Łożyska główne w multiplikatorze

Współczesne multiplikatory przeznaczone na śródlądzie posiadają najczęściej szpulę połączoną z osią w jeden zespół, który jest zawieszony w dzielonej ramie za pomocą dwóch łożysk tocznych. Dobór tych łożysk ich osadzenie, smarowanie, trwałość i konserwacja będą głównym tematem tego artykułu.

Opis odnosi się do łożyskowania głównego kołowrotka Antares AR produkcji Shimano. Kołowrotek posiada hybrydowe łożyska główne o wymiarach (3 x10 x 4) mm. 623.

 

Łożysko kulkowe zwykłe

Łożyska kulkowe stosowane jako główne łożyska należą do serii 600. Oznacza to, że ich symbol zawsze zaczyna się na 6. Nastąpne dwie lub trzy cyfry są kodem wymiarowym małego łożyska kulkowego. Po symbolu głównym czasami następują dodatkowe oznaczenia, które mogą oznaczać sposób uszczelnienia łożyska jego klasę wykonania, cichobieżność, luz inny od standartowego jak również inne właściwości. Jakość łożysk tocznych zależy w dużym stopniu od gatunku zastosowanej stali stopowej, staranności wykonania i kontroli jakości. Głównym materiałem na pierścienie i kulki łożysk jest z reguły stopowa, hartowana na wskroś stal chromowa lub chromowo-manganowa o bardzo dużej czystości.

 

 

Koszyki

Najważniejsze zadania koszyka łożyska:

• Oddzielenie elementów tocznych względem siebie, aby utrzymaç tarcie i powstawanie ciepła na możliwie niskim poziome,
• Utrzymanie elementów tocznych w jednakowej odległości od siebie w celu uzyskania równomiernego rozkładu obciążenia
• Prowadzenie elementów tocznych w nieobciążonej strefie łożyska.

Koszyki do łożysk można podzielić na koszyki blaszane i masywne. Koszyki blaszane są wytwarzane głownie ze stali, ale dla pewnych łożysk również z mosiądzu. W porównaniu do koszyków masywnych z metalu ich zaletą jest mniejsza masa. Ponieważ koszyk blaszany zajmuje tylko niewielką przestrzeń między pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym, środek smarowny dociera łatwo do wnętrza łożyska. Jest on rozprowadzany przez koszyk.

Koszyki masywne są wytwarzane z metalu, z tekstolitu (tkanina utwardzona żywicą fenolową) i tworzywa sztucznego.

Jednorzędowe promieniowe łożysko kulkowe zwane kulkowym łożyskiem zwykłym jest najczęściej stosowanym rodzajem łożyska tocznego w multiplikatorach. Łożyska kulkowe zwykłe jednorzędowe przejmują siły promieniowe i osiowe, mogą być również użytkowanie przy dużych prędkościach obrotowych. Łożyska te uszczelnione nie wymagają dozoru i umożliwiają proste rozwiązania konstrukcyjne. Zdolność do wychyleń kątowych łożyska kulkowego zwykle jest stosunkowo nieznaczna.

Uniwersalny charakter zwykłych łożysk kulkowych, na co również wpływa osiągana przez największa wartość prędkości obrotowej oraz jedna najmniejszych wartości momentu tarcia umożliwia ich produkcje w wielu odmianach konstrukcyjnych.

Uszczelnienia łożyska może być jedno lub dwustronne. Kryte dwustronne ZZ z dwiema blaszkami ochronnymi oraz dwustronne 2RS z dwiema uszczelkami gumowymi są napełnianie smarem plastycznym. Łożyska z blaszkami nie są ani pyłoszczelne, ani wodoszczelne, i dlatego stosuje się je w warunkach niewielkiego zapylenia oraz suchego otoczenie, natomiast z uszczelkami gumowymi 2RS mogą pracować przy dużym zapyleniu i w wilgotnym otoczeniu. Są szczególnie plecane jako łożyska główne do multiplikatorów. Obydwie odmiany łożysk przewidziane są do rozwiązań konstrukcyjnych, w których obraca się pierścień wewnętrzny, ponieważ w przypadku gdy wiruje pierścień zewnętrzny, istnieje niebezpieczeństwo wypływu smaru.

