VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU A NOVÝCH TRENDŮ PŘI HODNOCENÍ POŠKOZENÍ VALIVÝCH LOŽISEK VIEW OF ACTUAL STATE AND NEW TRENDS IN AREA OF BEARINGS DAMAGE EVALUATION BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR DANIEL SUCHANEK doc. Ing. PAVEL MAZAL, CSc. BRNO 2007

2 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA, BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ABSTRAKT Tato bakalářská práce obsahuje výběr ze současných metod provozního hodnocení poškození valivých ložisek, uvádí podstatu těchto metod a jejich význam pro zajištění dlouhého a bezporuchového provozu stroje. Vybranými metodami jsou: sledování provozních parametrů stroje, vibrační diagnostika, termodiagnostika, hluková diagnostika a akustická emise. V jejím závěru je uveden příklad aplikace metody akustické emise na zjednodušené zkoušce kontaktní únavy. ABSTRACT This bachelor s thesis studies selected current methods of evaluating damage to opperational bearings. It introduces the fundamental approach of these methods and their importance for longevity and uninterupted operation of industrial machines. The selected methods studied are: Operational Parameters Monitoring, Vibrodiagnostics, Thermodiagnostics, Noise Diagnostics and Acoustic Emission. This thesis closes with an example of Acoustic emission method applied on simplified test of material fatigue. KLÍČOVÁ SLOVA valivé, ložisko, poškození, diagnostika, provozní, parametry, vibrace, termogdiagnostika, hluk, akustická, emise, technický, stav, monitorování KEYWORDS rolling, bearing, damage, diagnostics, operational, parameters, vibrations, thermodiagnostics, noise, acoustic, emission, condition, monitoring BIBLIOGRAFICKÁ CITACE DLE ČSN ISO 690 SUCHANEK, D. Přehled současného stavu a nových trendů při hodnocení poškození valivých ložisek. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Pavel Mazal, CSc. 7

3

4 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci Přehled současného stavu a nových trendů při hodnocení poškození valivých ložisek napsal samostatně pod vedením doc. Ing. Pavla Mazala, CSc. a uvedl v seznamu všechny literární i jiné zdroje. V Brně 18. května Daniel Suchanek 9

5

6 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Chci poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Pavlu Mazalovi, CSc. za cenné rady a připomínky, které mi pomohly k vytvoření této práce. Také děkuji svým rodičům a kamarádům, kteří mě při tvorbě bakalářské práce a studiu podporovali. 11

7

8 OBSAH ÚVOD 15 1 ZÁKLADNÍ POJMY DIAGNOSTIKY VALIVÝCH LOŽISEK 16 2 VALIVÁ LOŽISKA 17 3 POŠKOZENÍ VALIVÝCH LOŽISEK 18 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Sledování provozních parametrů stroje Vibrační diagnostika Celkové vibrace stroje Lokalizace poškození valivých ložisek Fáze poškození Termodiagnostika Hluková diagnostika Akustická emise 27 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE NA ZJEDNODUŠENÉ ZKOUŠCE KONTAKTNÍ ÚNAVY Materiál Zkušební zařízení Průběh experimentu Výsledky Ukázka aplikace AE 33 6 ZÁVĚR 35 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 36 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN Seznam použitých zkratek Seznam použitých symbolů a veličin 37 9 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ SEZNAM TABULEK 39 13

