VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MACHINE AND INDUSTRIAL DESIGN STUDIUM TRVANLIVOSTI VALIVÝCH LOŽISEK Z STUDY OF FATIGUE LIFE OF ROLLER BEARINGS TYPE Z BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VOJTĚCH POLÁČEK VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. MILAN KLAPKA, Ph.D. BRNO 2014

2

3 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav konstruování Akademický rok: 2013/14 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Vojtěch Poláček který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojní inženýrství (2301R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Studium trvanlivosti valivých ložisek Z Study of fatigue life of roller bearings type Z Stručná charakteristika problematiky úkolu: Cílem práce je studium životnosti samomazaných valivých ložisek Analýza stavu ložiska bude provedena na základě metod pro sledování vibrační odezvy dostupných v analyzátoru VDT Cíle bakalářské práce: Bakalářská práce musí obsahovat: (odpovídá názvům jednotlivých kapitol v práci) 1. Úvod 2. Přehled současného stavu poznání 3. Analýza problému a cíl práce 4. Materiál a metody 5. Výsledky 6. Diskuze 7. Závěr 8. Seznam použitých zdrojů Forma práce: průvodní zpráva, fotografická dokumentace, laboratorní protokol, digitální data Typ práce: experimentální; Účel práce: výzkum a vývoj Rozsah práce: cca znaků (15-20 stran textu bez obrázků). Zásady pro vypracování práce: Šablona práce:

4 Seznam odborné literatury: 1) SHIGLEY, J. E., MISCHKE, Ch. R., BUDYNAS, R. G. Konstruování strojních součástí. Translation Hartl, M. a kol. VUTIUM ISBN ) KREIDL, M. ŠMÍD, R. Technická diagnostika - senzory, metody, analýza signálu. 4. díl edice Senzory neelektrických veličin. BEN-Technická literatura vyd. ISBN ) TŮMA, J. Zpracování signálů z mechanických systémů užitím FFT. Sdělovací technika vyd. ISBN Vedoucí bakalářské práce: Ing. Milan Klapka, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2013/14. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Ředitel ústavu Děkan

5 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA, BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ABSTRAKT Bakalářská práce se zabývá základním popisem problematiky měření vibrací emitovanými únavovým poškozováním valivých ložisek. V práci jsou popsány základní principy metod diagnostiky technického stavu strojních součástí. Dále je podrobněji popsána problematika vibrací, jejich snímání a vyhodnocení z hlediska sledování životnosti ložisek. Úkolem experimentální části je ověření funkčnosti a vhodnosti užití analyzátoru VDT 2000 a softwaru VDT Control Center firmy ViDiTech, s.r.o. spolu s měřícími stanicemi SA67 laboratoří Ústavu konstruování, na kterých proběhla zkouška ložisek Z. Cílem životnostní zkoušky je potvrzení spolehlivosti varování přístrojem o případné poruše ložiska a posoudit schopnost zachycení raného stadia poškození. KLÍČOVÁ SLOVA ložisko, valivé, kuličkové, technický stav, poškození, pitting, diagnostika, metody, provozuschopnost, vibrace, vibrodiagnostika, termodiagnostika, VDT 2000 ABSTRACT This bachelor thesis deals with the basic description of produced by fatigue failure of ball bearings. In the paper there is a description of basic diagnostic methods of machine parts. Following there is a study of vibration, their recording and the evaluation concerning bearing lifetime. The aim of the experimental part of the paper is to check the functionality and suitability od the VDT2000 analyzer and VDT Control Center software, both made by company VidiTech, s.r.o. together with the SA67 laboratory experimental stations owned by the Department of Design at Faculty of Mechanical Engineering, which were used for examining the Z bearings. The aim of the lifespan exam is to confirm the reliability of the bearing failure warning by the analyzer and to assess the ability to record the first stages of bearing damage. KEYWORDS bearing, rolling, ball, condition, damage, pitting, diagnostic, method, operating reliability, vibration, vibro-diagnostic, thermo-diagnostic, VDT 2000 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE POLÁČEK, V. Studium trvanlivosti valivých ložisek Z. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Milan Klapka, Ph.D.

6

7 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně pod vedením vedoucího práce Ing. Milana Klapky, Ph.D. a uvedl v seznamu použitých zdrojů všechny literární a jiné zdroje. V Brně 22. května Vojtěch Poláček

8

9 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych poděkovat vedoucímu této bakalářské práce Ing. Milanu Klapkovi, Ph.D. a zaměstnancům firmy ViDiTech spol. s r.o. za cenné rady a připomínky při tvorbě této bakalářské práce.

10

11 OBSAH OBSAH ÚVOD PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Ložiska Poruchy valivých ložisek Rozdělení poruch valivých ložisek Pitting - kontaktní únavová pevnost Dynamická únosnost a trvanlivost, provozuschopnost Vybrané metody diagnostiky strojních objektů Monitorování stavu a diagnostika strojů Hluková diagnostika Termodiagnostika Akustická emise Vibrodiagnostika Využití vibrační diagnostiky Senzory vibrací Frekvenční analýza vibrodiagnostického signálu valivého ložiska Fáze poškození ANALÝZA PROBLÉMU A CÍL PRÁCE MATERIÁL A METODY Měřicí řetězec Experimentální aparatura - Stanice SA Popis stanice a její funkce Ložisko Z Analyzátor ViDiTech 2000CV Funkce přístroje Software VDTControl Center VÝSLEDKY Chybové frekvence ložiska Start zkoušky Průběh zkoušky vybraného ložiska ID Průběh zkoušky vybraného ložiska ID DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ SEZNAM PŘÍLOH

12

13 ÚVOD ÚVOD Žijeme v době rychlého vývoje a nového poznání. Stroje jsou dnes rychlejší, přesnější, efektivnější. Ovšem základem každého moderního stoje jsou stále jednoduché součásti, na které jsou kladeny stále vyšší a vyšší požadavky. Jednou z takových součástí strojů je ložisko, které umožňuje podle své konstrukce přenášet zatížení pohyblivých součástí na ložisku závislých, zejména součástí konajících rotační pohyb. S ložisky se setkáváme denně, kdy tvoří nedílnou součást domácích spotřebičů, automobilů, výrobních a jiných strojů. Cílem při konstrukci jakéhokoliv takového zařízení by měla být bezporuchovost, funkčnost a spolehlivost. Pro tyto účely mnohdy nestačí odhad životnosti výpočtem, kdy je předem daným předpokládaným zatížením ložiska simulována realita výpočtovými vztahy. Je tedy nutný dynamičtější přístup ke sledování funkčnosti a aktuálnímu vyhodnocení stavu. Za tímto účelem vznikl obor technické diagnostiky. Technická diagnostika se zabývá monitorováním a posouzením stavu součástí strojů. Jedná se o metodu nedestruktivní, součást tedy není narušena a nepřetržitě plní svůj účel. Tímto přístupem lze monitorovat ložiska za chodu a reagovat tak na možné změny jejich chování. Je tedy možné přizpůsobovat se vzniklým situacím pružně a ekonomicky. Ekonomicky znamená, že pokud se projeví první známky opotřebení, signalizující možnost zhoršení kondice ložiska, jsme schopni reagovat včas plánovanou výměnou nebo servisem. Tímto přístupem a včasnou reakcí lze zamezit vzniku nechtěných jevů, jako jsou nadměrné vibrace celého stroje. Tyto vibrace mohou způsobit nadměrnou hlučnost zařízení, zhoršení přesnosti. Nejhorším možným scénářem při kolapsu jednoduchého ložiska je havárie celého stroje. Díky nepřesnému simulování reality ve výpočtu životnosti ložiska mohou být škody nesrovnatelné se servisními náklady při včasném a plánovaném zásahu. 13

14 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ 1 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ 1.1 Ložiska Ložiska patří mezi hlavní konstrukční prvky zařízení a mechanismů, sloužící k podpoře rotačních součástí. Podstatou použití ložiskového uložení je snížení třecích sil vzniklých při posuvu či rotaci styku součástí na minimum. Snížením třecích sil je možné snížit energetické ztráty a tím zvyšovat energetickou efektivitu celého zařízení. Podle principu provedení styku dělíme ložiska na kluzná a valivá. Vhodnost těchto dvou různých principů je závislá na požadovaných provozních parametrech (teplota, otáčky, zatížení). Účelem valivých ložisek (viz Obr. 1) je přenášení styčných sil v kontaktu pomocí valivých těles. Tyto elementy se volně odvalují zpravidla mezi vnitřním a vnějším kroužkem ložiska téměř bez skluzu. Tím je eliminováno tření, které je ovšem nahrazeno valivým odporem. [1], [2] Obr. 1 Kuličkové ložisko jednořadé [1] Ložiska se dále dělí podle směru působení zatěžujících sil na ložiska axiální a radiální. Axiální ložiska jsou převážně zatěžována ve směru osy, tedy axiálně. Radiální ložiska jsou určena zejména pro přenášení sil působících kolmo k ose, tedy sil radiálních. Ovšem konstrukce a tvar styčných ploch ložiska mnohdy dovoluje zatěžovat radiální ložisko i silami v axiálním směru a naopak. [1] Ložiska kluzná i valivá se dále dělí podle požadavků na provoz a uložení. Patří mezi normalizované součásti, jejichž výrobou se zabývá mnoho firem i v České republice. Ložiska jsou také vyvíjena k specifickým účelům. Avšak podstatou této bakalářské práce je ověření funkce diagnostického zařízení při životnostní zkoušce valivého kuličkového ložiska (viz Obr. 1), proto se dále omezíme pouze na stavy a děje probíhající v tomto typu ložiska. Konkrétní typ ložiska, který je použit jako vzorek při samotném experimentu, bude specifikován v dalších kapitolách. [1], [2] 14

