Po wielu miesiącach pracy pracowników Centrum Badań i Rozwoju oraz pracowników wydziałów obróbki tokarskiej i produkcji łożysk stożkowych w FŁT-Kraśnik S.A., uruchomiono produkcję nowego wyrobu jakim jest zespolona piasta łożyskowa trzeciej generacji, której konstrukcja oparta została łożysku stożkowym.
     Zespolone piasty łożyskowe to rozwiązania konstrukcyjne, które łączą w sobie cechy obudów z łożyskiem tocznym. Najczęściej są stosowane do łożyskowania kół jezdnych pojazdów. Ich najbardziej zaawansowane konstrukcje gwarantują uproszczenie fazy montażu u producentów samochodów, zapewniają właściwe luzy, odpowiednią ilość smaru, szczelność trwałość i niezawodną pracę. Pierwotnie koła jezdne samochodów osadzone były na osiach przy pomocy piast z łożyskowaniem ślizgowym. W kolejnym etapie rozwoju wprowadzono łożyska toczne stożkowe jednorzędowe 1, rys. 1 montowane parami i ustawione względem siebie przeciwstawnie lub dwa łożyska kulkowe skośne jednorzędowe. Takie rozwiązanie daje możliwość wymiany uszkodzonego łożyska przy minimalnym nakładzie kosztów, ale przy znacznej pracochłonności. Oprócz uszkodzonego łożyska pozostałe elementy węzła łożyskowego są do ponownego wykorzystania. Pomimo starego rozwiązania tego sposobu łożyskowania jest ono nadal z powodzeniem stosowane w osiach zestawów kołowych, np. naczep samochodów ciężarowych.

Rys. 1. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania piasty koła jezdnego za pomocą dwóch łożysk stożkowych

     Kolejny etap rozwoju to zastosowanie kompaktowego łożyska kulkowego skośnego, rys. 2. W tym rozwiązaniu wykorzystano jeden pierścień zewnętrzny 1 z dwoma bieżniami  oraz dwoma pierścieniami wewnętrznymi 2. Zaletami tego rozwiązania są szczelne i nasmarowane łożyska z ustalonym luzem wzdłużnym i poprzecznym, mniejszy ciężar w stosunku do rozwiązania piasty z dwoma łożyskami stożkowymi i znacznie ułatwiony montaż. To rozwiązanie zostało nazwane łożyskiem piastą pierwszej generacji.

Rys. 2. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą kompaktowego łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego. 1 - pierścień zewnętrzny, 2 - pierścień wewnętrzny, 3 - uszczelka

     Łożysko piasta pierwszej generacji może również występować w odmianie z łożyskiem stożkowym dwurzędowym o dwóch pierścieniach wewnętrznych 2 i jednym dwubieżniowym pierścieniu zewnętrznym 1, rys 3. Pierścienie wewnętrzne mogą być złączone za pomocą pierścienia spinającego.

Rys. 3. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za kompaktowego łożyska stożkowego dwurzędowego. 1 - pierścień zewnętrzny, 2 - pierścień wewnętrzny, 3 - pierścień spinający

     Kolejne uproszczenie konstrukcji oraz dążenie do wysokiej niezawodności przy niemal całkowitej bezobsługowości zaowocowało powstaniem rozwiązania o nazwie łożysko piasta drugiej generacji rys. 4 i rys. 5. Tym razem pierścień zewnętrzny łożyska przejął funkcję obudowy z kołnierzem 1, do której mocowane są elementy wirujące układu hamulcowego i koło jezdne. Uzyskano w ten sposób zmniejszenie liczby elementów, masy oraz obniżono koszty produkcji. Niemniej w przypadku awarii dochodzi do wymiany całej zespolonej piasty co jest dość kosztownym zabiegiem.