9

10 ÚVOD ÚVOD Cílem technické civilizace je už ode dávna zajistit dlouhý, bezporuchový provoz strojů s minimálními nároky na provoz a údržbu. Proto se společně s vývojem výpočetní techniky, automatizace, zdokonalováním strojů a aplikací nových technologií vyvíjely patřičné postupy a metody, které pomáhaly zvýšit produktivitu, prodloužit životnost strojů a dosáhnout větších finančních úspor. Valivá ložiska jsou jednou z oblastí, ve které se výrazně zvýšily nároky na provozní vlastnosti, a proto bylo potřeba vyvíjet stále lepší způsoby, jak těmto potřebám vyhovět. Nejdříve vznikly postupy, které pomáhaly určit trvanlivost valivých ložisek. Zprvu se jednalo pouze o experimenty, později však díky znalostem fyzikální podstaty dějů probíhajících v ložiskách byly odvozeny rovnice, pomocí kterých bylo možné vypočítat minimální trvanlivost i pro jiné provozní podmínky, než ve kterých byl experiment proveden. Tyto výpočty se dále upřesňovaly a prováděly se jednotlivé korekce, které zahrnovaly typ ložiska a přibližovaly skutečné provozní podmínky. Na začátku roku 2007 byla mezinárodní organizaci pro standardizaci zahrnuta teorie trvanlivosti ložisek podle SKF do normy ISO 281 (viz. [2]). Aby bylo zabráněno poruchám strojů, jsou používány výpočty intervalů preventivních výměn ložisek, to však není příliš efektivní. Pomocí výpočtů založených na určitých počátečních předpokladech není možné určit skutečný stav ložiska, které mohlo projít ději, které ve výpočtech nebyly zahrnuty a přesto mohly významně ovlivnit jeho životnost. Zjištění stavu ložisek vizuálně, tj. rozebráním stroje v provozu je prakticky nereálné, proto vznikl obor technické diagnostiky, který se zabývá bezdemontážními a nedestruktivními metodami a prostředky pro stanovení technického stavu. Technická diagnostika je moderním nástrojem údržby, pomocí níž je možné předejít haváriím a zabránit tak například poškození souvisejících součástí. Použitím technické diagnostiky je možné odhalit poškození, lokalizovat ho, určit jeho velikost, která vypovídá o jeho závažnosti, tudíž o schopnosti ložiska plnit požadovanou funkci a to včetně požadovaných kvalit, a v neposlední řadě sledovat vývoj poškození, pomocí kterého je možné určit příčinu poškození a stanovit, jak dále postupovat. Takto je možné vyhnout se neplánovaným odstávkám a uspořit finance. Technická diagnostika slouží také k optimalizaci provozu, pro určení provozních podmínek, při kterých stroj pracuje nejefektivněji. To vede ke zvýšení jeho spolehlivosti, která je známkou jakosti. Aby byla diagnóza jednoznačná a věrohodná je důležitá správnost použití diagnostických metod a prostředků. To stanovují patřičné normy, které byly vytvořeny na základě dlouholetých zkušeností a po velkém počtu měření. Provádění technické diagnostiky je stále ještě nákladnou záležitosti a to z důvodů nároků na zařízení, které je potřeba pro zachycování a zpracování signálu, zvláště drahé jsou například analogové filtry, proto se diagnostika provádí nejčastěji tam, kde je dosaženo větších úspor, než jsou náklady na její provedení, nebo tam, kde by selhání valivých ložisek mělo za následek ohrožení lidských životů. Pro diagnostiky je velmi důležité vědět jaké ložisko diagnostikují. Ložiska stejné rozměrové řady od různých výrobců se můžou podstatně lišit vnitřní konstrukcí, proto je důležité znát způsob označování ložisek daného výrobce a jejich parametry potřebné pro stanovení diagnózy. Technická diagnostika je oborem, ve které se neustále vyvíjejí nové diagnostické metody a prostředky, proto je také významnou oblastí zájmu výzkumu.

