Утицај оштећења стаза котрљања на радне карактеристике кугличних котрљајних лежаја

Abstract

Од поузданог и исправног рада котрљајних лежаја зависи расположивост целокупног техничког система, па се данас посебна пажња посвећује проучавању различитих узрока који доводе до смањене радне способности и усавршавању поступака за предвиђање њиховог отказа. С тим у вези, у оквиру ове дисертације извршена је детаљна анализа утицаја оштећења стаза котрљања на радне карактеристике кугличних котрљајних лежаја. Анализиран је једноредни куглични котрљајни лежај са радијалним додиром. Приказан је аналитички модел за анализу динамичког понашања котрљајног лежаја са и без оштећења на стази котрљања. Најважнија излазна карактеристика оваквог модела је спектар вибрација посматраног склопа. У раду је истакнута важност нумеричких и експерименталних метода у погледу анализе динамичког понашања котрљајних лежаја и генерисања структурних вибрација лежаја. Развијен је дводимензионални нумерички модел лежаја без оштећења који је верификован разултатима eкспeримeнтaлних испитивaњa из литeрaтурe. На основу дводимензионалног нумеричког модела, развијен је тродимензионални нумерички модел кугличног котрљајног лежаја са оштећењем на стази котрљања унутрашњег прстена за праћење напонског и деформационог стања елемената лежаја и расподеле оптерећења на котрљајна тела, који је верификован резултатима сопствених експерименталних испитивања. Примена овог модела омогућила је анализу напонског и деформационог стања, као и анализу расподеле оптерећења на котрљајна тела. Експериментална испитивања извршена су на уређају за динамичко испитивање карактеристика котрљајних лежаја. Испитивања су подразумевала уношење оштећења различитих облика и димензија на стазама котрљања лежаја. Поређењем резултата мерења добијених сопственим експерименталним испитивањем и резултата добијених нумеричким прорачуном установљено је задовољавајуће слагање у погледу амплитуда вибрација. Затим је извршено одређивање јединственог индикатора оштећења елемената котрљајног лежаја, као поуздане методе праћења стања лежаја у циљу раног предвиђања отказа котрљајних лежаја. Развијена је методологија, на основу које је могуће извршити анализу утицаја различитих врста оштећења стазе котрљања котрљајног лежаја на његово динамичко понашање. На основу тога могуће је извршити прецизно одређивање критичне величине оштећења стаза котрљања.

From reliable and correct operation of roller bearings depend the availability of the entire technical system, well special attention nowadays is paid to the study of various causes that lead to reduced working capacity and the improvement of procedures for predicting their failure. In this regard, within the framework of this PhD thesis, a detailed analysis of the impact of rolling race damage on the performance characteristics of rolling bearings was performed. A single-row rolling bearing with radial contact was analyzed. An analytical model for the analysis of the dynamic behavior of a rolling bearing with as well as without damage of the rolling race is presented. The most important output characteristic of such a model is the vibrational spectrum of the observed set. The manuscript emphasizes the importance of numerical and experimental methods for analyzing the dynamic behavior of rolling bearings and generating structural vibrations of bearings. The twodimensional numerical model of the bearing without defects was developed and validated based on experimental results from literature. For tracking the stress and strain state of bearing elements and load distribution on rolling elements, based on the two-dimensional numerical model a threedimensional numerical model of a rolling bearing with damage to the inner ring rolling track was developed as well as verified by own experimental results. The application of this model enabled the analysis of the stress and strain state, as well as the analysis of the load distribution on the rolling elements. Experimental investigations were performed on a device for dynamic testing of the characteristics of roller bearings – test rig. The tests involved damage of various shapes and dimensions on the bearing rolling race. By comparing the results of measurements obtained by own experimental measurements and the results obtained by numerical calculation, a good agreement in terms of vibration amplitudes was established. Moreover, a unique indicator of damage to the elements of the rolling bearing was determined, as a reliable method of tracking the condition of the bearing in order to early predict the failure of the rolling bearings. The methodology on which basis is possible to perform an analysis of the influence of different types of damage of the rolling bearing race on its dynamic behavior was developed. Based on that, it is possible to precisely determine the critical size of the rolling race damage.