Strona 1 z 6
Temat: Regulacja luzu w ułożyskowaniu kół.
Data: 08.12.2020r.
Czas zajęć: 5 godzin
Prowadzący: Michał Kuberski
1. Najstarszym rozwiązaniem łożyskowania piasty koła nie napędzanego jest zastosowanie dwóch łożysk tocznych stożkowych.
Łożyska stożkowe mają dwa oddzielne pierścienie: wewnętrzny i zewnętrzny. Pierścienie wewnętrzne mają wewnętrzną bieżnię, wałeczki i koszyczek. Pierścienie zewnętrzne osadzone są w gniazdach piasty z pasowaniem ciasnym i są wykonane z hartowanej stali, zapewniającej uzyskanie gładkiej powierzchni, po której toczą się wałeczki. Łożyska takie przenoszą
obciążenia promieniowe i osiowe. Z uwagi na to, że obciążenia osiowe mogą być przenoszone tylko w jednym kierunku, łożyska montowane są w piaście parami i ustawione względem siebie przeciwstawnie. Zazwyczaj łożysko wewnętrzne ma większą średnicę. Niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania jest możliwość wymiany uszkodzonego łożyska przy minimalnym nakładzie kosztów, choć okupiona niestety znaczną pracochłonnością takiej operacji. Wynika ona między innymi z tego, że łożyska stożkowe wymagają dużej dokładności podczas
wykonywania czynności montażowych. Bardzo istotnym warunkiem jest ustalenie i regulacja luzu osiowego pary łożysk. Wielkość tego luzu, względnie nacisku wstępnego zależy od warunków pracy. Czynnikiem warunkującym wartość tego parametru jest temperatura pracujących łożysk pod obciążeniem. Jeżeli w czasie pracy – w wyniku różnej rozszerzalności cieplnej wału, oprawy i łożyska – przewidziane będzie zmniejszenie luzu, początkowy luz powinien mieć taką wartość, aby wykluczyć możliwość zatarcia łożyska. Luz reguluje się poprzez właściwe dokręcenie centralnej nakrętki czopa piasty koła, a jego właściwą wartość osiąga się za pomocą klucza dynamometrycznego. Wielkość momentu dokręcającego zależna jest od wielkości łożyska i zawiera się z reguły w granicach 30 – 50 Nm dla piast kół
samochodów osobowych. Następnie należy odkręcić nakrętkę o około 30º, tj. 1/12 obrotu, co zapewni nam żądaną wielkość luzu osiowego. W pierwszym rzędzie należy jednak kierować się instrukcją serwisową naprawianego pojazdu.
Należy dodać, że łożyskowanie piast kół napędzanych również może być realizowane przy pomocy dwóch łożysk stożkowych, na podobnych zasadach jak opisane powyżej przy czym bieżnie zewnętrzne tych łożysk osadzone są w oprawie przytwierdzonej do elementów zawieszenia, a bieżnie wewnętrzne na czopie półosi zakończonej kołnierzem mocowania koła jezdnego.
Przykłady zastosowania tradycyjnego łożyskowania piasty nie napędzanej przedstawia rysunek 1, a piasty napędzanej rysunek 2
Strona 2 z 6 We współczesnych nowoczesnych samochodach z napędem na tylne lub przednie koła, do ich łożyskowania są stosowane z powodzeniem od kilku już lat piasty zespolone. Dla producentów szczególnie ważne stało się stworzenie konstrukcji węzła łożyskowego zajmującego jak
najmniej miejsca w kierunku osiowym. W odróżnieniu od tradycyjnej piasty z dwoma
pojedynczymi łożyskami stożkowymi zastosowano tu między innymi łożyska kulkowe skośne dwurzędowe. Jedną z zalet stosowania piasty zespolonej jest to, że w większości przypadków jest ona uszczelniona i nasmarowana na cały okres użytkowania. Poza tą niewątpliwą zaletą można wymienić jeszcze kilka innych:
ustalony luz wzdłużny łożyska,
zwarta budowa w kierunku wzdłużnym, mały ciężar masy nieresorowanej, znacznie ułatwiony montaż.
Dążenia producentów samochodów do maksymalnego uproszczenia konstrukcji oraz do wysokiej niezawodności i niemal całkowitej bezobsługowości przynajmniej niektórych podzespołów doprowadziły do ewolucyjnych zmian konstrukcji łożysk kulkowych, co zaowocowało powstaniem kolejnych rozwiązań nazwanych kolejnymi generacjami.