11 1 ZÁKLADNÍ POJMY DIAGNOSTIKY LOŽISEK 1 1 ZÁKLADNÍ POJMY DIAGNOSTIKY VALIVÝCH LOŽISEK Diagnostika ložisek je částí technické diagnostiky, která je vědním oborem zabývajícím se bezdemontážním a nedestruktivním zjišťováním technického stavu objektu. Slovo dia-gnosis pochází z řečtiny a znamená skrze poznání. Cílem technické diagnostiky je detekovat poškození, lokalizovat ho a zjistit jeho velikost, která vypovídá o závažnosti poškození. Součástí technické diagnostiky je také zjišťování příčin vzniku a šíření poškození. Pro hodnocení poškození valivých ložisek se používají diagnostické metody. Ty využívají diagnostické prostředky, které se skládají z technických zařízení a pracovních postupů. Pracovní postup je algoritmem, který zahrnuje programové vybavení pro vyhodnocování dat, metody zpracování signálu, metod výběru diagnostických parametrů, vytvoření matematických modelů atd. Diagnostické prostředky lze rozdělit na ON-LINE a OFF-LINE prostředky. ON-LINE prostředky jsou používány pro kontinuální monitorování technického stavu ložisek. Pomocí nich je možno lépe sledovat trendy. ON-LINE měřící prostředky můžou být zakomponovány do zpětnovazebního řídícího systému a propojeny s interaktivními počítačovými systémy, které jsou nejen schopny včasně upozornit na riziko poruchy, tj. ukončení provozuschopnosti stroje, ale také zareagovat na krizovou situaci změnou provozních parametrů nebo zastavením stroje bez lidské obsluhy. Počítačové systémy umožňují nastavení mezí přípustného technického stavu, ten je dán hodnotami měřených veličin a jejich vzájemnými relacemi v daném časovém okamžiku. Pokud dojde k překročení mezí přípustného technického stavu, dochází k poruše, tj. konec provozuschopnosti ložiska. Aby bylo tomuto jevu zabráněno, jsou sledovány trendy, na základě kterých je možné dostatečně brzo předpokládat, kdy dojde k meznímu stavu. Díky tomu je možné ponechat ložisko déle v provozu, pokud splňuje požadované vlastnosti, popřípadě změnit provozní podmínky, naplánovat údržbu, výměnu a minimalizovat tak riziko neplánovaného odstavení stroje nebo také předejít poruchám, které by mohly mít za následek poškození ostatních součástí stroje. Takto je možné zvýšit spolehlivost stroje a docílit významných finančních úspor. OFF-LINE prostředky jsou také nazývány pochůzkovými prostředky a slouží pro určení okamžitého stavu ložiska a sběr dat pro podrobnější analýzu. Základem technické diagnostiky je měření, které se provádí podle obecných norem určování technického stavu a norem specifických pro danou metodu. Měření se provádí pomocí snímačů a získávají se tak sumární hodnoty, podle kterých je možné stanovit, zda je přítomna závada. Pokud je nalezena, provádí se podrobné měření a analýzy měřeného signálu. Diagnostický signál se zpracovává nejdříve analogicky, poté se provádí digitalizace pomocí analogově-číslicových převodníků, aby bylo možné zpracování signálu výpočetní technikou, která umožňuje používat různé algoritmy pro zpracování signálu a usnadňuje jeho přenos. Při převádění signálu do číslicové podoby je však potřeba vyvarovat se negativnímu jevu aliasingu, ke kterému může dojít v případě, kdy frekvence odebírání vzorku, tzv. vzorkování, není dostatečně velká ve srovnání s maximální frekvencí snímaného signálu. Proto se používají antialiasingové filtry, aby se předešlo nesmyslným výsledkům. Dále následují analýzy pro popis vlastností signálu z hlediska amplitudy a popisu signálu v časové oblasti, poté se provádí spektrální analýzy hlavně pomocí rychlé Fourierovy transformace (FFT), lokalizace poškození se pak provádí analýzami fází. Souhrnem analýz a zpracování signálu lze pak přesně specifikovat poškození a navrhnout správné řešení situace. 16

