanie piast, większość producentów samochodów stosuje w swoich pojazdach piasty nowej generacji – piasty zintegrowane HBU3. Ta w pełni zintegrowana piasta wymaga w najbardziej zaawansowanej wersji wyłącznie dokręcenia nakrętki.
 ]3L[
„Możemy rozciągnąć materiał zewnętrznego pierścienia i docisnąć go nad luźnym pierścieniem wewnętrznym za pomocą nitów kołpakowych, co zapewnia uzyskanie właściwego obciążenia wstępnego łożyska podczas produkcji” – wyjaśnia Mia Bokmark.
W każdym razie, kołnierz pierścienia zewnętrznego można bezpośrednio przymocować za pomocą śrub do zawieszenia, a obrotowy pierścień zewnętrzny jest wyposażony w otwory lub szpilki umożliwiające montaż hamulca i koła. Piasta zintegrowana HBU3 jest stosowana zarówno w kołach napędzanych, jak i nie napędzanych. W przypadku kół napędzanych moment obrotowy jest przekazywany do pierścienia wewnętrznego za pośrednictwem wielowypustu ewolwentowego. Wewnątrz piasty znajduje się oddzielny pierścień wewnętrzny wewnętrznego rzędu kulek, montowany za pomocą pasowania z wciskiem, który maksymalnie zwiększa wytrzymałość na dopuszczalne obciążenia dynamiczne. Konstrukcja piasty zintegrowanej HBU3 ułatwia również montaż kompletnych układów elektronicznych ABS/TCS.


Gdy rynek części zamiennych wytycza drogę
Prace rozwojowe nie kończą się jednak na piaście zintegrowanej HBU3. Istnieje nowe rozwiązanie, które umożliwia większą swobodę rozmieszczenia układu zawieszenia i układu kierowniczego w samochodach z napędem na przednie koła. W piaście zintegrowanej HBU Compact HHM4 (moduł piasty i półosi napędowej o konstrukcji zwartej) łożysko jest zintegrowane z przegubem uniwersalnym homokinetycznym. Umożliwia to osiągnięcie mniejszego promienia skrętu, zmniejszenie masy oraz dalsze uproszczenie montażu i demontażu. Konstrukcja jest obecnie testowana w niektórych modelach samochodów.
Piasty zintegrowane są de facto standardem na rynku części oryginalnie montowanych w pojazdach, a większość producentów stosuje obecnie piasty zintegrowane HBU3. Produkty te będą również zdobywały coraz większą popularność na rynku części samochodowych. Można wymienić jednak przynajmniej kilka przykładów, dowodzących, że czasami rynek zamiennych części samochodowych wyprzedza rynek części montowanych oryginalnie.
Cóż stoi na przeszkodzie, by zintegrować piastę zintegrowaną HBU1 z bębnem hamulcowym, aby wydłużyć czas eksploatacji łożyska, zmniejszyć jego wagę, skrócić czas montażu i ograniczyć ryzyko braku równowagi? Można również zintegrować piastę z tarczą hamulcową w celu zwiększenia sztywności koła i zapobieżenia odkształceniom tarczy hamulca, spowodowanym przez zacisk hamulca lub nieodpowiednią temperaturę.
„Pod pewnym względem wyprzedzamy o krok producentów samochodów, jeśli chodzi o innowacyjne rozwiązania. Kompletny układ oznacza mniejsze problemy podczas montażu i użytkowania” – mówi Mia Bokmark.
Dwie piasty zintegrowane, HBU5 ze zintegrowanym bębnem hamulcowym i HBU6 ze zintegrowaną tarczą hamulcową, dla niektórych modeli są już dostępne na rynku. Piasta zintegrowana HBU6 jest powszechnie stosowana w niezwykle wymagających samochodach wyścigowych.