15 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ 1.2 Poruchy valivých ložisek Při použití valivých ložisek je kladen důraz na jejich životnost a s tím spojenou bezpečnost provozu, přesnost a spolehlivost. Ložiska ovšem podléhají degradačním procesům stejně jako jiné strojní součásti. Cílem je poruchám předejít, popřípadě sledovat v reálném čase. Nejjednodušeji lze poruchy na ložisku rozdělit do dvou hlavních skupin. Jedná se o poruchy ložisek před jeho použitím a poruchy vzniklé za provozu. Materiálové vady, vady vzniklé obráběním, tepelným zpracováním, nevhodnou montáží a manipulací patří mezi poruchy vzniklé před použitím. Poruchy způsobené provozem jsou zapříčiněné zejména nedostatečným dimenzováním na provozní zatížení a rychlosti, nedostatečným mazáním, popřípadě korozním prostředím. Důsledkem jsou typická poškození, která pozorujeme při užití valivých ložisek Rozdělení poruch valivých ložisek Rozdělení se v literaturách různí. Níže je uveden výběr dostupný ze zdroje [2] a [14]. Odloupávání povrchu jev způsoben standardně únavou materiálu (pitting), tomuto jevu přispívá také tepelné přetížení, vady materiálu, tvarové chyby dosedacích ploch, poruchy mazání (viz Obr. 2); Obr. 2 Opotřebení povrchu elementů ložiska únavou materiálu pitting (upraveno dle [8]) Trhliny a lomy způsobeny přetížením, nevhodnou montáží, uložením, materiálovými a výrobními vadami; Prohloubeniny a vtlačení poškození vzniklé montáží, statickým přetížením v době minimálního pohybu ložiska (snadno rozpoznatelné poškození díky symetrickému rozpoložení otlaků po valivých elementech). Zaválcování tvrdých nečistot za provozu ložiska, vtlačení do oběžných drah; Odírání vada způsobená skluzem valivých těles při přechodu z nezatíženého pásma do zatíženého, kdy dojde k neúměrnému zrychlení v důsledku nedostatečného mazání, přetížení, zbrzděním klecí apod.; Opotřebení funkčních ploch nevhodným, nedostatečným mazáním, vnikáním nečistot dochází k narušování oběžných drah a valivých těles ložiska (rozpoznatelné poškození v místech selhání mazání zanechává stopy zadírání a prokluzování); 15

16 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Opotřebení úložných ploch prokluz uložení při nevhodném uložení s malým přesahem; Lomy klecí, valivých těles při nedostatečném mazání dochází k přetížení klecí a jejich opotřebení. Při rázovém zatížení může také dojít k lomu valivých těles; Tvorba rýh a kráterů opakované poškození oběžných drah a valivých těles v důsledku montáže, chvění, průchodu elektrického proudu (jiskřením přes tenkou vrstvu maziva interakce dvou kovů); Koroze nedostatečná ochrana vůči působení vlhkosti, výparům kyselin či použitím maziva s obsahem vody má za následek korozi materiálu ložiska Pitting - kontaktní únavová pevnost Vzájemná interakce zatížených valivých elementů a oběžných drah při provozu (otáčení) kuličkového ložiska je typickým příkladem únavového poškození zvaného pitting. K pittingu dochází v důsledku cyklického zatěžování kinematických dvojic realizovaných stykem tvarových těles. Tedy po určitém počtu odvalení (cyklech) dochází ke kontaktní únavě v povrchových vrstvách materiálu místa styku. Toto poškození je nevyhnutelné a patří k přirozeným procesům při provozu kuličkového ložiska. [1] Při odvalování kuliček (bez skluzu) v ložisku dochází kvůli velmi malým styčným plochám kuliček s oběžnými drahami k extrémnímu nárůstu místních tlaků. Tyto hlavní napětí (tlaková a smyková) dosahují svého maxima v určité hloubce pod povrchem stykového místa. Toto místní zatěžování má za následek vznik mikrotrhlin. Trhlinky se v místech mírných nehomogenit materiálu postupně šíří a pronikají k povrchu tělesa. Dalším cyklickým zatížením dochází k vytrhávání materiálu (viz Obr. 3). Odlupováním povrchu se tvoří jamky, může docházet k opětovnému zaválcování částic tvrdého kovu, šíření činitelů poruch. [1] Obr. 3 Rozvoj poškození oběžné dráhy ložiska - pitting (upraveno dle [7]) 1.3 Dynamická únosnost a trvanlivost, provozuschopnost Provozuschopnost je doba, po kterou ložisko spolehlivě plní požadované nároky. Pokud ložisko ztrácí provozuschopnost, přestává plnit požadované vlastnosti a musí být vyřazeno z provozu. Pro navrhování ložiskového uložení vycházíme ze základní únosnosti ložiska. Je to tabulková hodnota uváděná výrobcem ložiska pro zatížení, které převládá. Zatížení rozdělujeme na statické, při kterém je ložisko zatížené v klidu nebo velmi nízkých otáčkách, a dynamické. 16

17 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Pro případ dynamického zatížení je podstatným údajem tzv. trvanlivost ložiska. Je to takový počet otáček, které ložisko vykoná před projevem prvních znaků kontaktní únavy. Trvanlivost ložiska je také vyjadřována v podobě časového údaje provozuschopného chodu při stálých otáčkách, které vykonává jeden kroužek ložiska vzhledem k druhému. [2] Pro výpočet ložisek je výrobci používaná základní výpočtová trvanlivost (nebo také v jiných literaturách jen základní trvanlivost) značená L 10. Je to předpokládaná hodnota trvanlivosti založená na základní radiální nebo axiální dynamické únosnosti (značená C [kn]), přiřazená 90% spolehlivosti. Jako smluvní hodnota základní trvanlivosti je výrobci stanoveno 10 6 otáček (resp. jiná katalogová hodnota stanovená výrobcem, např. společnost Timken uvádí hodnotu 90*10 6 otáček pro kuželíková ložiska). Základní radiální dynamická únosnost C r, resp. axiální dynamická únosnost C a je tabulkovou hodnotou danou normou ISO 281:2007 nebo katalogovou hodnotou danou výrobcem ložiska. Je to hodnota největšího neproměnného zatížení, při kterém 90% většího souboru ložisek dosáhne trvanlivosti 10 6 otáček. [1] [2] Vztah pro výpočet základní výpočtové trvanlivosti ložiska v počtu otáček L 10 [-] základní trvanlivost v počtu celých otáček C [kn] základní dynamická únosnost P [kn] ekvivalentní dynamické zatížení a [-] mocnitel závislý na typu valivých elementů (pro kuličková ložiska a = 3) Při neměnných otáčkách lze použít upravenou rovnici pro výpočet trvanlivosti, která vyjadřuje základní trvanlivost v provozních hodinách (1) L 10h [hod] základní trvanlivost v hodinách provozu n [1/min] frekvence otáček Při zatížení ložiska, při kterém je ložisko namáháno axiálně a zároveň radiálně, dosazujeme do rovnic ekvivalentní dynamické zatížení (P[kN]). Tímto přístupem zohledňujeme axiální i radiální zatížení ložiska a redukujeme je tak do jedné hodnoty odpovídající kombinovanému namáhání. [2] Výše uvedené rovnice platí pro obvyklé podmínky provozu, obvyklé kvality výroby a ložiska vyrobená z obvyklých ložiskových materiálů. Pro jiné podmínky je pro stanovení trvanlivosti ložiska nutné použít tzv. modifikovanou rovnici trvanlivosti, která zohledňuje dané provozní podmínky. Obsahuje součinitele, kterými lze lépe zohlednit realitu provozu. [2] (2) 17