Zespolona piasta pierwszej generacji ( rys.3) została wyposażona w dwurzędowe skośne łożysko kulkowe, w którym jedna z bieżni wewnętrznych opiera się o czaszę kulistą przegubu półosi napędowej, a druga dociskana jest do niej przez centralną nakrętkę piasty. Wielkość naprężenia łożyska ustalona jest przez producenta pojazdu wielkością momentu dokręcenia nakrętki centralnej. Należy pamiętać, że w wielu pojazdach nakrętka ta posiada wstępne naprężenie gwintu i jest jednorazowego użytku!
Rozwiązanie takie zastosowano między innymi w samochodach Opel Kadett, Astra, Vectra, Volkswagen Golf i innych.
W zespolonej piaście drugiej generacji (rys.4) posunięto się do zupełnie nowatorskiego rozwiązania. Zrezygnowano bowiem z obsady łożyska na rzecz rozbudowania jego bieżni zewnętrznej o kołnierz zastępujący piastę. Bezpośrednio do niego mocowane są elementy wirujące układu hamulcowego i koło jezdne. Spowodowało to ograniczenie liczby elementów, zmniejszenie masy nieresorowanej i obniżenie kosztów produkcji. Rozwiązanie takie
zastosowano w samochodzie Nissan Primera.
Strona 3 z 6 W rozwiązaniu trzeciej generacji (rys.5) możemy mówić o łożysku będącym jednocześnie piastą i zwrotnicą koła. Konstrukcja powstała w wyniku analizy zespołu koło – łożysko i wszystkich elementów im towarzyszących. Przez zastosowanie kołnierza mocującego na pierścieniu zewnętrznym można go przymocować do elementów zawieszenia koła. W prostej linii może być np. zwrotnicą koła kierowanego. Pierścień wewnętrzny z odpowiednio
ukształtowanym kołnierzem pełni rolę piasty, do której mocuje się tarczę hamulcową i koło jezdne. Łącznik – czop przegubu napędowego z wielowypustem jest zamocowany
bezpośrednio w otworze pierścienia wewnętrznego zarówno przy napędzie na koła przednie jak i tylne. Cały zespół jest lżejszy, prosty w budowie i montażu. Konstrukcja tego rodzaju została zastosowana między innymi w autach Fiat Panda i Ford Mondeo.
W kołach samochodów niezależnie od generacji piasty łożyska są smarowane smarem stałym (plastycznym). Zespoły te narażone są na liczne uszkodzenia wynikające z techniki jazdy i umiejętności kierowcy oraz z warunków, w jakich eksploatowany jest pojazd.
W pracach prowadzonych nad konstrukcją samochodowych łożysk tocznych wytyczono trzy główne kierunki badań, które obejmują zagadnienia trwałości, smarowania i uszczelnienia łożysk. Łożyska powinny mieć trwałość minimum 15 lat, ponieważ tak określana jest średnio trwałość samochodu. Oznacza to, że taką samą trwałość powinien mieć również smar i uszczelnienia, aby zapewnić niezawodność działania węzła łożyskowego przez cały okres żywotności samochodu.
W piastach tradycyjnych z łożyskami stożkowymi zastosowanie mają pierścienie uszczelniające Zimmera najczęściej z pojedynczą wargą. Wynika to z faktu takiego rozwiązania
konstrukcyjnego węzła łożyskowego, które uniemożliwia stosowanie łożysk zamkniętych.
Piasty zespolone zostały z założenia zaprojektowane w taki sposób, aby zastosować łożyska zamknięte. Uszczelki tych łożysk muszą w skuteczny sposób chronić łożysko przed
zanieczyszczeniami i wilgocią. Najlepszymi uszczelkami są uszczelnienia stykowe z gumy, tworzyw sztucznych i innych materiałów, wzmocnione wkładkami metalowymi, z tworzyw lub włókna szklanego.
Przykłady niektórych rozwiązań przedstawiono na rysunku 6.
Uszczelka dwuwargowa
Strona 4 z 6 Uszczelki podwójne
Uszczelnienie łożyska trzeciej generacji
Uszczelnienie łożyska trzeciej generacji
Do łożysk samochodowych w większości przypadków stosuje się smary litowe. Są to smary plastyczne wykonane na bazie mydeł litowych i oleju mineralnego. Smary litowe stosowane w Europie nadają się do pracy w zakresie temperatur od –30ºC do 120ºC. Są odporne na
działanie wody, chronią przed korozją, są odporne na starzenie i nadają się do pracy przy wysokich prędkościach obrotowych łożyska.
