Łożyska - jakie rodzaje i gdzie występują w samochodzie?

Tam gdzie jest ruch i obciążenia, tam są łożyska. Obciążenie może być wywołane albo samym ruchem, albo ciężarem urządzenia. Rodzajów łożysk jest bardzo dużo, podobnie jak samych rodzajów łożyskowania. Jednak rzeczywistość projektowa to nie widzimisię profesorów z politechniki i ostateczny kształt rozwiązania stanowi wypadkową, w której parametrami są trwałość oraz koszt danego rozwiązania technicznego.

Okazuje się, że konstrukcje łożysk w motoryzacji nie zawsze są znormalizowane. O dziwo (wbrew temu, co mówią mądre uczelniane głowy) te konstrukcje jakoś pracują. Zmiany są skutkiem bardziej konkretnej polityki klienta i ujednolicania konstrukcji niż dopasowaniem do obciążeń – te wymagania spełniane są zazwyczaj z dużym zapasem. Znormalizowane pozostają jedynie np. łożyska w piastach kół czy w mostach. W innych przypadkach dopuszczalne są modyfikacje wymiarów.

Jakie łożyska najczęściej znajdziemy w naszych pojazdach? Z pewnością łożyska toczne, które w swojej pracy wykorzystują tzw. tarcie potoczyste. Podgrupą takich łożysk są najczęściej występujące w samochodach łożyska kulkowe. Występują one w wielu odmianach: jedno- lub dwurzędowych zwykłych, jedno- lub dwurzędowych skośnych oraz wzdłużnych.

Niemal tak samo popularne są łożyska stożkowe, również występujące w kilku wersjach (np. jednorzędowe, dwurzędowe ze wspólnym pierścieniem). Oprócz tego można spotkać łożyska igiełkowe, a czasem też walcowe (jednak te ostatnie stosunkowo rzadko, ponieważ źle przenoszą obciążenia złożone).

A jakie występują rzadko lub w ogóle? Można wyodrębnić np. całą grupę łożysk wahliwych we wszelkich odmianach oraz baryłkowych wzdłużnych.

Z pewnością w silniku. Po pierwsze przy wale głównym, gdzie są zazwyczaj łożyska ślizgowe, choć dawniej stosowane były także łożyska igiełkowe, stożkowe czy walcowe. Drugim miejscem występowania jest rozrząd, w którym także najczęściej spotkamy łożyska ślizgowe. Wyjątkiem są układy z popychaczami rolkowymi (m.in. konstrukcje BMW), które są konstrukcją dość specyficzną, ułożyskowaną na łożyskach igiełkowych, a czasem na kulkowych zwykłych. Występujące tam rolki to konstrukcje zespolone i łożyska te są zazwyczaj niewymienialne. Kolejnym miejscem, gdzie możemy się spodziewać łożyska, są korbowody. Ich rodzaj uzależniony jest zazwyczaj od typu silnika; dla czterosuwowych są to łożyska ślizgowe (jako tulejki ślizgowe), dla dwusuwowych łożyska igiełkowe o ciekawie zdefiniowanej osi symetrii.

Kolejną kopalnią łożysk jest skrzynia biegów i układ napędowy. Po pierwsze wałek sprzęgłowy – łożyska kulkowe dwurzędowe i kulkowe skośne dwurzędowe. Dodatkowo łożysko prowadzące wałka sprzęgłowego w wale korbowym – igiełkowe lub ślizgowe. Najbardziej znane jest łożysko oporowe sprzęgła, które zazwyczaj jest hybrydą łożyska wzdłużnego i skośnego. W skrzyni biegów są także łożyska poszczególnych przełożeń. Koła zębate łożyskowane są najczęściej na złożeniach igiełkowych.

W układzie napędowym opisywane elementy konstrukcyjne stosowane są w mechanizmie różnicowym (łożyska stożkowe). Półosie napędowe to w zależności od nowoczesności projektu łożyska toczne (auta starsze) lub ślizgowe (nowsze). Dodatkowe elementy można wyodrębnić dla napędzania tylnej osi (auta RWD lub AWD). Przy wałku atakującym znajdują się łożyska stożkowe lub zmodyfikowane igiełkowe. Kolejne w przegubach napędowych, gdzie są łożyska ślizgowe lub igiełkowe. W dużej mierze zależy to od wielkości konstrukcji napędu RWD lub AWD.

Ale to nie koniec, bo w samochodzie są przecież inne układy. Wspomnijmy na początek o kierowniczym i zawieszeniu. W niektórych konstrukcjach stosuje się łożysko wahacza, które jest najczęściej lekkim łożyskiem stożkowym. Zdarza się zastępowanie łożyska ślizgowego kulkowym. Jednak zazwyczaj dla użytkownika nie ma to znaczenia, ponieważ są one zamknięte w obudowie i praktycznie niewymienialne osobno. Samych łożysk w układzie kierowniczym jest kilkanaście, począwszy od łożyska w kolumnie kierowniczej, po jednorzędowe kulkowe lub igiełkowe w przekładni kierowniczej. W zawieszeniu jest choćby łożysko amortyzatora - kulkowe, poosiowe.

Zostaje jeszcze układ chłodzenia, paliwowy, elektryczny czy klimatyzacja. Najbardziej znane i często odmawiające posłuszeństwa są łożyska alternatora. Występują przynajmniej dwa i są to zazwyczaj kulkowe, jednorzędowe. W rozruszniku są za to łożyska ślizgowe. Idziemy dalej – pompa paliwowa. W pompie występuje kulkowe łożysko o nieznormalizowanej konstrukcji, a w klimatyzacji jedno- lub dwurzędowe łożyska kulkowe klimatyzatora. Podobnie z pompą wody – tutaj jest łożysko kulkowe lub kulkowo-walcowe, często z uszczelnieniami. W układzie chłodzenia łożyskowany jest także wentylator (łożysko kulkowe lub igiełkowe).

To tylko wybrane przykłady zastosowania łożyska w samochodzie. Pokazuje to, z jak wielu części się on składa. Każde łożysko trzeba odpowiednio dobrać, zależnie od miejsca zastosowania (przestrzeń, wymiary elementów współpracujących) po siły na nich występujące. Te niewielkie elementy znacznie się zmieniły od momentu ich wynalezienia. Dziś są dużo trwalsze i często wytrzymują całe życie samochodu. Analiza sił, rozkładów naprężeń oraz wieloletnie badanie różnych typów łożysk w danych zastosowaniach pozwoliło na zwiększenie trwałości.

Pamiętajmy także, że każde łożysko to źródło hałasu. Niewielkiego, ale gdy zbierze się wszystkie ze sobą, to okazuje się, że i tę składową trzeba uwzględnić podczas ich projektowania i dobierania.