18 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ 1.4 Vybrané metody diagnostiky strojních objektů Monitorování stavu a diagnostika strojů Komplexním pozorováním provozu a provozních parametrů stroje lze přibližně odhadnout závadu. Toto sledování provozních parametrů stroje popisuje norma ČSN ISO (Obecné směrnice pro použití výkonnostních parametrů). Sledováním otáček, příkonu, výkonu, účinnosti a jiných typů parametrů můžeme rozpoznat i poruchy na ložisku. Tímto přístupem jsme ovšem schopni rozpoznat závady na ložisku až v pokročilém stadiu, tedy v době, kdy ložisko ztrácí provozuschopnost. Touto metodou nelze s dostatečnou přesností lokalizovat zdroje ztrát, předpokládat další vývoj a chování probíhajících dějů v poškozené součásti. [2] Hluková diagnostika Hluk je označení nežádoucího zvuku daného frekvenčním rozmezím 20 Hz až 20 khz. Při odvalování valivých ložisek dochází při odvalení přes poškozené místo k mechanickým rázům a vibracím, které jsou zdrojem akustického hluku. Dalšími příčinami buzení hluku v ložisku můžou být nevyvážené hmoty ložiska, prokluzování valivých elementů nebo celého ložiska v místě uložení. Takto vzniklé vibrace rozkmitají částice prostředí a šíří se v podobě podélných vln. Tyto vlny zachycujeme jako bezdotykově měřitelnou veličinu tzv. zvukoměrem. Základem takového zařízení je mikrofon. Měřenou veličinou je akustický tlak a hladina akustického tlaku. Tyto měřené hodnoty lze poté využít pro základní posouzení kondice strojní součásti. [2] [3] Termodiagnostika Vyhodnocením stavu sledováním teploty se zabývá termografie. Termografie je metoda, kterou jsme schopni zobrazit a poté vyhodnotit teplotní pole povrchu sledované součásti. Pro sledování teploty v ložisku za provozu se využívá metod pasivní termografie. Pasivní termografie se zabývá zobrazením teplotních polí (tzv. termogram) povrchů. Ke snímání teploty se používá termografická kamera. Podstatou termografie je diference snímané povrchové teploty, díky které je možno lokalizovat místo vady. V poškozeném ložisku dochází k zvyšování teploty vlivem tření a jiných degradačních procesů, při kterých se uvolněná energie projevuje právě teplem. Porovnáním naměřených hodnot s referenčními teplotami je možné diagnostikovat nepřípustný stav pro provoz takového ložiska. [3] Akustická emise Působením vnějších a vnitřních sil dochází ve zdroji akustické emise k uvolnění energie. Akustická emise je jev, kterým popisujeme uvolňování energie v lokálních zdrojích struktur materiálů ve formě elastických vln. Elastické napěťové vlny vznikají dynamickým uvolněním mechanického napětí. Zdrojem takových vln mohou být defekty v materiálu, styk kontaktních ploch ve valivém ložisku. Dalšími zdroji akustické emise jsou dislokační, degradační procesy ve struktuře materiálu, kavitace v lopatkových strojích, turbulence v proudících kapalinách při jejich úniku 18

19 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ či degenerací dielektrika. Vzniklá napěťová vlna se šíří tělesem a při dopadu na rozhraní (povrch vzorku) dochází k částečnému odrazu vlny a částečně k její transformaci. Dále se vlna šíří zpravidla Rayleighovou (povrchovou) vlnou. Dochází ale také k transformaci na Lambovu (deskovou) vlnu. Každá z těchto vln se šíří jinou rychlostí. Transformované vlny poté snímáme senzory akustické emise. Těmito senzory lze snímat frekvence v rozhraní od 100 khz do 4 MHz (širokopásmové piezoelektrické senzory pro snímání kolmých složek vln). Snímači akustické emise jsme schopni zaznamenávat dislokace materiálu v řádech od do m (1 pm až 0,01 pm). Snímače převádí přicházející vlny na elektrický signál. Zpracováním takového signálu se zabývají metody akustické emise. Metody akustické emise jsou mimo jiné vhodné ke kontinuálnímu sledování stavu valivých ložisek, k detekci vznikajících mikrotrhlin a jejich šíření. Hlavní nevýhodou těchto metod jsou dosud neznámé přesné příčiny vzniku akustické vlny. Akustické vlny jsou navíc ovlivněny například tvarem a povrchem tělesa, přenosovou cestou vlny závislou na struktuře a homogenitě materiálu. Při zpracování signálu je tedy nutné rozlišit podstatný diagnostický signál od šumů. [2], [3] Vibrodiagnostika Vibrační diagnostika je základní metodou pro odborné posouzení technického stavu a sledování kondice nejen ložisek. Vibrace stroje jako celku, nevyvážených hřídelí, ložisek atd. jsou mechanickým kmitáním. Dle normy ČSN ISO 2041 je pojem vibrace ekvivalentní pojmu kmitání. Vibrace jsou dynamickým jevem, při kterém hmotné body kmitají vratným pohybem kolem rovnovážné polohy. Pro zjednodušení lze skupinu hmotných bodů nahradit tzv. tuhým tělesem. Tuhé těleso je celek dokonale tuhý, nedeformovatelný a pro všechny jeho body platí, že v čase je jejich pohyb totožný. Rovnovážná poloha je takový stav hmotného bodu, kdy výslednice působících sil na těleso je nulová. Naopak vibrace jsou vždy důsledkem působení budící síly. Budící síla může vznikat externě nebo interně. Interně znamená, že vibrace způsobené touto silou mají původ uvnitř pozorovaného tělesa. Mechanické vibrace jsou reakcí na budící sílu, která je daná směrem, velikostí a kmitočtem. Vibrace lze popsat v každém okamžiku amplitudou a fází. Jsou dány kombinací šesti stupňů volnosti - v ortogonální soustavě posuvy v osách (x, y, z) a rotací kolem nich. [2], [3] (3) x [m] okamžitá výchylka vibrací x 0 [m] amplituda vibrací (maximální výchylka) [rad.s -1 ] úhlová rychlost ( ), úhlová frekvence ( ) t [s] čas [rad] fáze harmonické veličiny v čase t = 0 Vibrace jsou v ložisku buzeny rázy. Rázy vznikají při kontaktu dvou vzájemně se pohybujících těles. Například při střetu poškozené kuličky s kroužkem dochází ke změně gradientu určující veličiny vibrací (např. výchylky či rychlosti, zrychlení). Rázy způsobují v tělese přechodové kmitavé jevy generující postupné rázové vlny. Podle časového průběhu změn určujících veličin popisujeme průběh vibrací jako periodický, neperiodický a náhodný. Periodické vibrace obsahující jen jednu 19

20 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Frekvenci, jsou harmonické a popisujeme je vztahem (3). Pro takové vibrace lze z jediné známé určující veličiny (výchylky) určit zbývající dvě derivací podle času (rychlost, zrychlení). Fázový posun, resp. fáze je dána posunem dvou periodických veličin. U rotačních objektů se fáze vztahuje k referenčnímu bodu. Tento referenční bod je nutný k lokalizaci porušení. Superpozicí různých časových průběhů harmonických vibrací získáme rovnici (4) pro složené vibrace. [3] V technické praxi se setkáváme se superpozicí složených vibrací a náhodných vibrací (šumu). Složený signál obsahuje důležitou diagnostickou informaci, a proto jsou šumy nechtěným jevem, který překrývá složený signál. K minimalizaci znehodnocení signálu šumy používáme analogové nebo digitální filtry. Pro měření určujících veličin vibrací používáme snímače (senzory) vibrací. [3] (4) 1.5 Využití vibrační diagnostiky Základnímu využití vibrační diagnostiky se věnují norma ČSN ISO (Monitorování stavu a diagnostika strojů - Monitorování stavu vibrací - Část 1: Obecné postupy), norma ČSN ISO (Monitorování stavu a diagnostika strojů - Monitorování stavu vibrací - Část 2: Zpracování, prezentace a analýza vibračních dat) a norma ČSN ISO (Vibrace - Hodnocení vibrací strojů na základě měření na nerotujících částech). Jedná se především o měření celkových vibrací stroje a porovnáním těchto hodnot s normovanou hodnotou, ta představuje bezporuchový stav stroje. Měření se provádí na nerotujících částech. Tento přístup je ovšem pro měření kondice ložiska nevhodný z hlediska nedostatečně přesného měření, zapříčiněného velkou vzdáleností od ložiska a parazitními vibracemi překrývajícími diagnostickou informaci ložiska. Nemůžeme zjistit přesnou příčinu vibrací ani poruchu blíže lokalizovat. [2] Senzory vibrací Senzory (výchylky, rychlosti, zrychlení) používáme k měření určujících veličin vibrací. Ty se podle principu měření k vztažnému bodu měření dělí na snímače absolutních a relativních vibrací (viz Obr. 4). Obr. 4 Vibrace absolutní a relativní (upraveno dle [3]) 20

21 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Absolutní senzory zrychlení, tzv. akcelerometry se používají tam, kde postrádáme vhodný relativní pevný bod k ukotvení vztažného bodu. Měří vibrace vztažené k vlastní setrvačné tzv. seizmické soustavě. Jsou vhodné pro měření vibrací za provozu ložiska. Hodnoty rychlosti a výchylky vibrací získáváme integrací výstupního signálu z akcelerometru. Frekvenční rozsahy akcelerometrů závisí na hodnotě seismické hmotnosti. Čím větší je seismická hmotnost, tím nižší je vlastní hodnota úhlového kmitočtu (následkem je omezení frekvenčního rozsahu snímače) a zvyšuje se citlivost akcelerometru. [3] Piezoelektrický akcelerometr Patří mezi nejužívanější typ absolutních snímačů vibrací. Podstatou těchto senzorů je přímý piezoelektrický jev. Při deformaci piezoelektrických elementů dochází ke vzniku dipólového elektrického momentu objemového elementu s výsledným efektem polarizace čidla. [3] Dalšími využívanými senzory zrychlení jsou piezorezistivní a kapacitní akcelerometry a je nutné uvést také laserové interferometrické vibrometry. [3] Frekvenční analýza vibrodiagnostického signálu valivého ložiska Signály vibrací získané senzory obvykle zobrazujeme v závislosti na čase (v časové oblasti). Pro posouzení přicházejícího signálu vibrací je vhodné znázornění rozkladu tohoto signálu jako soubor bázových ortogonálních funkcí. V technické praxi kmitání mechanických systémů pak využijeme rozklad na soubor harmonických funkcí. Nástrojem k rozkladu obecného signálu na harmonické složky je Fourierova integrální transformace. Takový soubor harmonických signálů poté vyhodnocujeme jako zobrazení amplitudy v závislosti na frekvenci (ve frekvenční oblasti). Pro analýzu diagnostických signálů je posuzování ve frekvenční oblasti přehlednější než v časové oblasti. Jednotlivé jevy (např. amplitudy zrychlení při rázech) jsou v časové oblasti promíchány. Ve frekvenční oblasti jsou jednotlivé jevy (projevy poruch) od sebe odděleny (viz Obr. 5). [4] Obr. 5 Převod signálu z časové oblasti do frekvenční oblasti Oblast vysokých a velmi vysokých kmitočtů odpovídá kmitočtovému pásmu závad valivých ložisek. Lze lokalizovat závadu jednotlivých částí ložiska na základě charakteristických chybových frekvencí ložiska. Tyto frekvence je možné spočítat dle uvedených vztahů (5 až 8). Vztahy jsou závislé na charakteristických rozměrech ložiska (viz Obr. 6), frekvenci otáčení vnějšího a vnitřního kroužku 21