12 2 VALIVÁ LO ISKA 2 VALIVÁ LO ISKA Valivá lo iska pat í k významným a velmi p esným strojním sou ástem, které umo ují p enos zatí ení p i vzájemném otá ivém nebo posuvném pohybu jeho ástí. Síly jsou p ená eny pomocí valivých t les, které jsou umíst ny v kleci nej ast ji mezi krou ky, tím je nahrazeno kluzné t ení zna n men ím valivým. Podle sm ru p eva ujících p ená ených sil d líme valivá lo iska na radiální (v t ina sil p sobí kolmo na osu otá ení) a axiální (v t ina sil p sobí ve sm ru osy otá ení). Neexistuje p esná hranice mezi t mito základními skupinami lo isek, proto e v t ina radiálních lo isek m e p ená et také axiální síly a n které druhy axiálních lo isek jsou schopny zachytit i radiální zatí ení. Podle tvaru valivých t les se rozli ují v ka dé skupin lo iska kuli ková, vále ková, jehlová, soude ková a ku elíková. Základní únosnost je v rozm rových tabulkách uvedena pro to zatí ení, které p evládá. Zatí ení se d lí na statické a dynamické. P i statickém zatí ení je lo isko zatí eno v klidu nebo p i pomalém pohybu a p i dynamickém se zatí ené valivé lo isko otá í. Z hlediska výpo t je pro statické zatí ení rozhodující trvalá deformace na funk ních plochách lo iska, v p ípad dynamického zatí ení je pro výpo et rozhodující trvanlivost lo iska. Pod pojmem trvanlivost se rozumí po et otá ek, které lo isko vykoná nebo dobu chodu, ne se objeví první známky kontaktní únavy na materiálu valivých t les nebo ob ných dráhách. Podle doporu ení ISO s ohledem na provozní bezpe nost byla stanovena základní trvanlivost L 10, tj. trvanlivost, které dosáhne nebo ji p ekro í 90% v t ího mno ství stejných lo isek p i stejných provozních podmínkách. Nejv t í neprom nné zatí ení, p i jeho p sobení dosáhne 90% lo isek z v t í skupiny stejných lo isek základní trvanlivosti miliónu otá ek, je nazýváno základní dynamickou únosnosti C 10. Základní dynamická únosnost je u radiálních lo isek ur ena pro neprom nné ist radiální zatí ení a u axiálních lo isek pro neprom nné ist axiální zatí ení. Vztah mezi základní trvanlivosti, základní dynamickou únosností a zatí ením lo iska vyjad uje rovnice trvanlivosti, která platí pro v echny typy lo isek. Pokud je lo isko zat ováno v radiálním i axiálním sm ru, dosazuje se do rovnice ekvivalentní zatí ení, které má stejný vliv na vznik poruchy jako p sobení axiálního a radiálního zatí ení zárove. Modifikovaná rovnice trvanlivosti obsahuje sou initele, které p ibli ují skute né provozní podmínky: mazání, typ lo iska, ulo ení a zatí ení. Doba do vy azení lo iska z provozu kv li ztrát po adovaných provozních vlastností i z jiných p í in, ne je pitting, je nazývána ivotností lo iska (viz. [3], [4]). 2 Obr. 2-1 Valivá lo iska [5] 17