Rys. 4. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą łożyska piasty drugiej generacji z wykorzystaniem konstrukcji łożyska kulkowego. 1 - pierścień zewnętrzny z kołnierzem, 2 - pierścienie wewnętrzne, 3 - uszczelka

Rys. 5. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą łożyska piasty drugiej generacji z wykorzystaniem łożyska stożkowego. 1 - pierścień zewnętrzny kołnierzowy, 2 - pierścienie wewnętrzne, 3 - uszczelka

     Bardziej zaawansowanym konstrukcyjnie i technologicznie rozwiązaniem łożyskowania kół jezdnych jest łożysko piasta trzeciej generacji rys. 6 i rys. 7 z wykorzystaniem konstrukcji łożyska kulkowego lub łożyska stożkowego. W tym przypadku pierścień zewnętrzny łożyska przejmuje funkcję obudowy z kołnierzem 1 (tak jak w drugiej generacji), a kołnierzowy pierścień wewnętrzny zwany często flanszą 2, pełni funkcję piasty, do której mocuje się tarczę hamulcową i koło jezdne. Na flanszy wykonana jest jedna bieżnia łożyskowa, drugą stanowi typowy łożyskowy pierścień wewnętrzny 3. W otworze flanszy wykonany jest również wielowypust do przenoszenia momentu obrotowego. Tego rodzaju zespół łożyskowania kół jest nasmarowany, nierozbieralny i praktycznie bezobsługowy. Może być wyposażony w elementy systemu ABS oraz zespołu uszczelek.

Rys. 6. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą łożyska piasty trzeciej generacji z wykorzystaniem konstrukcji łożyska kulkowego. 1 - pierścień zewnętrzny kołnierzowy, 2 - pierścień wewnętrzny kołnierzowy zwany flanszą, 3 - typowy łożyskowy pierścień wewnętrzny

Rys. 7. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą łożyska piasty trzeciej generacji z wykorzystaniem konstrukcji łożyska stożkowego. 1 - pierścień zewnętrzny kołnierzowy, 2 - pierścień wewnętrzny kołnie-rzowy zwany flanszą, 3 - typowy łożyskowy pierścień wewnętrzny

     Oprócz już opisanych konstrukcji produkowane są na świecie ich wersje z różnymi modyfikacjami. Dla przykładu na zdjęciach rys. 8 pokazano zespoloną piastę łożyskową z uzębieniem do przenoszenia momentu obrotowego wykonanym na czole kołnierzowego pierścienia wewnętrznego 2. Na czole kielicha półosi jest wykonany zębaty wieniec współpracujący 3.

Rys. 8. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego łożyskowania koła jezdnego za pomocą łożyska piasty trzeciej generacji z wykonanym uzębieniem na czole kołnierzowego pierścienia wewnętrznego. Zdjęcie po prawej przedstawia kielich półosi. 1 - kołnierzowy pierścień zewnętrzny, 2 - kołnierzowy pierścień wewnętrzny z wieńcem zębatym, 3 - kielich półosi z wieńcem zębatym

     Innym kierunkiem rozwoju konstrukcji to rozwiązanie łączące konstrukcję łożyska piasty trzeciej generacji z przegubem homokinetycznym zwane łożysko piastą czwartej generacji, rys. 9. W tym rozwiązaniu jedna z bieżni, wewnętrzna prawa, jest wykonana na elemencie przegubu homokinetycznego. Dzięki tej kombinacji zmniejszono liczbę elementów całego węzła łożyskowego poprzez wyeliminowanie typowego pierścienia wewnętrznego i nakrętki, uproszczono montaż w samochodzie i zmniejszono masę całego zespołu.

Rys. 9. Łożysko piasta czwartej generacji

     Wraz z rozwojem konstrukcji rozwija się technologia wytwarzania. Musi ona zapewniać uzyskanie wymaganych rysunkiem konstrukcyjnym własności przy stosunkowo niskim koszcie wytwarzania. W FŁT-Kraśnik S.A. uzyskano to używając do produkcji zespolonej piasty trzeciej generacji obrabiarek i urządzeń chińskich producentów.

Opracował
Krzysztof Kuźmicki