 

 

Cichobieżność

Dla małych maszyn elektrycznych, maszyn biurowych, urządzeń gospodarstwa domowego itp. wymaga się często dużej cichobieżności. Do tego przystosowane są przede wszystkim łożyska kulkowe zwykłe. Łożyska te pracują tak cicho, że nie jest potrzebne żadne specjalne wykonanie dla uzyskania cichobieżnego biegu.  W szczególnych wypadkach można zastosować małe łożyka w wykonaniu cichobieżnym i oznaczone na końcu symbolu literką G. Łożyska te pozyskiwane są poprzez szczegółową selekcję dużych partii łożysk jeszcze w fabryce łożysk. Przy tak małych rozmiarach łożyska właśnie przez analizę cichobieżności można wyselekcjonować łożyska szczególnie precyzyjnie wykonane. Cena takich łożysk jest znacząco wyższa.

 

Luzy konstrukcyjne

Standartowe łożyska kulkowe zwykłe posiadają standartowe luzy w łożysku, które są wystarczające do zdecdowanej większości zastosowań. Przy omawianych łożyskach możemy jeszcze wyróżnić wykonanie z powiększonym luzem pasowania łożyska. Ozancza się te łożyska przez C3 lub większe. C3 oznacza luz troszkę większy w stosunku do wykonania standartowego. Wykonanie C3 pozwala uzyskać bardzo niskie opory toczenia kosztem minimalnie mnijszej precyzji prowadzenia czopu. Przykładem zastosowania takiego łożyska był multiplikator Abu Eon Pro.

 

 

Kompensacja wzdłużna za pomocą pasowania luźnego

Również nierozłączne łożyska, takie jak łożyska kulkowe zwykłe mogą być zabudowane jako łożyska swobodne. Jeden spośród czterech pierścieni w dwóch łożyskach tworzących układ nośny otrzymuje wówczas osiowe pasowanie luźne dzięki czemu może przesuwać się osiowo wzdłuż osadzenia. Pozwala to konpensować wartość luzu poosiowego wynikającego n.p. ze wzrostu temeratury osi. Mimo takiego rozwiązania niektóre multiplikatory wyższej klasy posiadają wstępne lekkie naprężenie poosiowe wywołane uciskiem specjalnej sprężyny. Wstępna kompensacja tego luzu wytwarza warunki stałej pracy/obciążenia dla kulek. Taki rozwiązanie posiada Antares AR.

 

Klasa wykonania

Standartowo  produkuje się łożyska kulkowe w różnych klasach wykonania. Chodzi tutaj o zawężenie tolerancji pasowań poszczególnych luzów jak również tolerancji wykonawczej samych elementów łożyska jak bieżnie czy też kulki. Ogólnie klasę wykonania oznaczamy przez dużą literę P. Przy standartowym wykonaniu nie stosujemy żadnych oznaczeń klasy wykonania. Trochę wyższa klasa wykonania to jest P6, jeszcze wyższa to P5. W wykonaniach szczególnie odpowiedzialnych dla niektórych łożysk kulkowych stosujemy najwyższą klasę wykonania oznaczoną przez SP i UP.

W małych łożykach kulkowych nie stosuje się tak wyszukanych klasy wykonania bo koszt wykonania łożysk przy tak małych rozmiarach i niskich tolerancjach nie rekompensuje przyrostu jakości. Ograniczamy się do podziału na łożyska standartowe lub wyjątkowo w wykonaniu G jak również czasami  są stosowane łożyska o zmienionej wartości luzu na mniejszy C2 lub większy C3.

Niepisaną ale bardzo ważną wartością użytkową łożyka jest wypracowana przez lata jakość wypuszczanych produktów z danej fabryki. Dotyczy to nie tylko multiplikatorów ale również wielu innych ważnych produktów współczesnego świata. Dobre samochody, motocykle, obrabiarki czy też sprzęt zbrojeniowy dobrze będzie pracował tylko na dobrych łożyskach.