22 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ ložiska vůči sobě a počtu valivých elementů. Platí pro opakovací frekvence impulzů za předpokladu čistě valivého pohybu. [3] Zvýšená amplituda chybové frekvence dané části ložiska neznamená omezení jeho funkce. Závažnost závady určujeme z postranních pásem chybových frekvencí, která se mohou vyskytovat ve frekvenční oblasti vibrodiagnostického signálu. [2] Obr. 6 Geometrie ložiska (upraveno dle [2]) Frekvence odpovídající závadě vnějšího kroužku BPFO (Ball Pass Frequency Outer Race (5) Frekvence odpovídající závadě vnitřního kroužku BPFI (Ball Pass Frequency Inner Race) (6) Frekvence odpovídající závadě kuličky BSF (Ball Spin Frequency) Frekvence odpovídající závadě klece FTF (Fundamental Train Frequency) (7) (8) f [Hz] frekvence závady m [-] počet kuliček f r [Hz] frekvence daná relativními otáčkami vnitřního a vnějšího kroužku BD [mm] průměr valivých elementů (kuličky, válečku) PD [mm] roztečný průměr valivých elementů β [ ] úhel dotyku d [mm] průměr díry vnitřního kroužku ložiska D [mm] průměr vnějšího kroužku ložiska 22

23 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Fáze poškození Rozvoj závad ložiska probíhá podle snadno předpověditelné křivky vibrací v závislosti na čase dle obrázku (viz Obr. 7). Průběh závad složený z etapy II. až V. je možné aplikovat asi na 80% valivých ložisek. Typické poškození ložiska v důsledku únavových degradačních procesů se rozvíjí přibližně exponenciálně v průběhu posledních 10% až 20% životnosti ložiska. [5] Obr. 7 Fáze poškození ložiska (upraveno dle [5]) Fáze 0. Může se projevit při prvních hodinách a dnech provozu ložiska. Dochází k tzv. záběhu ložiska. Vibrace jsou zachytitelné akcelerometry. Fáze I. Při provozu se ložisko opotřebovává, tvoří se defekty v řádově mikrometrických rozměrech. Při nárazech kov-kov se tělesem ložiska šíří akustická emise (akustická vlna). Frekvence se pohybují v ultrazvukovém pásmu až do několika MHz. V této fázi analyzujeme impulzní akustický signál. Například zaznamenáváme pulzy, které přesáhnou maximum nastavené prahové hodnoty. Při narůstajícím poškození (např. vlivem poruch mazání) se postupně přibližujeme k bodu poškození (Obr. 3) a frekvence poruchy klesají a pohybují se v rozsahu 20 až 60 khz. Piezoelektrickými senzory zachycujeme spojitý signál, který dále filtrujeme pásmovou propustí v oblasti 10 5 Hz a dále statisticky zpracováváme. U metody SEE (Spectral Emitted Energy), která je patentována u firmy SKF, se střední hodnota, efektivní hodnota aj. srovnává s referenční hodnotou. Změny v hodnotách střední hodnoty a efektivní hodnoty lze v průběhu času porovnávat a z trendu hodnot určit narůstající poškození. [3], [5] 23

24 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A POZNÁNÍ Fáze II. V této fázi poškození ložiska se provádí analýza ve frekvenčním rozsahu 20 až 60 khz. Dochází k poškozování částí ložiska, ale frekvence poruch dle vztahů (5 až 8) jsou nerozeznatelné a překrývané nízkofrekvenčními složkami vibrodiagnostického signálu celé soustavy uložení ložiska. Používají se speciální akcelerometry s vysokým prahem vlastní rezonanční frekvence. Akustická vlna se přenáší přes vazební prostředí na akcelerometr. Signál je filtrován kvůli odstranění nízkofrekvenčních složek od stroje. Následné diagnostické zpracování přicházejícího signálu není normováno a existuje mnoho přístupů. Způsoby zpracování signálu jsou závislé na patentech různých firem. Jedním z možných zpracování signálu je na základě rozkmitu rázového impulzu. Jednotkou je gse (Spike Energy = Energie rázových impulzů), která stanovuje poškození ložiska. Pro tuto fázi poškození je typická hodnota 0,25 gse. Dalšími metodami jsou např. metoda SPM (Shock Pulse Method) firmy SPM, metoda BCU (Bearing Condition Unit) firmy Schenck. Mezi klasické metody používané k vyhodnocení vibrodiagnostického signálu patří obálková analýza (obálkové spektra vysokých frekvencí). [3] Fáze III. Se zvyšujícím se opotřebením jsou již zřetelné frekvence, ve kterých lze rozeznat závady jednotlivých elementů ložiska. Objevují se harmonické násobky těchto frekvencí a rozšiřují se postranní pásma chybových frekvencí i jejich harmonických násobků. K zachycení vibrací se již používají klasické akcelerometry. Při vyhodnocování energie pulzů se pohybuje hodnota od 0,25 do 0,5 gse. Postupně hodnota narůstá až na 1,0 gse, příčinou jsou postranní pásma chybových frekvencí a jejich harmonických násobků. [3] Fáze IV. Tato etapa poškození představuje kritické poškození ložiska, kdy je ovlivňována také amplituda otáčkové frekvenční složky spektra. Hodnoty gse strmě narůstají a široká oblast spektra má náhodný charakter a lze zachytit vibrační spektrální složky přímo v oblasti nízkých kmitočtů. Postupně se se zvětšováním ložiskové vůle vytrácejí a nahrazuje je náhodný vysokofrekvenční prahový šum. Proto je pro vyhodnocení stavu ložiska vhodnější sledování nárůstu samotných vibrací (rychlosti vibrací) v čase. Ložisko ztrácí provozuschopnost a je nutno odstavit jej z provozu. [3], [5] 24

25 ANALÝZA PROBLÉMU A CÍL PRÁCE 2 ANALÝZA PROBLÉMU A CÍL PRÁCE Z hlediska bezpečnostního, ale i ekonomického je sledování technického stavu ložiska velmi důležité. Existuje řada metod diagnostiky strojních součástí. Ty se liší vhodností pro daný účel, výkonností, metodami vyhodnocení měření a ekonomickými nároky na pořízení. Pro průmyslové účely je obvykle vyžadována především bezpečnostní funkce měřícího zařízení, které vyhodnotí nepřípustný stav ložiska měřením amplitudy vibrací (viz Kapitola 1.5) a včas vydá varování, popř. vypne zařízení. Diagnostika vibrací s cílem včasného odhalení závady je již využívána méně, ovšem může vést k úsporám díky včasnému a plánovanému zásahu. Proto firma ViDiTech, s.r.o. vyvíjí zařízení, které obsahuje obě zmíněné funkce tj. bezpečnostní, ale také diagnostickou funkci kondice ložiska značenou BC (Bearing Condition). Zařízení firmy ViDiTech, s.r.o. podléhá neustálému procesu vývoje, úprav, vylepšování a ladění systému, zejména pak po softwarové stránce. Cílem této práce je nezávisle posoudit a ověřit funkčnost metody vyhodnocení hodnoty BC získané z analýz amplitud zrychlení ve frekvenční oblasti. K posouzení je nutné provést zkoušku analyzátoru (VDT 2000) při dobře definovaném a kontrolovaném provozu ložiska. Za tímto účelem využijeme měřicí řetězec (viz Obr. 8). Výsledkem práce bude posouzení schopnosti vybraného analyzátoru zachytit a popsat poškození ložiska v průběhu životnostní zkoušky. 2 25

26 MATERIÁL A METODY 3 MATERIÁL A METODY 3.1 Měřicí řetězec Měřicí řetězec (viz Obr. 8) se skládá ze stanice SA67 pro testování životnosti ložisek Ústavu konstruování a analyzátorů ViDiTech 2000CV spolu s programem pro vzdálenou správu a vyhodnocování dat VDTControl Center firmy ViDiTech, s.r.o. Obr. 8 Měřící řetězec zkoušky (upraveno dle [6]) 3.2 Experimentální aparatura - Stanice SA67 Experimentální aparatura s typovým označením SA67 (viz Obr. 9) pro zkoušení radiálních ložisek je součástí laboratoře trvanlivosti a kontaktní únavy Ústavu konstruování Fakulty strojního inženýrství v Brně. Stanice na obrázku je určena k dlouhodobému zkoušení trvanlivosti série až deseti kusů ložisek standardně s typovým označením Pro nekrytá ložiska jsou stanice uzpůsobeny možností mazání olejovou lázní. [6] Jednotlivé stanice jsou propojeny s kontrolním panelem, který umožňuje vypnutí/zapnutí, zaznamenání provozních hodin. Dále je vše závislé na připojených analyzátorech (viz Kapitola 3.4), které monitorují hladinu vibrací, teploty a při závažných situacích jako je překročení hladiny vibrací nebo teploty odpojí z bezpečnostního hlediska danou stanici. Pro případ zadření ložiska je mechanickou ochranou zařízení spojení hnací a hnané části plechem. Plech je vložen jako spojka hřídele elektromotoru s nosnou hřídelí, na které jsou nasunuta podpůrná ložiska a testované ložisko (viz Obr. 11). 26

