Wysiłki inżynierów skupione są na wydłużeniu przebiegów, a to dzięki nowatorskiej technologii wytwarzania bieżni łożysk i nowemu podejściu do zagadnień trybologii pracujących powierzchni. Na rynku wtórnym standardem są dziś wstępnie zmontowane zestawy naprawcze.

W konstrukcjach pojazdów samochodowych stosowane są zarówno łożyska ślizgowe, jak i toczne. Te drugie należą do najbardziej rozpowszechnionych elementów konstrukcyjnych większości podzespołów.
Na początku nieco o doskonaleniu takich części. Współczesne łożyska są produkowane zgodnie z bardzo surowymi normami, z mikronową i submikronową dokładnością wymiarów i geometrii. Bardzo ważne jest, aby podczas montażu łożysko zabezpieczone było przed wnikaniem zanieczyszczeń twardych i miękkich. Tu pierwsza wskazówka. Dotykanie łożysk gołymi rękami może spowodować korodowanie ich powierzchni, przyczyną jest wilgoć o kwaśnym odczynie lub inne zanieczyszczenia, które mogą znajdować się na rękach. To dlatego podczas pracy z nimi najlepiej stosować niepylące rękawice ochronne.

Łożyska wysokosprawne
Zmniejszanie tarcia, szczególnie w piastach, które podtrzymują nadwozie pojazdu i są niezbędne do płynnego obracania się kół, pozwala na zmniejszanie emisji CO2. Ulepszenia polegają na zmniejszeniu lepkości oleju bazowego. Na podstawie szacunków NSK piasty wypełnione nowo opracowanym smarem pozwalają zwiększyć oszczędność paliwa i zarazem zasięg pojazdów elektrycznych o 0,6%, co odpowiada redukcji masy akumulatora o 1,4 kg. Ponadto obliczenia NSK przewidują, że wdrożenie nowych łożysk pozwoli na obniżenie emisji CO2 o około 345 000 ton do 2026 r.

HUB-y, nowe łożyska stożkowe NSK o niskim współczynniku tarcia, mogą być montowane w pojazdach dowolnego typu, ponieważ oferują dużą trwałość w trudnych warunkach skąpego smarowania. Skąpe smarowanie jest powszechniejsze, niż się uważa. Po uruchomieniu i przejechaniu pierwszych kilku kilometrów dla zaoszczędzenia energii w pojazdach elektrycznych często wyłączana jest pompa olejowa, co prowadzi do ograniczonego (skąpego) smarowania. Wyzwaniem jest także uruchamianie pojazdu elektrycznego w niższych temperaturach, powodujących dramatyczne zwiększenie lepkości oleju, prowadzące do utrudnień w doprowadzaniu oleju do łożysk. Nowe łożyska stożkowe NSK charakteryzują się siedmiokrotnie większą odpornością na zatarcie po wyłączeniu pompy olejowej w porównaniu do oferowanych przez firmę alternatywnych łożysk standardowych. Kolejną korzyścią jest możliwość takiego przeprojektowania łożysk przekładni smarowanych z użyciem systemów kąpieli olejowej, aby zastosować w nich bardziej efektywne układy smarowania wtryskowego. W porównaniu ze standardowymi łożyskami stożkowymi NSK te najnowsze wymagają 95% mniej oleju smarnego, aby nie ulec zatarciu. W rezultacie możliwe jest zastosowanie mniejszej pompy olejowej. Takie łożyska mają także mniejszą szerokość, a to dzięki optymalizacji kształtu koszyka. W porównaniu do standardowych są o 10% węższe i 5% lżejsze.

Miarą wydajności ruchu obrotowego łożyska jest iloczyn średnicy podziałowej łożyska (dm) i prędkości obrotowej (n). O ile wartość dm dla poprzedniej (drugiej) generacji ultraszybkich łożysk kulkowych do silników EV wynosiła 1,4 mln i stanowiła znaczący postęp w technologii konstrukcji koszyków łożysk oraz rozwiązań przeciwzatarciowych, to dla trzeciej generacji wartość ta wynosi 1,8 mln, więc są zdolne do pracy z jeszcze wyższymi prędkościami.