 

 

Hybrydowe łożyska ceramiczne

Współcześnie montuje w wybranych multiplikatorach hybrydowe łożyska ceramiczne. Są to łożyska o tej samej wymiarówce co tradycyjne stalowe łożyska toczne. Zamiast tradycyjnych metalowych elementów tocznych ( w omawianym przypadku kulek) posiadają kulki ceramiczne wykonane z azotku krzemu. Takie łożyska dzięki ceramicznym kulkom mogą pracowć przy niższych oporach toczenia do 20%, nie wymagają tak rygorystycznego reżimu smarowego, mogą pracować w wyższym zakresie temperatur. Są bardzo dobrymi izolatorami prądu, a tym samym ich podatność na korozję jest niska. Wykazują w/g badań dłuższe przebiegi od 3 do 5 razy.

Właśnie takie łożyska cechowane jako A-RB są stosowane fabrycznie w kołowrotkach Antares AR. f.Shimano. Głównie jest akcentowana w reklamach ich wysoka odporność na korozję. I z tym się zgadzam.

Pozostałe dodatnie właściwości tych łożysk  jako łożysk głównych w multiplikatorach na śródlądzie moim zdaniem nie podąża za reklamą. I tak deklarowane niższe opory toczenia do 20% w stosunku do tradycyjnego łożyska są czysto izuloryczne i pomijalne. W moim przypadku po 2 latach intensywnej eksploatacji opory toczenia były wyższe w stosunku do zamontowanych nowych łożysk 623-2RS.G (dalsze rzuty przy porównywalnych ustawieniach i wabikach). Żywotność fabrycznych łożysk przereklamowana. Po 2 latach eksploatacji wyraźnie wzrósł hałas wydawany przez łożyska. W omawianym czasookresie łożyska jako odkryte wymagały okresowego dozoru smarowego co było czasami uciążliwe. Wraz z zakupem Antaresa AR wymieniłem łożyska na nowe w innym kołowrotku na tradycyjne łożyska toczne kryte. Po upływie 2 lat również intensywnej eksploatacji nie widać na nich śladów korozji.

Omawiane łożyska hybrydowo ceramiczne są przeciętnie 2-3 krotnie droższe od tradycyjnych łożysk do multiplikatorów.

Przedstawione wniski eksploatacyjne są sprzeczne z założeniami. Być może spowodowane to było bardzo intensywną eksploatacją w trybie charakterystycznym dla kołowrotka castiningowego (częste rzuty czyli ciągłe impulsywne obicążenie łożysk, niestabilny reżim smarowy lub po prostu jakość wykonania zamontowanych łożysk hybrydowych w omawianym kołowrotku była niska). Niestety uwagi o wyraźnie wzastającym natężeniu hałasu po mniej więcej porównywalnym czasie otrzymałem od kilku innych użytkowmników tych kołowrotków.

Należy wnioskować, że wyższa głośność czy też natężenie dzwięku było zewnętrznym objawem powstającego uszkodzenia w samym łożysku. To wynika z systematologii DWA*.

 

Opory rzutu w wędkarskim castingu

Inną kwestią jest ciągłe dążenie przez smarowanie do jak największego zmniejszenia oporów toczenia szpuli w łożyskach głównych w celu wykonania możliwie najdłuższych rzutów. Rzucając woblerem z zestawu castingowego wobler musi się rozpędzić podczas rzutu i pociągnąć za sobą linkę, do której jest przywiązany. Pokonuje przyciąganie ziemskie, opór areodynamiczny, pokonuje bezwładność szpuli, opór linki przy odwijaniu i na przelotkach i ustawienie hamulca/hamulców w kołowrotku i opory bezwładności jak i toczenia się łożysk głównych.

Przyjmijmy teraz hipotetycznie, że wykonujemy ten sam rzut w przestrzeni bezwładnościowej z zerowym ustawieniem hamulców. Wiele tych ziemskich sił nam odpadnie jak przyciąganie ziemskie, opór areodynamiczny, bezwładność szpuli i łożysk ich opór toczenia więc pytanie jest proste. Jak daleko poleci wobler wyrzucony z jakąś tam siłą? Odpowiedz jest banalna. Zrobi się broda! Dlaczego? Bo opory linki na przelotkach zpowolnią jej przepływ. Więc jakie jest rozwiązanie z tej sytuacji? Należy wprowadzić minimalny opór na łożyskach co w warunkach ziemskich oznaczy tylko tyle, żeby przy tych łożyskach za bardzo nie grzebać. Śladowy opór toczenia (po dotarciu się łożysk) jest niezbędną składową rzutu wędkarskiego, czyli przy rzucaniu wabikiem posiadającym znaczący opór areodynamiczny. W praktyce opór musi być większy, czyli powinniśmy włączyć lekko hamulce lub dodatkowo kontrolować rzut kciukiem. Znaczenie oporu wzrasta proporcjonalnie do wzrostu pola powierzchni woblera.