Doskonałe widoki na przyszłość
Wiele ekscytujących wynalazków czeka tuż za rogiem. Obecnie trwają testy „łożyska powietrznego”, opracowanego przez firmę SKF, a prowadzone przez producenta opon we współpracy z producentem samochodów. Inteligentny system zarządzania powietrzem w kołach (TIPM) podczas jazdy monitoruje i reguluje ciśnienie w oponach. Łożysko jest wyposażone w kanał przepuszczający powietrze przez jego elementy statyczne i obrotowe. System obejmuje czujniki z nadajnikami radiowymi, układ sterujący i wyświetlacz, a także sprężarkę powietrza i system dystrybucji powietrza. Dzięki temu można nie tylko wyrównywać straty powietrza występujące wskutek naturalnych ubytków lub przebić, lecz również dostosowywać ciśnienie w oponach do ładunku, warunków drogowych i prędkości.
Łożysko stanowi połączenie między ruchomymi i nieruchomymi częściami pojazdu, co czyni z niego doskonały punkt pomiarowy. Łożyska dostarczają układowi GPS dodatkowych danych dotyczących pozycji pojazdu; wysyłają również informacje do systemu ABS i systemu antypoślizgowego. Wkrótce w naszych samochodach montowane będą inteligentne łożyska monitorujące temperaturę koła, mierzące obciążenie, oceniające poziom hałasu i zamieniające te informacje na inteligentne sygnały, które komputer pokładowy będzie wykorzystywał w celu zwiększenia bezpieczeństwa i komfortu jazdy.
Zobaczymy też nowe układy napędowe, zasilanie różnymi rodzajami paliwa, a także elektryczne układy napędowe. To wszystko będzie miało oczywiście wpływ na konstrukcję pojazdu i funkcjonowanie łożysk kół. W dalszym ciągu będziemy też obserwować nacisk na redukcję masy pojazdów i kosztów przy jednoczesnym wzroście niezawodności. Łożyska będą jednak nadal wymagały uważnej obsługi.


Nie czytaj tego, jeśli jesteś ekspertem w dziedzinie wymiany łożysk
Na początku tego artykułu padło stwierdzenie, że łożysko pracuje przez 300 000 km pod warunkiem właściwej obsługi – co więc może się zepsuć?
„Jeśli przyjrzymy się potencjalnym zagrożeniom podczas montażu samochodowych części zamiennych, zauważymy, że dotyczą one w mniejszym stopniu dużych, wytrzymałych łożysk, które są jednak droższe i cięższe” – mówi Mia Bokmark.
Łożyska mogą ulec uszkodzeniu pod wpływem złych warunków drogowych lub przedostania się do wewnątrz wody czy kurzu – czasami w konsekwencji czyszczenia pod wysokim ciśnieniem. Równie duże ryzyko uszkodzenia niesie jednak brak staranności podczas montażu i obsługi łożyska w stacji naprawczej.
„Oglądałam kiedyś popularny program dla majsterkowiczów, w którym tak zwany ekspert demonstrował wymianę łożyska przy użyciu młotka. Uderzał nim w łożysko tu i tam, coś strasznego. Osobiście nie użyłabym potem tego łożyska” – mówi Mia Bokmark. „Mimo że łożysko wygląda jak duży kawałek metalu, jest jednak bardzo delikatne. Jeśli upadnie z wysokości, należy je po prostu wyrzucić”. Podczas montażu piasty zintegrowanej HBU ze wskaźnikiem magnetycznym (pierścień ABS-u) należy chronić ją przed kontaktem z przedmiotami magnetycznymi, oraz przed wstrząsami i uderzeniami. Należy również upewnić się, że piasta jest montowana odpowiednią stroną do czujnika ABS. W przeciwnym razie ten niezwykle ważny układ nie będzie działał.
Należy używać odpowiednich narzędzi, przeczytać instrukcję i upewnić się, że części i smar są czyste (w przypadku łożysk stożkowych). Nie należy nigdy ponownie stosować używanych części, takich jak nakrętki lub śruby – radzi Mia.
Wie, co mówi. Pewnego razu, wkrótce po wyjechaniu ze stacji naprawczej jej samochód zaczął hałasować jak lecący helikopter. Ogranicznik prędkości? Nie. W stacji ponownie użyto tej samej nakrętki, która się wykręciła, powodując utratę obciążenia wstępnego przez łożysko.

„Zestaw naprawczy do kół zawiera wszystkie części (najczęściej oryginalne) niezbędne do profesjonalnego przeprowadzenia montażu. Do zestawu dołączona jest również odpowiednia instrukcja. Wielu dystrybutorów oferuje szkolenia dla pracowników stacji naprawczych i punktów dealerskich. Warto z nich korzystać” – mówi Mia Bokmark.

Komentarze

Brak komentarzy!