Niski współczynnik tarcia i wysoka obciążalność
Sprostanie tego typu wyzwaniom nie jest łatwe, skoro od przemysłu motoryzacyjny wymaga się zwiększania poziomu downsizingu (ograniczania wielkości układów napędowych) w celu poprawy oszczędności paliwa przy jednoczesnym stałym zaostrzaniu prawodawstwa UE dotyczącego emisji CO2. W praktyce warsztatowej? Liczy się eliminacja błędów montażowych.

Jeśli w układach napędowych zastosowano źle dobrane lub wyspecyfikowane łożyska, może wystąpić wiele niekorzystnych zjawisk. Typowe uszkodzenia łożysk przekładni obejmują złuszczanie powierzchni tocznych, korozję cierną, uszkodzenie koszyka i zjawisko pełzania, a wszystkie one generują niepożądane konsekwencje. Do złuszczania powierzchni w układach napędowych dochodzi wtedy, gdy z powodu zmęczenia tocznego fragmenty materiału łożyska odpryskują od gładkiej powierzchni bieżni lub elementów tocznych, tworząc obszary o chropowatej teksturze. Tego typu mechanizm uszkodzeń może wynikać z różnych przyczyn, w tym z nadmiernego obciążenia oraz penetracji wnętrza łożyska przez ciała obce. W przypadku ograniczenia wnikania zanieczyszczeń, co stanowi kolejną częstą przyczynę złuszczania się łożysk układu napędowego, bardzo skuteczna i popularna okazała się seria rozwiązań TM firmy NSK. Ten rodzaj uszczelnienia jest szczególnie wydajny w układach napędowych pojazdów do zastosowań rolniczych, gdzie gwarantuje nawet 2,5--krotnie dłuższą żywotność w porównaniu do łożysk otwartych.

Większość napraw łożysk kół do samochodów ciężarowych, przyczep i autobusów nadal odbywa się przy użyciu konwencjonalnych łożysk stożkowych. Łożyskowania kół nienapędzanych w pojazdach użytkowych mają zewnętrzne średnice od 90 do 210 mm, czym zdecydowanie różnią się od analogicznych rozwiązań konstrukcyjnych w samochodach osobowych i segmentu LCV (lekkich dostawczych). Ich walor (nośność) okupiony jest niestety znaczną pracochłonnością operacji wymiany uszkodzonych łożysk. Konstrukcja – obojętnie, czy mowa o zwrotnicy w przypadku kół przednich, czy o osi kół tylnych w ciężarówkach – wymaga okresowego serwisowania, obejmującego zależnie od potrzeby i zaleceń producenta pojazdu: regulację wstępnego luzu łożysk, wymianę smaru i łożysk.

Standardowe łożyska stożkowe
Te zużywają się podczas eksploatacji, ale nierzadko ulegają uszkodzeniom także ze względu na niewłaściwy montaż pierścieni zewnętrznego i wewnętrznego, skoro te są demontowane i montowane niezależnie od siebie. Wymieniane łożyska stożkowe należy oczywiście nasmarować. Inżynierowie Schaeffler oszacowali, że ograniczenie możliwości popełnienia błędów montażowych przy wymianie może zwiększyć żywotność tych podzespołów nawet o połowę, a przecież ponadnormatywne zużycie to kumulacja wielu trudnych do uniknięcia w warunkach warsztatowych przypadków. Możliwe miejsca zabrudzenia łożysk muszą być wolne od kurzu i suche. Jak trudne do spełnienia są te warunki? Podczas naprawy układu hamulcowego tradycyjne łożyska stożkowe mogą zostać zanieczyszczone w trakcie demontażu piasty koła razem z tarczą hamulcową lub bębnem. Z tego powodu łożyska muszą zostać zdemontowane, odtłuszczone i ponownie nasmarowane, podobnie jak piasta. Koszty pracochłonnej wymiany?