 

Smarowanie i dozór łożysk multiplikatora

Dobór smarowania do warunków pracy i rodzaju łożysk sprowadza się do określenia rodzaju środka smarującego, jego gatunku i właściwości oraz sposobu smarowania. Łożyska toczne są w zasadzie smarowane wyłącznie dwoma rodzajami środków smarujących - smarem plastycznym lub olejem.

 

 

Smarowanie smarem plastycznym

Smar plastyczny jest roztworem zagęszczacza (najczściej mydła metalu) i oleju bazowego. Zagęszczacz tworzy przestrzenną siatkę, w której utrzymywany jest olej, W rezultacie w stanie spoczynku smar plastyczny wykazuje właściwości ciała stałego, a pod wpływem ścinania płynie podobnie jak olej, z którego został wytworzony. Powoduje to, że nie wycieka on z łożyska i dobrze uszczelnia węzeł łożyskowy, jednocześnie jego właściwości smarujące są takie jak oleju, z którego został wytworzony. Z tych względów smary plastyczne są powszechnie stosowane do smarowania łożysk tocznych.

Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi przydatność smaru plastycznego do określonych warunków pracy łożysk poza lepkością oleju bazowego są:

• konsystencja,
• odporność na działanie wody,
• zawartość dodatków zwiększających wytrzymałość smaru.
• zakres temperatury pracy,

Konsystencja smaru plastycznego zależy głównie od rodzaju i koncentracji zagęszczenia. Określa ona niektóre właściwości mechaniczne smarów, jak np. odporność na wyciskanie spomiędzy współpracujących części łożyska, zdolność uszczelniania węzłów łożyskowych, lub w niskich temperaturach pracy. Miarą konsystencji jest penetracja, która jest wielkością umowną, podającą głębokość w dziesiętnych częściach milimetra, na jaką zagłębi się w danym smarze znormalizowany stożek, w warunkach określonych normą PN-71/C-04135. Im trwardszy smar, tym wyższa jest klasa konsystencji i mniejsza wartość penetracji.

Do większości łożysk stosuje się smary plastyczne 2 klasy konsystencji, która ma jednocześnie dobrze wywarzoną twardość smaru i zdolność smarowania łożysk. Zakres temperatury pracy smaru plastycznego zależy od właściwości oleju bazowego i od rodzaju zagęszczacza. Minimalna temperatura pracy wynika z krzepnięcia oleju bazowego i wynosi od 20 do 30 [°C] , a maksymalna z tzw. temperatury kroplenia smaru, to jest wydzielania się oleju z siatki zagęszczacza (dla niektórych smarów dochodzi do 200 [°C]). Podany zakres pracy dotyczy głównie smarów wytwarzanych na bazie olejów mineralnych. Smary z bazowym olejem syntetycznym posiada o wiele większy zakres temperaturowy pracy szczególnie w obszarze niskich temperatur.

Kardynalną cechą smarów plastycznych stosowanych w multiplikatorach jest ich odporność na działanie wody oraz zdolność zabezpieczania łożyska przed korozją. Łatwo reagują z wodą jedynie smary na mydłach sodowych, nie są one więc odporne na działanie dużej ilości wody. Większość współczesnych smarów zawiera dodatki przeciwkorozyjne i dlatego charakteryzuje je dobra odporność na działanie wody.

 

Smarowanie olejem

Olej znajduje zastosowanie tylko w przypadkach, gdy smar nie spełnia wymagań stawianych środkowi smarującemu. Smarownie łożysk olejem stosuje się zatem, jeśli:

• konieczne jest odprowadzenie z węzła łożyskowego ciepła w nim wytwarzanego;
• łożysko pracuje powyżej prędkości granicznej dla smaru plastycznego;

Zasadniczymi kryteriami doboru gatunku oleju do smarowania łożysk tocznych są warunki tarcia oraz temperatura panująca w łożysku. Bardzo ważną cechą oleju jak ochrona łożyska przed korozją, odporność oleju na emuglowanie z wodą lub pienienie się oraz mała skłonność do tworzenia osadów i laków. Pomijalnym wreszcie kryterium jest koszt oleju.

