Modelowanie dynamiczne łożysk tocznych na potrzeby diagnostyki

Łożyska toczne znajdują powszechne zastosowanie w budowie maszyn. W zależności od przeznaczenia urządzenia nie zawsze istnieje potrzeba monitorowania ich stanu. W licznych przypadkach dopiero wystąpienie awarii lub istotne nasilenie zjawisk drganiowych, akustycznych bądź cieplnych jest powodem wymiany łożyska na nowe. Czasami jednak łożysko pracuje w urządzeniu, którego awaria może przyczynić się do istotnych strat. Niedopuszczalne jest przy tym doprowadzenie do sytuacji, w której wystąpi graniczne zużycie jego elementów lub uszkodzenie w dalekiej fazie rozwoju. Z pomocą w określaniu stanu technicznego łożysk tocznych w takich odpowiedzialnych zastosowaniach mogą przyjść diagnostyka wibroakustyczna i różne metody pomiarów oraz analiz drgań i hałasu, jak również wnioski płynące z realizacji badań prowadzonych z użyciem modeli dynamicznych.

Diagnostykę łożysk tocznych można przeprowadzić na wiele sposobów. M.in. w najprostszym przypadku poprzez dokonanie ich oględzin i pomiarów temperatury podczas pracy, a także badania z użyciem stetoskopu. W wielu przypadkach skuteczność tych sposobów jest jednak z różnych powodów niewystarczająca. Wykorzystanie metod wibroakustycznych pozwala uzyskać obiektywne wyniki. Jednakże i w tym przypadku skuteczność diagnozy będzie zależeć od właściwego doboru punktów pomiarowych i zapewnienia właściwych warunków pomiaru. Ponadto okazuje się, że w wielu sytuacjach prowadzenie pomiarów drgań i analiza tak pozyskanych sygnałów przynoszą lepsze rezultaty aniżeli pomiary akustyczne.

Cel badań

Celem określenia zmian stanu technicznego łożyska można porównywać ze sobą wyniki pomiarów i analiz prowadzonych po różnym czasie jego eksploatacji. Można również odnosić się do wyników uzyskanych z symulacji prowadzonych z użyciem modeli dynamicznych. W artykule przedstawiono sposób pozyskiwania danych niezbędnych do porównania wyników pomiarów na rzeczywistych obiektach z wynikami badań modelowych. Pozwalają one, przy założeniu posiadania odpowiednio rozbudowanego modelu, określić wpływ nie tylko np. zużycia, ale także różnych uszkodzeń na zmiany w sygnałach drganiowych. Ułatwia to więc diagnozowanie rzeczywistego obiektu.

Przedstawione poniżej wyniki pochodzą z doświadczeń zdobytych podczas opracowywania modeli układów napędowych (w tym także środków transportu) z przekładniami zębatymi. Modelowanie dynamiczne układów napędowych wymaga uwzględniania w szczególny sposób zjawisk dynamicznych zachodzących w łożyskach w czasie ich pracy. Wynika to z tego, że często wykorzystywane do łożyskowania wałów łożyska toczne charakteryzuje sztywność zbliżona do sztywności zazębienia przekładni zębatej. Przemieszczenia w łożyskach wynikające z ich sztywności i działających sił, również te wynikające z luzów w łożyskach, mają bowiem – oprócz odchyłek linii styku zębów kół, dotarcia powierzchni roboczych zębów, odkształceń sprężystych wałów i korpusów kół, odkształceń obudowy i różnicy temperatur – istotny wpływ na rozkład obciążenia na szerokości wieńca koła zębatego.

Modelowanie sztywności łożysk

Zagadnienie modelowania sztywności łożysk zostało już przedstawione w jednym z poprzednich artykułów opublikowanych na łamach „Utrzymania Ruchu”. Tym razem tekst dotyczy jednej z możliwości określenia tłumienia drgań w łożyskach. Wykorzystano ją przy budowie i dostrajaniu modeli dynamicznych przekładni zębatych. Obecnie stanowią one narzędzia wykorzystywane do projektowania, optymalizacji, a także diagnozowania przekładni.

Galeria

Zobacz więcej