– Obowiązujące instrukcje producentów pojazdów delegują na ten czas dwuosobowy zespół, który dokonuje całej operacji w 25-27 krokach, co wymaga zwykle 8 rbg – przybliża realia Keith Leadbeater z fabryki FAG w Berndorf w Austrii, gdzie opracowano zestaw naprawczy FAG SmartSET. – Skoro kompleksowo podeszliśmy do całkowitych kosztów eksploatowania floty pojazdów, to w efekcie 3-letnich prac powstał zestaw, który rewolucjonizuje kwestię czasu naprawy, eliminując do zera możliwość popełnienia błędów montażowych! Dość powiedzieć, że z zestawami FAG SmartSET pracujemy w pojedynkę, wykonując tylko 11 czynności i oszczędzając przy tym nawet 2 godziny. Walory te są nie do przecenienia nie tylko dla aftermarketu.

FAG SmartSET to oczywiście gotowe do montażu rozwiązanie naprawcze łożysk kół dla samochodów ciężarowych, autobusów i przyczep przygotowane specjalnie dla rynku części zamiennych. Takie skompletowane zestawy naprawcze mają dziś w swym portfolio wszyscy renomowani producenci łożysk, by wspomnieć NSK ProKIT czy wstępnie zmontowane zestawy piast Preset Hub marki SKF, które znajdują zastosowanie w ciężarówkach marek Volvo i Renault. A i tak producenci zastrzegają, że łożyska tego typu nie należą do najprostszych do zainstalowania części. Dlaczego? Ponieważ przed montażem należy porównać nowe łożysko z zamontowanym, a ich zdaniem wybór niewłaściwego to najczęstszy błąd popełniany przez mechaników.
Jeszcze więcej uwagi wymagają łożyska z enkoderami. NTN-SNR jest pomysłodawcą systemu ASB (Active Sensor Bearing), technologii umożliwiającej funkcjonowanie wszystkich układów inteligentnych w pojeździe, jak ABS, ESP, wspomaganie ruszania na wzniesieniu, nawigacja. Obecnie wszystkie nowe samochody są wyposażone w ten system.

– Montaż łożysk wydaje się łatwą operacją, oczywiście pod warunkiem, że zostanie przeprowadzony bardzo starannie, a mechanik wykaże się wiedzą, dzięki której będą one pracowały długo i bezproblemowo oraz nie zostaną uszkodzone już podczas montażu – zauważa Andrzej Kowalski, specjalista ds. produktu i szkoleń technicznych, NTN-SNR Polska Sp. z o.o. – W przypadku łożysk nie jest ważne, jak dany samochód wypada w rankingach bezawaryjności. Niektóre jego elementy po prostu zużywają się podczas eksploatacji, więc konieczna jest wymiana.

Według NTN-SNR przebieg łożyska w kole może osiągnąć nawet 150 000 km, ale zależny jest przede wszystkim od jego obciążenia, stylu jazdy oraz ewentualnych zanieczyszczeń, takich jak sól w zimie lub pył.
Przyczynami powstawania hałasu w pracującym łożysku może być odciśnięcie kulek/wałeczków w bieżniach powstałe przy nieprawidłowym montażu. Zużycie kulek i bieżni to z kolei skutek nierównomiernego napięcia osiowego wałka osadzonego w łożysku. Korozja bieżni lub kulek/wałeczków powstaje w wyniku dostania się wody do wnętrza łożyska. Rozwarstwienie zmęczeniowe to efekt zbyt dużych obciążeń łożyska. Zmęczenie powierzchniowe powstaje przez przegrzanie łożyska lub ubytek środka smarnego.
Producenci markowych łożysk dla pojazdów ciężarowych deklarują, że normatywne zużycie takich następuje po ok. milionie kilometrów. To szacunki, bo gdy przeładowywać pojazd ponad dmc, to dojdzie do rozwarstwienia zmęczeniowego, a czasem też do efektu Brinella, czyli odciśnięcia się kulek w bieżni łożyska na skutek długotrwałego nacisku spoczynkowego.

Rafał Dobrowolski
Fot. materiały firm: 
FAG, NSK, NTN-SNR