Trwałość oleju/smaru uwarunkowana jest głównie szybkoścą procesu starzenia, Głównym czynnikiem ograniczającym czas pracy oleju lub smaru plastycznego w multiplikatorach jest kumulacja w nim zanieczyszczeń pochodzących lub przenikających z zewnątrz przez uszczelnienia i wody do samego łożyska !!!

 

Dozór łożysk tocznych

Dozór łożysk w czasie pracy ogranicza się do odsłuchu dzwięku wydawanego podczas pracy przez łożyska multiplikatora.  Nawet najmniejsze uszkodzenie łożyska wywołuje zmianę wydawanego przez nie dźwięku, który powinien być sygnałem do dokładnej kontroli stanu łożyska. Często zmianie dźwięku towarzyszy wzrost temperatury i powiększenie się oporów toczenia. Obydwa te czynniki na ogół wskazują zużycie łożyska lub środka smarującego.

O stanie łożyska i ewentualnie uszczelnienia można sądzić na podstawie wyglądu środka smarującego przy jego wymianie. Istotne ściemnienie smaru lub brudny osad świadczą o uszkodzeniu uszczelniania.

 

Środki smarne w sklepach

Tutaj możemy wyróżnić dwa ośrodki zaopatrzenia. Sklepy wędkarskie i specjalistyczne sklepy z łożyskami. W sklepach wędkarskich czasami występują jakieś oliwki czy smary sygnowane symbolami różnych dystrybutorów kołowrotków. Są to środki smarne z logo Mikado, Jaxon, Robinson i podobne. Czytając nalepkę bardzo trudno się zoriętować co faktycznie znajduje się w tych opakowaniach. Trudno też przewidzieć jak zawartość takiego opakowania będzie współgrać z już istniejącym smarem lub oliwką kołowrotka.

Drugie źródło jest trudniejsze bo trzeba najpierw dotrzeć do specjalistycznego sklepu i umieć określić/przedstawić sprzedawcy warunki pracy naszego łożyska. Sama lokalizacja to za mało. Trzeba umieć określić właściwości w jakich nasze łożyska pracują. Więc przede wszystkim zakres temperaturowy to "-10" do +45 stopni Celsiusza. Bardzo wysokie zawilgocenie. Penetracja węzłów łożyskowych przez zanieczyszcenia i parę wodną. Podatność układu na chwilowe, ale dynamiczne obciążenia. Sugerowany smar litowy lub wapniowy w 2 klasie z syntetycznym olejem bazowym.

 

Jak serwisować łożyska

W przypadku zauważenia wzrostu hałasu wydawanego przez łożysko lub zauważenia  wycieków brudnego srodka smarowego z łożyska należy przedmiotowe łożysko wymienić na nowe. Należy wymieniać łożyska parami na jednej osi. Zasada ta obowizuje we wszystkich multiplikatorch. Jest trudno zdefiniować czasookres takiej wymiany. Zależy to od częstotliwości używania multika i warunków otoczenia w jakich on pracował. Wymiana co sezon nie będzie grzechem głównym tylko roztropnym postępowaniem ze swoim kołowrotkiem. Jeżeli ktoś łowi okazjonalnie siłą rzeczy ten okres się wydłuży. Pamiętajmy, że komplet łożysk głównych to koszt jedngo średniej wielkości woblera f. Salmo i spokój na cały sezon.

Jak postępować w przypadku zauważenia pierwszych objawów starzenia się multiplikatora. W pierwszej kolejności należy sprawdzić stan łożysk głównych szpuli. W wypadku zauważenia choćby lekkiego wzrostu hałasu przy szybkim obracaniu łożyska (dynamiczny wyrzut przynęty) czy też zauważeniu wycieków smaru z łożyska należy daną parę łożysk wymienić na nowe. Po demontażu łożysk należy określić ich wymiary. Na tak małych łożyskach najczęściej nie ma żadnej sygnatury. Mierzymy suwmiarką średnicę wewnętrzną łożyka, średnicę zewnętrzną łożyska i jego grubość. Sprzedawca w sklepie z łożyskami powinien dobrać nam oczekiwany rodzaj łożyska. Kupujmy łożyska w wykonaniu 2RS czyli posiadające obustronne uszczelnienie gumowe. Najczęściej jest ono czarne, ale może być w innym kolorze. Bardzo ważna uwaga handlowa!