Należy pamiętać o tym, że aby uzyskać założoną trwałość łożysk kół, podczas wykonywania czynności obsługowo – naprawczych należy zachować daleko idącą czystość podzespołów, narzędzi i środków pomocniczych, stosować się do zaleceń producenta i nie przesadzać z nadmierną ilością smaru, ponieważ jego nadmiar powoduje wzrost temperatury łożyska w czasie pracy, a smar może ulec rozkładowi. Nie należy również “po swojemu” ładować smarem zamkniętych łożysk wypełnionych fabrycznie ładunkiem smaru.
Łożyska oczywiście zużywają się w sposób naturalny. Zachodzą w nich procesy zmęczeniowe objawiające się drobnymi wykruszeniami powierzchni oraz ścierne zużycie powierzchni roboczych. Oprócz naturalnych procesów zużycia, utrata przez łożysko zdolności do pracy może być spowodowana najczęściej przez:
• błędy wykonawcze,
• niewłaściwą konserwację i magazynowanie,
• niewłaściwy dobór łożyska do warunków eksploatacyjnych, stosowanie źle dobranych zamienników lub wybranie łożyska kiepskiej jakości,
• niewłaściwy lub niestaranny montaż w węźle łożyskowym,
• użycie niewłaściwego smaru lub dopuszczenie zanieczyszczeń,
• eksploatację pojazdu z uszkodzonym uszczelnieniem piasty lub łożyska.
Strona 5 z 6 Objawy zużycia lub uszkodzenia łożysk piasty koła mogą być bardzo różne. Poniżej przytaczam najczęściej występujące:
• wibracja kół jezdnych i drgania układu kierowniczego,
• głośna praca kół jezdnych,
• stukot i wzrastający szum,
• “wycie” obracającego się koła szczególnie przy niektórych prędkościach jazdy,
• przytłumione odgłosy tarcia metalicznego.
Przy pewnym doświadczeniu i praktyce warsztatowej można na podstawie oceny słuchowej występujących objawów ustalić przypuszczalne uszkodzenie łożyskowania i skierować pojazd do naprawy nie czekając na kłopotliwą awarię na drodze i związane z nią dodatkowe koszty.
2. Oględziny zewnętrzne i sprawdzenie luzów w układzie
Podczas oględzin zewnętrznych należy sprawdzić mocowanie przekładni i kolumny
kierowniczej oraz szczelność przekładni. Koło kierownicy powinno obracać się swobodnie, bez zacięć i nadmiernych oporów. Po uniesieniu przodu samochodu należy sprawdzić stan
drążków mechanizmu zwrotniczego, połączeń przegubowych oraz zabezpieczeń. Podczas skręcania jednego z kół należy sprawdzić szybkość reagowania drugiego koła. W czasie jazdy próbnej należy zwrócić uwagę, czy wykonywanie skrętów nie wymaga przyłożenia zbyt dużej siły oraz czy nie występują drgania koła kierownicy po najechaniu kołami samochodu na nierówności drogi. Występowanie tych objawów wskazuje na niewłaściwą regulację elementów układu kierowniczego. Oględziny zewnętrzne i sprawdzenie luzów układu kierowniczego powinno się przeprowadzić według niżej podanej kolejności.
1. Sprawdzić zamocowanie kolumny kierowniczej:
- uchwycić oburącz kolumnę kierowniczą pod kołem kierownicy,
- mocnymi ruchami usiłować ją poruszyć wzdłużnie i poprzecznie względem jej osi i obserwować ewentualne przesunięcia kolumny.
2. Sprawdzić zamocowanie przekładni kierowniczej:
- uchwycić rękoma koło kierownicy,
- obracać kołem kierownicy w obie strony od położenia środkowego w obrębie ruchu jałowego i obserwować ewentualne ruchy obudowy przekładni względem punktów jej zamocowania.
3. Sprawdzić:
- kompletność elementów mocujących przekładnię kierowniczą do ramy lub nadwozia, - poziom oleju w przekładni,
- szczelność przekładni.
4. Dokonać oceny luzów mechanizmu zwrotniczego:
- unieść przód samochodu,
- uchwycić oburącz koło u góry i u dołu opony, spróbować poruszać kołem poprzecznie do samochodu i obserwować położenie zwrotnicy względem elementów jej osadzenia,
- uchwycić oburącz za oponę na wysokości osi koła, spróbować poruszać kołem na przemian w kierunku skręcania i obserwować, czy ruchy te powodują natychmiastowe ruchy drugiego koła kierowanego oraz koła kierownicy (rys. 1).