27 MATERIÁL A METODY Obr. 9 Stanice SA67 [6] Popis stanice a její funkce Stanice se skládá z několika částí (viz Obr. 10). Pohonnou jednotkou je elektromotor, jehož rotor se otáčí frekvencí 2845 otáček za minutu. [6] Obr. 10 Popis stanice SA67 (upraveno dle [6]) 27

28 MATERIÁL A METODY Celá jednotka je zakotvena základovou deskou. Stanici dále tvoří středicí tyče pro vedení rámu, hydraulický válec, pomocí kterého vyvíjíme přes tlačný váleček sílu zatěžující ložisko. Tlačný váleček působí silou na pouzdro, v kterém je uloženo testované ložisko. Tímto způsobem je testované ložisko vystaveno při konstantních otáčkách životnostní zkoušce, kdy snímáme jeho stav pomocí dvou senzorů zrychlení a teploty. Obr. 11 Detail měření vibrací vnějšího kroužku ložiska (upraveno dle [6]) Jeden ze senzorů zrychlení je umístěn přímo na tělese stanice (dále s označením B) a snímá celkové vibrace povrchu tělesa stanice (viz Obr. 10, písmeno K). Senzor nese označení ATW08Pt a jeho specifikace jsou uvedeny v příloze (viz PŘÍLOHA 1). Druhý akcelerometr (dále s označením A) je uchycen také na povrchu tělesa stanice, ale přes vlnovod je snímán přímo bod na vnějším kroužku testovaného ložiska (viz Obr. 11). Ve špičce vlnovodu snímače vnějšího kroužku ložiska je zabudovaná teplotní sonda Pt100 pro měření teploty ložiska v průběhu zkoušky. 28

29 MATERIÁL A METODY 3.3 Ložisko Z Při experimentu byla použita k testování ložiska SKF a ZVL. Specifické rozměry a vlastnosti jednořadého radiálního kuličkového ložiska (viz Obr. 12) jsou získány z CAD modelu společnosti SKF CZ, a.s. (viz. [12]). Technická specifikace ložisek obou výrobců je uvedena v příloze (viz PŘÍLOHA 1). 3.3 Obr. 12 Ložisko Z (upraveno dle [12]) Počet valivých členů (kuliček) m = 8 Průměr valivých elementů (kuličky) BD = 7,94 mm Roztečný průměr trajektorie valivých elementů PD = 33,5 mm Úhel dotyku β = 0 Průměr díry vnitřního kroužku ložiska d = 20 mm Průměr vnějšího kroužku ložiska D = 47 mm 29

30 MATERIÁL A METODY 3.4 Analyzátor ViDiTech 2000CV Analyzátor ViDiTech 2000CV (VDT 2000) je osmi-kanálový digitální přístroj pro měření a vyhodnocování vibrací, teploty a kondice ložiska rotačních strojů (viz Obr. 13). Všechny jeho funkce jsou implementovány do přístroje, takže tvoří kompletní a nezávislou vyhodnocovací jednotku. [15] Obr. 13 VDT 2000 [15] Funkce přístroje Z údajů dostupných ze stránek výrobce [15] jsou vybrané následující technické parametry analyzátoru. Počet měřicích kanálů: 2x vibrace, 4x teplota (tří-vodičová PT 100). Každý kanál obsahuje limitu L1 (výstraha) a L2 (ochrana vypnutím). Přístroj provádí rychlou Fourierovu transformaci (FFT Fast Fourier transform), volitelný typ okna obdélníkové/hannovo, FFT obsahující až 1000 hodnot amplitud vibrací frekvenčního spektra. FFT je možné aplikovat na rychlost vibrací v každém měřícím kanále A i B ve frekvenční oblasti ISO 1 Hz až 1 khz. Obdobně platí i pro analýzu zrychlení vibrací, ovšem platí frekvenční rozsah 500 Hz až 5 khz. Výstupy a relé: 2x vibrace (A, B), 4x teplota (A, B, C, D), kondice ložiska BC (A, B). Tato relé zajišťuji kompletní ochranu diagnostikovaného stroje: OK relé (zajištěni bezproblémového stavu přístroje), L1 relé (uživatelem nastavitelná výstraha zvýšené hodnoty), L2 relé (uživatelem nastavitelná výstraha vysoké hodnoty, ochrana vypnutím stroje). Update a software podpora vzdáleným přístupem přes ModBus. Možnost záznamu dat pomocí softwaru VDTControl Center (viz kapitola 3.5). Komunikační rozhraní zajišťuje spojení na síť, přes kterou je možné přístroje také monitorovat a ovládat pomocí ModBus RTU. Záznamník uživatelsky definovatelný dlouhodobý kruhový záznamník, záznamník je možně zobrazovat a nastavovat pouze přes software (VDTControl Center). 30

31 MATERIÁL A METODY Kondice ložiska - BC Parametr představující aktuální stav diagnostikovaného stroje. BC popisuje podíl průměrné hodnoty z analýzy zrychlení spektra 500Hz až 5000Hz (Avg) k referenční hodnotě (Ref). Hodnota Avg je získávána z 16 minutového úseku s periodou analýz zrychlení každé 4 minuty. Po zapnutí stroje je z průměrné hodnoty ukládán záznam v délce 8 hodin. Následně je tato hodnota uložena a k její změně dochází pouze v případě poklesu nové Ref o více než 10% původní referenční hodnoty. Tyto parametry jsou získávány pouze v případě běžícího stroje. [15] 3.5 Software VDTControl Center Software VDTControl Center (viz Obr. 14) vyvinutý firmou ViDiTech, s.r.o. je určen pro vzdálenou správu, obsluhu, monitorování, záznam a vyhodnocení měření přístrojů VDT. Celý komplet je postaven na modelu klient-server. Modul serveru tvoří program VDTControl Server a klientskou část potom program VDTControl Center. Je tedy možné s touto dvojicí vzdáleně obsluhovat a spravovat přístroje odkudkoliv, kde je k dispozici sítové připojení (ať už LAN, Ethernet, GSM sít apod.). [15] Na počítači, k němuž jsou připojena zařízení VDT (přes převodník USB/ModBus) tedy musí být spuštěn VDTControl Server a na jakémkoliv jiném počítači kdekoliv na světě potom monitorovací část VDTControl Center. Architektura rovněž nevylučuje provoz VDTControl Server a VDTControl Center na jediném počítači. [15] 3.5 Obr. 14 Pracovní prostředí programu VDTControl Center 31

32 VÝSLEDKY 4 VÝSLEDKY Pro životnostní zkoušku bylo v polovině listopadu zapojeno celkem 9 stanic. Stanice 7 byla z technických důvodů nepoužita. Stanice č. 1, 2, 3, 4 byly osazeny ložisky SKF Explorer (celkem 4ks, ložiska budou označována ID1 až ID4) a stanice č. 5, 6, 8, 9, 10 ložisky ZVL (celkem 5ks, označení ložisek opět totožné s označením stanice a to ID5, ID6, ID8, ID9, ID10). 4.1 Chybové frekvence ložiska 6204 Tyto frekvence je možné spočítat dle uvedených vztahů (5 až 8). Vztahy jsou závislé na charakteristických rozměrech ložiska (viz Kapitola 3.3). Frekvence otáčení hřídele a tedy i vnitřního kroužku ložiska je 2845 min -1. Frekvence daná relativními otáčkami vnitřního a vnějšího kroužku je. Její harmonické frekvence jsou (94,8; 142,2; 189,6; 237; 284,4; 331,8; 379,2; 426,6; 474; 521,4; 568,8; 616,2; 663,6; 711, 758,4; 805,8; 853,2; 900,6; 948; 995,4; 1042,8; 1090,2; 1137,6; 1185; 1232,4; 1279,8; 1327,2) Hz Frekvence odpovídající závadě vnějšího kroužku BPFO (Ball Pass Frequency - Outer Race) harmonické frekvence (288; 432; 576; 720; 864; 1008; 1152; 1296; 1440; 1584; 1728; 1872; 2016; 2160; 2304; 2448; 2592; 2736; 2880; 3024) Hz Frekvence odpovídající závadě vnitřního kroužku BPFI (Ball Pass Frequency Inner Race), (469,2; 703,8; 938,4; 1173; 1407,6; 1642,2; 1876,8; 2111,4; 2346; 2580,6) Hz Frekvence odpovídající závadě kuličky BSF (Ball Spin Frequency) (188,8; 283,2; 377,6; 472; 566,4; 660,8; 755,2; 849,6; 944; 1038,4; 1132,8; 1227,2; 1321,6; 1416; 1510,4; 1604,8; 1699,2; 1793,6; 1888; 1982,4; 2076,8; 2171,2) Hz Frekvence odpovídající závadě klece FTF (Fundamental Train Frequency) (29,3; 58,6; 87,9; 117,2; 146,5; 175,8; 205,1; 234,4; 263,7; 293; 322,3; 351,6; 380,9; 410,2; 439,5; 468,8; 498,1; 527,4; 556,7; 586; 615,3; 644,6; 673,9; 703,2; 732,5) Hz 32