13 3 POŠKOZENÍ VALIVÝCH LOŽISEK 3 3 POŠKOZENÍ VALIVÝCH LOŽISEK Valivá ložiska, stejně jako jiné strojní součástí, podléhají degradačním procesům opotřebení, které jsou způsobeny interakcí zatížených a vzájemně pohybujících se povrchů nebo vlivem provozního prostředí, a vedou k úbytku materiálu. V extrémních případech může vlivem kumulace poškození nebo velkých rázů dojít k lomům materiálu. Ve většině případů poškození ložisek nebývá prvotní příčinou problému, bývá obvykle následkem jiné závady stroje. Rozlišuje se poškození kroužků, valivých těles, klece a popř. těsnění. Za ideálních provozních podmínek bývá příčinou omezené životnosti ložisek zpravidla pouze vydrolování materiálu provázeno vznikem důlků s charakteristickým lasturovým lomem, tzv. pitting. Jedná se o kontaktní únavu materiálu, která je způsobena opakujícím se místním zatížením na kroužku nebo valivém tělese. Obr. 3-1 Pitting na kroužku ložiska a valivém tělese [7] V běžných provozních podmínkách mohou být poškození valivých ložisek způsobena nesprávnou montáží a uložením (volba nevhodného nářadí nebo postupu, nešetrné zacházení, nadměrné nasunutí, nesouosost, nevyváženost, nesprávný geometrický tvar hřídele, nekvalitní opracování stykových ploch), provozními podmínkami a údržbou (nevhodné mazání, extrémní teploty, vlhkost, znečištění, přetěžování, vibrace, předpětí, průchod elektrického proudu, koroze). K těmto poškozením patří zejména opotřebení způsobené abrazivními částicemi, vibracemi nebo nedostatečným mazáním, při kterém dochází k prudkému zvýšení teploty, vtisky způsobené částicemi nečistot, chybnou montáži nebo přetížením, poškozená čela valivých těles a přírub, oděr valivých těles a oběžných dráh prokluzy, styková nebo hloubková koroze, poškození způsobené průchodem elektrického proudu, odlupování způsobené předpětím, oválnou deformací, axiálním zatížením, nesouosostí, vtisky, oděrem, stykovou korozí, rýhami, jamkami a trhliny způsobené nešetrným zacházením, nadměrným nasunutím, oděrem nebo stykovou korozí. Poškození klece bývá způsobeno vibracemi, nadměrnými otáčkami, opotřebením oděrem, zablokováním nebo nesouosostí. Klec je vyrobena z měkčího materiálu, proto je jako první ovlivněna nedostatečným mazáním. Pokud se otvory pro valivá tělesa zvětší následkem opotřebení, mohou výsledné síly vést k rozlomení klece. K lomům klece můžou taktéž vést setrvačné síly způsobené vibracemi nebo nadměrnými otáčkami. 18

14 3 POŠKOZENÍ VALIVÝCH LOŽISEK Důležitá je velikost a rozsah poškození, které určují, zda ložisko dosahuje požadovaných vlastností. Podstatná je také rychlost vývoje poškození, která určuje životnost ložiska. Z hlediska diagnostiky je s ohledem na použití zařízení a metod důležité rozlišovat v jakém stádiu se poškození nachází. Prvotním poškozením je nazýván jev, kdy dojde k prvnímu styku kov-kov, přitom vzniká akustická emise, která se šíří tělesem ložiska (viz. [6]). Obr. 3-2 Vývoj poškození ložiska [upraveno dle 10] Obr. 3-3 Havárie turbíny následkem závažného poškození valivých ložisek [10] 19