5. Dokonać oceny drążków kierowniczych:
- unieść przód samochodu,
- starannie obejrzeć drążki kierownicze, ich połączenia i zabezpieczenia,
- energicznie poruszać drążkami i sprawdzić ich zamocowanie oraz zabezpieczenia.
Za dopuszczalne uznaje się luzy nieznaczne, widoczne dopiero przy bardzo uważnych oględzinach. Nadmierne luzy to luzy łatwo zauważalne, wyraźnie wyczuwalne na styku płaszczyzn łączonych elementów. Nadmiernym luzom często towarzyszy stuk, a zawsze opóźnienie ruchu zespołu spowodowane koniecznością likwidacji luzu w połączeniu.
Strona 6 z 6 Wyczuwalne luzy świadczą o usterkach lub nadmiernym, niedopuszczalnym zużyciu jednego lub kilku elementów układu kierowniczego (rys. 2), na przykład o zużyciu przegubów
kulowych, o poluzowaniu nakrętek mocujących przeguby, o nadmiernym luzie w przekładni kierowniczej lub jej luźnym mocowaniu do nadwozia, o zużyciu tulei metalowo-gumowych sworznia wspornika, a także o luzach w przegubach krzyżakowych. Koło kierownicy nie powinno wykazywać ani luzu wzdłużnego, ani poprzecznego. Ich pojawienie się może być spowodowane luźnym umocowaniem wału kierownicy, zużyciem jego ułożyskowania lub wielowypustu czopa.
3. Próba pełnego skrętu kół
Próba, przeprowadzana przy podniesionym przodzie samochodu, polega na skręcaniu kierownicy w lewo oraz w prawo od środkowego położenia i liczeniu za każdym razem
obrotów. Liczba obrotów koła kierownicy powinna być jednakowa dla skrętu w lewo i w prawo lub mieścić się w granicach dopuszczalnej tolerancji. Spełnienie tego warunku wskazuje, że przekładnia kierownicza przy ustawieniu kół przednich do jazdy na wprost znajduje się w swym środkowym położeniu.
4. Pomiar sumarycznego luzu w układzie kierowniczym
Luz ten ocenia się wzrokowo (orientacyjnie) lub mierzy za pomocą przyrządu (np. LUZ- 1).
Ocena wzrokowa ruchu jałowego koła kierownicy polega na powolnym skręcaniu koła od jednego skrajnego położenia do drugiego, aż rozpocznie się skręcanie kół kierowanych.
Długość łuku, jaki zakreśla w tym czasie dowolny punkt na obwodzie koła kierownicy, jest miarą sumarycznego luzu układu.
Wykonywana w ramach diagnozowania wstępnego bezprzyrządowa kontrola ruchu jałowego koła kierownicy jest oceną mało dokładną, która służy jedynie do wstępnej oceny stanu technicznego układu kierowniczego. Ruch jałowy koła kierownicy jest miernikiem
sumarycznego luzu w całym układzie i w celu jego dokładniejszego określenia konieczne jest wykorzystanie odpowiedniego przyrządu.
Uzyskanie z pomiarów wartości większych od granicznych wskazuje na nadmierne luzy w układzie i konieczność regulacji lub wymiany zużytych elementów.
5. Pomiar siły na kole kierownicy
W celu przeprowadzenia pomiaru należy na koło kierownicy założyć uchwyt dynamometru tak, aby siła dynamometru działała stycznie do obwodu koła kierownicy. Następnie pociągać za dynamometr, aż koło kierownicy obróci się o około 270O w prawo, a potem w lewo od środkowego położenia. Odczytać wartość maksymalnej siły wskazywanej przez dynamometr.
W przypadku wykonywania pomiaru dla kompletnego układu kierowniczego opory skrętu kół kierowanych są miernikiem całkowitych oporów tarcia występujących w układzie
kierowniczym. Koła kierowane powinny być uniesione lub ustawione na obrotnicach. Po odłączeniu mechanizmu zwrotniczego od mechanizmu kierowniczego wartość siły na kole kierownicy jest wskaźnikiem jakości regulacji przekładni oraz stopnia jej zużycia.
PYTANIA DO UCZNIÓW:
1. Wymień rodzaje łożysk?
2. Na czym polegają oględziny luzów w układzie.
3. Na czym polega próba pełnego skrętu kół?
4. Jakie znasz inne metody sprawdzania luzów?