33 :47: :42: :17: :54: :29: :55: :31: :51: :15: :56: :05: :42: :32: :07: :43: :19: :55: :31: :06: :23: :59: :34: :32: :07: :43: :18: :54: :29: :05: :41: :16: :52: :27:34 Vibrace [mm/s] VÝSLEDKY 4.2 Start zkoušky Zkouška byla zahájena v polovině listopadu roku 2013 se zvoleným radiálním zatížením 2,5 kn. Předpokládaná výpočetní trvanlivost ložisek byla stanovena dle vztahu (2) při konstantních otáčkách (viz Kapitola 3.2.1) a základní radiální dynamické únosnosti dle výrobce ložiska (viz PŘÍLOHA 1). 4.2 Ložisko SKF (přibližně 38,4 dní) Ložisko ZVL (přibližně 32,7 dní) Vibrace všech ložisek se od do pohybovaly kolem 1mm/s při měření kanálu A (pozn. akcelerometr vnějšího kroužku ložiska) a kolem 0,5mm/s kanálu B (pozn. akcelerometr tělesa stanice). Teplota A (pozn. vnější kroužek, Pt100 ve vlnovodu) kolísala v rozmezí 30 C až 40 C. Teplota B se pohybovala kolem 28 C během celého průběhu zkoušky a je nepodstatnou veličinou pro hodnocení funkce zařízení. V období od prosince do konce února probíhala zkouška s řadou odstávek za účelem ladění celé měřící soustavy a odstranění drobných závad. Z těchto důvodů byla po vzájemné domluvě mezi Ústavem konstruování a firmou ViDiTech, s.r.o. sjednána modifikace životnostní zkoušky. 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Vibrace ID10, kanál A Datum a čas Graf 15 Průběh amplitudy vibrací při změnách zatížení ID 10, kanál A Dne došlo ke změně zatížení z 2,5 kn na 5 kn (viz Graf 15). To se projevilo hlavně nárůstem vibrací A i B a teploty A, jejíž hodnota téměř dosahuje limitu L2 = 60 C (viz Graf 16). Bylo třeba nastavit vyšší limitu u teploty A (z 60 C na 80 C). 33

34 : : : : : :12: :59: :19: :39: :59: :19: :39: :16: :36: :56: :16: :36: :56: :16: :36: :56: :16:25 20:36: :56: :16: :36: :56: :16: :36: :56: :16: :36: :56:25 Teplota [ C] VÝSLEDKY Po doladění limit byla zkouška se zatížením 5 kn opět spuštěna Od tohoto data jsou k dispozici podrobné záznamy o průběhu zkoušky se zatížením 5 kn. Těmto záznamům pro vybraná ložiska jsou věnovány další kapitoly. Předpokládaná životnost v případě nového ložiska je 4,8 dní, resp. 4,1 dní pro ložisko SKF, resp. ZVL Teplota ID10, kanál A Datum a čas Graf 16 Průběh teplot při změnách zatížení ID10, kanál A Po této změně zatížení bylo ložisko ID10 vybráno ze série a určeno k demontování a rozložení. Žádné viditelné poškození nebylo nalezeno. Zkouška dále pokračovala jen s ložisky ID1, ID2, ID3, ID4, ID5, ID6, ID8, ID9. Předpokladem bylo zvyšování vibrací a teploty, postupný kolaps ložisek. Ovšem ložiska běžela bez výraznějších změn (viz Graf 17) až do manuálního odpojení , kdy se přistoupilo k opětovnému navýšení zatížení z 5 kn na 7,5 kn. Limita kanálu A byla v analyzátorech nastavena na L2=7mm/s pro vibrace, L2 = 100 C pro teplotu, L2 = 10 pro BC. Analyzátory po spuštění se zatížením 7,5 kn vypnuly postupně některé stanice. ID1 odpojení po 97 minutách překročením hodnoty vibrací ID4 odpojení po 256 minutách překročením teploty ID5 odpojení po 199 minutách překročením teploty ID6 odpojení po 135 minutách překročením hodnoty BC ID8 odpojení po 368 minutách překročením teploty ID9 odpojení po 75 minutách překročením teploty Toto zatížení bylo zvoleno z důvodu urychlení procesu únavového poškození a co nejrychlejšího získání výsledků. Avšak docházelo k značnému zahřívání, a proto se zatížení muselo snížit na 6 kn. Poslední etapa zkoušky se zatížením 6 kn byla započata v 14:39 a po vypnutí všech strojů byla ukončena. Bezpečnostní limity zůstaly stejné jako při zatížení 7,5 kn. ID1 odpojení po 215:04 (hod:min), ID2 odpojení po 231:23 (hod:min) ID3 odpojení po 33:10 (hod:min), ID4 odpojení po 148:24 (hod:min) ID5 odpojení po 4:14 (hod:min), ID6 manuálně vypnuto ID8 odpojení po 260:28 (hod:min), ID9 odpojení po 96:51 (hod:min) 34

35 :34: :36: :03: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :08: :54: :54: :54: :54: :54: :43: :25: :25: :25: :57: :56: :56: :37: :37: :37: :50: :59: :59: :59: :59: :59: :59:48 Teplota [ C] Amplituda rychlosti vibrací [mm/s] :34: :33: :30: :10: :08: :04: :02: :59: :55: :53: :50: :32: :41: :38: :35: :32: :29: :22: :10: :07: :04: :01: :02: :45: :42: :38: :36: :22: :08: :05: :03: :00: :57:13 VÝSLEDKY 4.3 Průběh zkoušky vybraného ložiska ID3 Zobrazení průběhu posledních etap zkoušky (viz Graf 17, 18). První etapa zobrazuje průběh při zatížení 5 kn. Poté následuje krátký úsek se zatížením 7,5 kn a poslední úsek zkoušky se zatížením 6 kn. Při zátěži 6 kn se zátěžová zkouška stabilizovala. K vypnutí stanice došlo překročením limity vibrací 7mm/s kanálu A Vibrace ID3, kanál A Datum a čas Graf 17 Průběh amplitudy rychlosti vibrací ID3, kanál A Teplota ID3, kanál A Graf 18 Průběh teploty ID3, kanál A Datum a čas Konečný výpis (viz Obr. 19) je pro zobrazení konečného stadia před vypnutím stroje přehlednější. Přístroj VDT 2000 naměřil pozvolný nárůst vibrací v poslední etapě testování (viz Graf 17). Na obrázku 19 lze pozorovat nárůst vibrací 67 minut před vypnutím stroje. Tento úsek je totožný s poslední špičkou vibrací grafu 17, avšak v jiném měřítku časové osy. S nárůstem vibrací koresponduje i nárůst 35

36 VÝSLEDKY teploty (viz Graf 18). Při vypnutí stroje bylo dosaženo naměřené teploty 80 C. Z konečného výpisu je také patrný předpoklad z kapitoly 1.5 o nevhodnosti diagnostiky ložiska na tělese zařízení vibrace kanálu B. Obr. 19 Konečný výpis amplitud rychlosti vibrací ID3, kanál A i B Po rozložení ložiska byl objeven ne zcela typický projev únavového poškození. Zřejmě se jedná o částečně zaválcovaný pitting (viz Obr. 20). Obr. 20 Fotografie vnějšího kroužku ložiska ID3 36

37 Amplituda zrychlení vibrací [m/s^2] 501,71 657,35 812,99 968, , , , , , , , , , , , ,3 2991, , , , ,5 3770, , , , ,7 4548, , , : :06: :33: :48: :48: :48: :48: :48: :48: :04: :04: :04: :04: :13: :25: :25: :25: :16: :16: :07: :08: :10: :59: :59: :59: :59: :59:44 Hodnota BC [-] VÝSLEDKY V následujícím grafu je zobrazen průběh hodnoty kondice ložiska BC (viz Graf 21) BC ID3, kanál A Datum a čas Graf 21 Průběh hodnoty BC ID3, kanál A Hodnota BC se změnila až při změně zatížení na 6 kn v poslední etapě zkoušky. Na změnu z 5 kn na 7 kn nestihla vůbec zareagovat, což nemusí být nutně chyba analyzátoru. Podstatnějším úsekem je závěr zkoušky. BC je hodnota vyčítaná jako podíl průměrné hodnoty (amplitudy zrychlení vibrací frekvenčního pásma 500 Hz až 5000 Hz) k referenční hodnotě (která by měla zůstávat nezměněna, pokud nedojde k výraznějšímu snížení vibrací za chodu stroje). Amplitudy zrychlení vibrací ve frekvenčním pásmu a jejich hodnoty jsou patrné z grafů níže (viz Graf 22, 23). 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Analýza zrychlení vibrací, ID3, Kanál A, , 18:10 Frekvence [Hz] Graf 22 Analýza zrychlení vibrací ID3, kanál A, , 18:10 37