Nigdy nie kupujmy łożyska bez fabryczego opakowania lub niewiadomego pochodzenia. Kupujmy tylko łożyska z renomowanych fabryk europejskich lub japońskich. Przeważnie pakowane są w malutkie kartoniki lub ostatecznie małe torebki strunowe z fabryczną nalepką na której podany jest symbol łożyska, jego dodatkowe oznaczenia i logo wytwórni, fabryki, który wyprodukowała dane łożysko. Dzisiaj powszecznie stosuje się w kołowrotkach popularnych łożyska niewiadomego pochodzenia kupowane hurtowo w dalekich fabrykach po kilka maksymalnie kilkanaście centów za sztukę. Jakość tych łożysk jest niska więc życie techniczne też jest krótkie. Nie stosujmy takich wyrobów w naszych multiplikatorach.

W przypadku posiadania tylko łożysk odkrytych należy systematycznie uzupełniać smar w łożysku. Powinien to by smar w klasie konsystencji 2 i powinien być bardzo odporny na wodę. Taki smarem jest n.p. smar barowy-komplex na bazie syntetycznego oleju bazowego. Oznaczenie Arconol L74 w/g f.FAG. Należy również przestrzegać  samego sposobu napełniania łożyska.  Do malutkich łożysk dozujemy około 15-20% wewnętrznej pojemności łożyska smaru plastycznego. Nigdy więcej! Wszelkie dodatkowe dosmarowania na “wszelki wypadek” jest wyrzucane przez łożysko na zewnątrz czyli do środka multiplikatora. Powoduje to zabrudzenia multika i prawie zawsze sklejenie bloczków hamulca odśrodkowego co kończy się nierozłącznie dużą brodą. Często wędkarz ma kilka bród po koleji zanim zoriętuje się  co jest tego powodem.

 

Zbiór mitów i legend

Często na forach internetowych, w prasie wędkarskiej umieszczane są różne porady dotyczące konserwacji multiplikatorów, a szczególnie opisywane są sposoby postępowania z łożyskami głównymi.

Główną poradą jest zalecenie częstego lub bardzo częstego smarowania łożysk głównych oliwką najczęściej od maszyny do szycia, tawotem lub jakąś mieszaniną tych produktów. Każdy autor określa własną częstotliwość takich operacji na co drugi powrót z ryb, co trzeci lub jeszcze inaczej. Inni autorzy porad deklarują konieczność takiego smarowania w zasadzie już po pierwszym wyjeździe na ryby. Jeżeli zalecają smar plastyczny to sugerują dokładne wypełnienie łożyska smarem jak jest odkryte, a jak jest zamknięte to sugerują moczenie go w jakichś kąpielach, nacieranie łożysk, podgrzewanie i Bóg wie jeszcze jakie inne kombinacje.

Porady te pochodzą jeszcze z czasów początków castingu, (lata 50 XX wieku) kiedy to prawie każdy węzeł łożyskowy posiadał własny punkt smarowy do którego trzeba było codziennie uzupełnić odrobinę smaru lub oliwki. Jakość smarów i olejów w tamtych czasach była taka, że w oleju Lux5 f. CPN nawet przysłowiowe śruby rdzewiały.

Od tamtych czasów dużo się zmieniło. Współczesne środki smarne są bardzo nowoczesne o wysokich właściwościach smarnych i długim okresie używalności. Dozowane poprawnie wystarczają na bardzo długo, wręcz jeszcze dłużej (oleje i smary syntetyczne). Przykładem jest rozwój produkcji środków smarnych, które po określonym czasie ulegają biodegradacji, żeby nie zanieczyszczać środowiska. Takie antydotum.

* DWA diagnostyka wibroakustyczna - dziedzina zajmująca się badaniem zjawisk w węzłach łożyskowych poprzez analizę drgań wytwarzanych przez łożysko

Andrzej Nowik (Thymallus), 2007 
Fot. Remek (fotografie przedstawiają podzespoły multiplikatora Shimano Scorpion 1001)

 

Jeśli chcesz skomentować ten artykuł zapraszam na forum.