Využití povrchových akustických vln pro monitorování mazací vrstvy mezi valivými elementy a dráhou ložiska

Abstract

Tato disertační práce se zabývá tématem snímání mazací vrstvy v ložiskách s valivými elementy. Problémy s mazáním jsou dle statistik nejčastější příčinou selhání valivých ložisek a zdrojem nákladných servisních zásahů. Konvenční metody monitorování ložisek, založené např. na vibrodiagnostice, nejsou dostatečně citlivé, aby jimi bylo možné efektivně detekovat začínající problémy spojené s lokální absencí mazací vrstvy, nebo její nedostatečnou tloušťkou, a poškozením tak předcházet. V této práci je použita existující metoda pro snímání stavu mazání valivých ložisek k doposud nepublikované aplikaci přímého monitorování mazací vrstvy. Metoda je založena na využití vlastností povrchových akustických vln, které jsou prostřednictvím páru piezo-elektrických elementů aktivně buzeny na povrchu vnějšího kroužku ložiska a opět snímány. V této práci je popsána metoda vyhodnocení takového signálu, která umožňuje provést hodnocení stavu mazací vrstvy. Neboť nebyla identifikována žádná jiná metoda, která by umožňovala nezávislé ověření výsledků vyhodnocení, byl pro návrh experimentu a následné ověření popsané metody použit matematický model ložiska a Reynoldsovou rovnicí popsaný model mazací vrstvy. Výsledky provedených experimentálních měření se ukázala být ve velmi dobré shodě s predikcemi z modelů. Společně s poskytnutou interpretací chování signálu za konkrétních podmínek, při které byly využity výsledky aktuálních výzkumů, tak byla pozorování vývoje mazací vrstvy v ložisku prostřednictvím popsané metody vyhodnocení ověřena.

This dissertation thesis addresses a topic of lubrication film monitoring in rolling element bearings. According to statistical data, lubrication problems are behind most of bearing failures. Sensitivity of conventional bearing monitoring methods, such as vibration-based monitoring, is in most cases insufficient to detect problems with local absence of lubrication film or its low thickness and to prevent the failures. In this thesis, an existing method for bearing lubrication monitoring is used, but in yet unpublished application of direct monitoring of lubrication film. The method stands on active excitation of surface acoustic waves at outer ring of bearing and their subsequent sensing. In this thesis a signal evaluation method, which allows an assessment of the lubrication film is presented and described. Due to absence of another method which would allow independent verification of obtained results, a coupled bearing mathematical model and a lubrication film model described by Reynolds equation, was used to design the experiment and verify results. Evaluated results of experimental measurements showed a good agreement with predictions obtained by models. Together with provided interpretation of results, which was based on published results of other researchers, the observation of lubrication film in the bearing was verified.