38 Amplituda zrychlení vibrací [m/s^2] 501,71 662,84 823,97 985, , , , , , ,9 2113, , ,3 2596, , ,7 3079, , ,1 3563, , ,5 4046, , ,9 4530, , ,29 VÝSLEDKY Data jsou nezávisle zpracována a vyobrazena na základě hodnot získaných ze záznamníku VDTControl Centra. Prodleva mezi ukládáním hodnot analýz jsou 3 hodiny a mezi jednotlivými FFT analýzami je zřejmý rozdíl. 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Analýza zrychlení vibrací ID3, kanál A, , 21:10 Frekvence [Hz] Graf 23 Analýza zrychlení vibrací ID3, kanál A, , 21:10 Analyzátor odpojil stroj v čase 23:50 ( ). I přes znatelný růst hodnot špiček amplitud zrychlení spektra i postraních pásem špiček charakteristická hodnota BC nereagovala tak, jak se dle její definice předpokládá. Ve frekvenčním spektru jsou viditelné amplitudy opakující se po 152 Hz. Harmonické násobky této frekvence jsou (304; 456; 608; 760; 912; 1064; 1216; 1368; 1520; 1672; 1824; 1976; 2128; 2280; 2432; 2584; 2736; 2888; 3040; 3192; 3344; 3496; 3648; 3800) Hz. Tyto frekvence korespondují s grafem 23. Frekvenci 152 Hz je nejblíže vypočtená hodnota BPFO, tedy hodnota odpovídající vnějšímu kroužku, jejíž hodnota je 144 Hz. 38

39 Amplituda zrychlení vibrací [m/s^2] 501,71 657,35 812,99 968, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , :12: :28: :38: :48: :58: :54: :04: :45: :55: :36: :27: :59: :09: :19: :59: :09: :19: :29: :00: :10: :49: :59: :10: :20: :30: :39: :49: :00:07 Teplota [ C] VÝSLEDKY 4.4 Průběh zkoušky vybraného ložiska ID8 Zaznamenaný průběh zkoušky ložiska ID8 je patrný z průběhu teploty měřené na ložisku (viz Graf 24). Stanice 8 byla vždy vypnuta z důvodu překročení limity teploty L2 = 100 C. V grafu tato hodnota není zaznamenána. Příčinou je nastavení záznamníku, který zaznamenával teploty po 10 minutách Teplota ID8, kanál A Datum a čas Graf 24 Průběh teploty ID8, kanál A Ložisko je vybráno pro podrobnější popis za účelem nestranného zhodnocení změn zatížení při průběhu zkoušky a jejich důsledků. Frekvenční analýza (viz Graf 25) zobrazuje amplitudy zrychlení vibrací na ložisku při zatížení 5 kn. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 3:52 Frekvence [Hz] Graf 25 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 3:52 39

40 :12: :33: :48: :48: :48: :04: :04: :25: :25: :16: :07: :59: :59: :59: :19: :19: :19: :19: :20: :00: :59: :59: :00: :00: :00: :59: :59: :59:50 Hodnota BC [-] 501,71 651,86 802,00 952, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,96 Amplituda zrychlení vibrací [m/s^2] VÝSLEDKY 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 12:20 Frekvence [Hz] Graf 26 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 12:20 Frekvenční analýza na grafu 26 odpovídá opět zatížení 5 kn, ale jinému datu. Je zde prokazatelný nárůst postranních spekter hlavních harmonických frekvencí. Z obrázku kondice ložiska (viz Graf 27) opět jako v případě ID3 není znatelný nárůst hodnoty BC, která by měla být ukazatelem právě nárůstu průměrné hodnoty amplitud zrychlení ve frekvenční oblasti. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 BC ID8, Kanál A Datum a čas Graf 27 Průběh hodnoty BC ID8, kanál A Změny v silovém působení na testované ložisko se projevily zejména zvýšením teploty měřené na ložisku a rozkolísáním hodnoty kondice ložiska. Důvodem pro zvyšování zatížení byl předpoklad dřívějšího únavového poškození. Tento předpoklad se bohužel nepodařilo naplnit. 40

41 VÝSLEDKY Po rozboru ložiska ID8 bylo zaznamenáno zčernalé, spálené mazivo (viz Obr. 28) Obr. 28 Fotografie spáleného maziva ložiska ID8 Pro detailnější rozbor stavu ložiska bylo využito elektronového mikroskopu k přiblížení oběžné dráhy vnitřního kroužku ložiska (viz Obr. 29). Na obrázku je zjevné abrazivní poškození po stranách profilu oběžné dráhy a částečně zaválcovaný pitting. Střed oběžné dráhy je bez závažnějšího poškození. Obr. 29 Snímek oběžné dráhy vnitřního kroužku ložiska ID8 41

42 DISKUZE DISKUZE Životnostní zkouška ložisek neproběhla zcela standardním způsobem. Mnohačetná zdržení a odstávky zkušebních stanic z důvodu odstranění více či méně závažných závad měřícího řetězce měla za následek nepředpokládané zdržení a ztrátu některých zaznamenávaných parametrů. Podotkněme, že po této zkoušce měla následovat zkouška další, která měla proběhnout již bez jakéhokoliv zásahu do aparatury. Za tímto účelem se přistupovalo k razantním zásahům do parametrů zkoušky. Zejména změny zatížení za účelem urychlení zkoušky a co nejrychlejšího získání výsledků měly jistý vliv na průběh zkoušky. I přes tuto skutečnost nelze považovat naměřená data jako znehodnocená. Výsledky zkoušky přinesly mnohé poznatky, které lze aplikovat na případnou další životnostní zkoušku. Z výsledků zkoušky lze usoudit, že zvolená zatížení 5 kn, následných 7,5 kn a konečných 6 kn nebyla příliš vhodná z důvodu přetížení ložiska. V reálném provozu by pro taková zatížení nebylo ložisko v žádném případě dostačující. Při výrazném přetížení ložiska 7,5 kn docházelo k jeho přehřívání tak, jak je vyobrazeno u ložiska ID8 (viz Graf 24). Měřená teplota v blízkosti ložiska (kanál A) dosahovala hodnot až 100 C. Tato naměřená teplota podle údajů výrobce ložisek ještě není kritická pro plastické mazivo a mělo by tuto teplotu ještě snášet, ačkoliv je teplota již značně zvýšená. Z výsledků rozložení ložisek (nejen ložiska ID8, tato skutečnost se týká i všech ostatních ložisek) lze usuzovat značně vyšší teplotu v místě styčných ploch kuliček a oběžných drah oproti teplotě naměřené užitým snímačem (kanál A) ve vlnovodu. Zřejmě zde při prostupu tepla dochází k značným ztrátám. Tuto skutečnost je nutné uvažovat při budoucí volbě zatížení a nastavení limitních hodnot teploty, protože zvýšená teplota se negativně projevuje na kvalitě procesu mazání. Dalším dopadem přetěžování, vysoké teploty a poruch mazání bylo ne zcela běžné opotřebení oběžných drah ložiska (viz Obr. 29). Posudek na správnou funkci analyzátoru a jeho vyhodnocování hodnoty kondice ložiska BC nelze jednoznačně a spolehlivě vyvodit. Je totiž možné, že výrazné změny zatížení, které se měnily skokovou změnou ve velkém rozsahu, mohou mít vliv na správné určení referenční hodnoty a na celkový průběh hodnot BC. Naopak o bezpečnostních funkcích analyzátoru nelze pochybovat. Zařízení reagovalo přesně a spolehlivě na překročení nastavených limit a vždy došlo k bezpečnému odstavení stanice. Pro případnou další zkoušku můžeme vyvodit z výsledků vhodné parametry nastavení. S ohledem na otáčky elektromotoru a při použití stejného typu krytých ložisek by bylo vhodné pro správnost a důvěryhodnost zkoušky použít zatížení maximálně 4 kn. Dále je vhodné toto zatížení během zkoušky zachovat beze změny za účelem důvěryhodného posouzení správné funkce metody vyhodnocení kondice ložiska. 42

43 ZÁVĚR ZÁVĚR Při provozu strojních zařízení a strojů je diagnostika a sledování jejich stavu přínosná z hlediska bezpečnostního i ekonomického. Pro různé typy strojů podle nároků na provoz jsou na trhu dostupná různá diagnostická zařízení. Diagnostická zařízení se liší především diagnostickými funkcemi a odpovídajícími pořizovacími náklady. Základní, méně ekonomicky náročná zařízení slouží většinou pouze k vyhodnocení nepřípustných stavů překročením limitních hodnot. Zabezpečovací funkce pak odstaví zařízení z provozu. Pro drahé a provozně náročné strojní zařízení jsou určena sofistikovanější diagnostická zařízení. Taková zařízení jsou podstatně dražší, ale také výkonnější a citlivější. Nepřetržitě monitorují stav provozovaného ložiska a získaná data vyhodnocují různými metodami. Metody se liší dle výrobce a jejich podstavu je schopnost včas vypovědět o stavu součásti potřebné informace pro její další provoz nebo blížící se nutný servisní zásah. Zařízení jsou vhodná zejména při aplikacích drahých ložisek nebo tam, kde je výpočetně plánovaná výměna ekonomicky velmi náročná. Mnohdy je totiž servisní interval naplánován s jistou rezervou, ale díky diagnostickému zařízení jsme schopni bezpečně posunout výměnu ložiska, a tím zabránit zbytečným výdajům. Firma ViDiTech, s.r.o. proto vyvíjí univerzální zařízení, která spojují jak zabezpečovací funkci, tak funkci vibrodiagnostické jednotky pro vyhodnocení stavu ložiska. Toto zařízení má vyplňovat mezeru na trhu mezi nejjednoduššími bezpečnostními okruhy a drahými zařízeními. Tímto zařízením firma ViDiTech nabízí zákazníkům za příznivější ceny možnost sledování stavu ložiska a jeho bezpečného a ekonomického provozu. 43

44 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R MISCHKE a Richard G BUDYNAS. Konstruování strojních součástí. 1. vyd. Editor Martin Hartl, Miloš Vlk. Brno: VUTIUM, 2010, 1159 s. ISBN [2] MAZAL, Pavel, Luboš PAZDERA a Jaroslav SMUTNÝ. Identifikace kontaktního poškození materiálů a ložisek metodou akustické emise. Vyd. 1. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2009, 116 s. ISBN [3] KREIDL, M., Šmíd, R. Technická diagnostika: senzory, metody, analýza signálu. Praha: BEN technická literatura, 2006, 408 s. Senzory neelektrických veličin. ISBN [4] TŮMA, Jiří. Zpracování signálů získaných z mechanických systémů užitím FFT. Praha: Sdělovací technika, 1997, 174 s. ISBN [5] BILOŠ, Jan a Alena BILOŠOVÁ. Aplikovaný mechanik jako součást týmu konstruktérů a vývojářů: Vibrační diagnostika [online]. Ostrava: Fakulta strojní, VŠB-TU, 2012, 142 s. [cit ]. Dostupné z: a.pdf [6] HORT, F. Využití metody akustické emise pro zpřesnění diagnostiky vzniku poškození radiálních ložisek. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí dizertační práce doc. Ing. Pavel Mazal, CSc. [7] SUCHÁNEK, D. Přehled současného stavu a nových trendů při hodnocení poškození valivých ložisek. Brno, s, Bakalářská práce na fakultě Strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně na Ústavu konstruování. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Pavel Mazal, CSc. [8] Opotřebení povrchovou únavou. POŠTA, Josef, Petr VESELÝ a Milan DVOŘÁK. Degradace strojních součástí [online] [cit ]. Dostupné z: [9] Jednoradové gul'kové ložiská. ZVL SLOVAKIA, a.s. [online] [cit ]. Dostupné z: [10] Katalóg ložísk. ZVL SLOVAKIA, a.s. [online] [cit ]. Dostupné z: [11] Jednořadá kuličková ložiska. SKF CZ, a.s. [online]. [cit ]. Dostupné z: 44

45 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [12] Tabulková část: Kuličková ložiska, jednořadá. SKF CZ, a.s. [online]. [cit ]. Dostupné z: [13] Náplň plastického maziva. SKF CZ, a.s. [online]. [cit ]. Dostupné z: [14] Pro konstruktéry: Vady s poškození ložisek. ZKL, a.s. [online] [cit ]. Dostupné z: [15] ViDiTech, spol. s r. o. [online] [cit ]. Dostupné z: 45

46 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ aj. - a jiné atd. - a tak dále např. - například popř. - popřípadě tj. - to jest tzv. - tak zvaný apod. - a podobně pozn. - poznámka FFT - Fast Fourier transform ISO - International organization for standardization L 10 [-] základní trvanlivost v počtu celých otáček L 10h [hod] základní trvanlivost v hodinách provozu C [kn] základní dynamická únosnost P [kn] ekvivalentní dynamické zatížení a [-] mocnitel n [1/min] frekvence otáček m [-] počet valivých členů BD [mm] průměr valivých elementů PD [mm] roztečný průměr trajektorie valivých elementů β [ ] úhel dotyku d [mm] průměr díry vnitřního kroužku ložiska D [mm] průměr vnějšího kroužku ložiska f [Hz] frekvence závady f r [Hz] frekvence relativních otáček vnitřního a vnějšího kroužku 46

47 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ Obr. 1 Kuličkové ložisko jednořadé [1] 14 Obr. 2 Opotřebení povrchu elementů ložiska únavou materiálu pitting (upraveno dle [8]) 15 Obr. 3 Rozvoj poškození oběžné dráhy ložiska - pitting (upraveno dle [7]) 16 Obr. 4 Vibrace absolutní a relativní (upraveno dle [3]) 20 Obr. 5 Převod signálu z časové oblasti do frekvenční oblasti 21 Obr. 6 Geometrie ložiska (upraveno dle [2]) 22 Obr. 7 Fáze poškození ložiska (upraveno dle [5]) 23 Obr. 8 Měřící řetězec zkoušky (upraveno dle [6]) 26 Obr. 9 Stanice SA67 [6] 27 Obr. 10 Popis stanice SA67 (upraveno dle [6]) 27 Obr. 11 Detail měření vibrací vnějšího kroužku ložiska (upraveno dle [6]) 28 Obr. 12 Ložisko Z (upraveno dle [12]) 29 Obr. 13 VDT 2000 [15] 30 Obr. 14 Pracovní prostředí programu VDTControl Center 31 Graf 15 Průběh amplitudy vibrací při změnách zatížení, ID10, kanál A 33 Graf 16 Průběh teplot při změnách zatížení ID10, kanál A 34 Graf 17 Průběh amplitudy rychlosti vibrací ID3, kanál A 35 Graf 18 Průběh teploty ID3, kanál A 35 Obr. 19 Konečný výpis amplitud rychlosti vibrací ID3, kanál A i B 36 Obr. 20 Fotografie vnějšího kroužku ložiska ID3 36 Graf 21 Průběh hodnoty BC ID3, kanál A 37 Graf 22 Analýza zrychlení vibrací ID3, kanál A, , 18:10 37 Graf 23 Analýza zrychlení vibrací ID3, kanál A, , 21:10 38 Graf 24 Průběh teploty ID8, kanál A 39 Obr. 25 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 3:52 39 Graf 26 Analýza zrychlení vibrací ID8, kanál A, , 12:20 40 Graf 27 Průběh hodnoty BC ID8, kanál A 40 Obr. 28 Fotografie spáleného maziva ložiska ID8 41 Obr. 29 Snímek oběžné dráhy vnitřního kroužku ložiska ID

48 SEZNAM PŘÍLOH SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1: Specifikace použitých ložisek a senzorů Příloha 2: CD Elektronická verze bakalářské práce (průvodní zpráva) Fotografická dokumentace Laboratorní protokol Analýzy zrychlení Záznamy rychlostí, teplot, BC Jiná digitální data 48

49 PŘÍLOHA 1 PŘÍLOHA 1 Specifikace použitých ložisek a senzorů Ložisko Z Jednořadé radiální kuličkové ložisko s ocelovou klecí Z patří mezi univerzální a nejpoužívanější typ ložisek. Díky své jednoduché nerozebíratelné konstrukci je odolné a vyžaduje zanedbatelnou údržbu. Ložisko se vyznačuje hlubokými oběžnými drahami bez plnícího otvoru, což umožňuje přenášet kromě radiálního zatížení i axiální zatížení v obou směrech. Doplňkové znaky 2Z značí lisovaný ocelový krycí plech na obou stranách ložiska. Krycí plechy jsou zalisovány do zápichů vnějšího kroužku ložiska a těsně přiléhají k vnitřnímu kroužku a vytváří tak bezdotykové těsnění. Ložisko je určeno především k provedení uložení s rotací vnitřního kroužku. Při vyšších otáčkách rotace vnějšího kroužku by mohlo dojít k úniku maziva. [9], [11] Technické specifikace Z - ložisko kuličkové jednořadé, oboustranně kryté plechem: Výrobce SKF (viz [11], [12]) Třída jakosti SKF Explorer Hmotnost 0,111 kg Vnitřní průměr 20 mm Vnější průměr 47 mm Šířka 14 mm Základní radiální dynamická únosnost C r = 13,5 kn Základní radiální statická únosnost C o = 6,55 kn Mezní frekvence otáčení otáček/min Náplň plastického maziva Plastické mazivo s dlouhou životností Zahušťovadlo Lithné-vápenaté mýdlo Základní olejová složka Minerální olej Provozní teplota maziva od -30 C do +120 C Výrobce ZVL (viz [9], [10]) Hmotnost 0,107 kg Vnitřní průměr 20 mm Vnější průměr 47 mm Šířka 14 mm Základní radiální dynamická únosnost C r = 12,80 kn Základní radiální statická únosnost C o = 6,56 kn Mezní frekvence otáčení otáček/min Povozní teplota do +120 C Provozní teplota maziva od -35 C do 140 C 49

50 PŘÍLOHA 1 Teplotní a akcelerační snímač ATW08Pt Informace o zařízení dle výrobce (viz [15]) Specifikace Citlivost ± 20% = 100 mv / g Rozsah zrychlení = 50 g peak Amplitudová nelinearita = <1% Frekvenční rozsah: ± 5% = Hz ± 10% = Hz ± 3 db = Hz Rezonanční kmitočet = 18,7 khz Příčná citlivost = 2% axiální (max) Napájení zdroj napětí Elektrický šum, nominální, spektrální: Výstupní impedance (max) Bias výstupní napětí = VDC 10 Hz = 16 mg / Hz 100 Hz = 4 mg / Hz 1000 Hz = 1,3 mg / Hz = 100 Ω = 12 VDC Teplotní čidlo: ASW 08 Teplotní rozsah Omezení vibrací Šokové omezení = 3 - drátový senzor PT až +105 C = 100 g peak = 200 g peak Kabelové údaje: Vodič = 5 drátů + stínění Teplotní rozsah = -55 C až +130 C Délka kabelu = 2,5 m / 5 m Průřez vodiče plocha = 0,56 mm2 Barva vnější izolace = černá Vnější průměr = 5,5 mm Akcelerometr s teplotním čidlem ATW08Pt [15] 50