15 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK 4 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Pro zaručení bezporuchového chodu stroje se používají různé diagnostické metody, pomocí kterých je možné nejen detekovat, lokalizovat, zjistit velikost a rozsah poškození valivých ložisek, ale také najít příčiny vzniku a šíření poškození. Všechny běžně používané metody diagnostiky ložisek jsou uvedené v normách ISO. Velká část směrnic pro diagnostiku ložisek je zahrnuta v řadě norem pod společným názvem Monitorování stavu a diagnostika strojů. V normách se kromě popisů metod, postupů měření, zpracování dat a jejich vyhodnocování nacházejí také doporučení pro výběr vyhodnocovacích parametrů, snímačů a jejich umístění podle typu stroje, ve kterém jsou ložiska použity. Normy pro jednotlivé metody jsou stanovené pro určitý rozsah měřených veličin, pokud se veličiny nacházejí mimo tento rozsah, je třeba hledat jiná řešení. V dnešní době je diagnostika založena více na časovém vývoji měřených hodnot než pouhým srovnáváním s limitními hodnotami (viz. [1], [11]) Sledování provozních parametrů stroje Výskyt poškození ve valivých ložiskách ve stroji lze zjistit sledováním provozních parametrů, takto lze zachytit pouze pozdní stádia, kdy ložiska znatelně ztrácejí schopnost plnit požadovanou funkci. Sledováním provozních parametrů nelze přesně a zcela jednoznačně stanovit diagnózu. Mezi sledované parametry patří například otáčky stroje, příkon, výkon, účinnost, hospodárnost provozu (spotřeba paliva) a teplota provozních médií. Obecné směrnice pro vyhodnocení stavu stroje a jeho komponent pomocí měření parametrů vztahujících se k výkonnosti stroje, jeho stavu a bezpečnosti jsou zahrnuty v normě ČSN ISO (viz. [11]) Vibrační diagnostika Základem pro odborné hodnocení technického valivých ložisek je vibrační diagnostika. Mechanické vibrace jsou mechanickým kmitáním způsobeným externí nebo interní budící silou, při kterém hmotné body konají vratný pohyb kolem rovnovážné polohy, která je dána nulovými působícími silami. Na velikosti budící síly, jejím kmitočtu a směru závisí hodnoty veličin vibrací. Vibrace je možné popsat amplitudou a fází v daném časovém okamžiku (viz. ČSN ISO 2041 Vibrace a rázy - Slovník ). Vibrace se skládají ze šestí pohybů, z 3 posuvů a z 3 rotací, v ortogonální systému souřadnic. V tělese nekmitají pouze diskrétní body nebo všechny body stejně, ale každý bod s různou výchylkou a fázovou rychlostí, a v prostředí vznikají postupné vlny. Mechanické vibrace jsou vybuzené jak přímočaře pohybujícími se a rotujícími částmi nebo tekutinami tak i rázy, které jsou způsobené střetem dvou navazujících částí a dochází ke změně gradientu veličin popisujících vibrace. Někdy se využívá generování umělých rázů diagnostickým kladívkem se zabudovanými senzory síly, které vypůsobí přechodový jev tvořící v tělese postupovou rázovou vlnu. Vibrace úzce souvisí s technickým stavem stroje, se stavem jeho částí a jejich dynamickým namáháním. Vibrace můžou mít dle změn veličin v čase charakter jevu periodického, neperiodického nebo zcela náhodného. Periodické vibrace obsahující pouze jednu frekvenci jsou nazývané harmonickými vibracemi. U těchto vibrací stačí 20

16 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK zjistit jednu z veličin mechanických vibrací a další potřebné veličiny lze dopočítat matematickými vztahy. Fázový posun (fáze) je dán posunem dvou periodických veličin. U rotačních součástí se měří fáze vůči vztažnému bodu, např. na hřídeli, a slouží k lokalizaci poškození. Součtem různých časových průběhů vznikají složené vibrace neperiodické nebo periodické, které vzniknou složením harmonických vibrací, jejichž periody jsou v poměrech daných racionálními čísly. U strojů se vyskytuje superpozice složených vibrací a náhodných vibrací, tzv. šumu. Příkladem náhodných vibrací může být křídlo u letadla nebo lopatka turbíny při turbulenci. Šum je rušivým elementem signálu, který se odstraňuje pomocí filtrů, ty můžou být analogové nebo digitální. Určujícími veličinami vibrací, které jsou také měřené pomocí snímačů jsou: výchylka, rychlost a zrychlení. Obr. 4-1 Určující veličiny vibrací [upraveno dle 10] Vyhodnocovací parametr, tj. měřená veličina, je volen podle typu stroje dle normy. Pro vibrační diagnostiku nejdůležitějšími normami jsou: ČSN ISO Monitorování stavu a diagnostika Monitorování stavu vibrací a ČSN ISO až 6 Vibrace Hodnocení vibrací strojů na základě měření na nerotujících částech. Snímače, nazývané taky senzory, se dělí na absolutní a relativní. Absolutní senzory snímají určující veličinu vibrací vůči gravitačnímu poli země, zatímco relativní senzory vůči vztažnému bodu. Obr. 4-2 Základní směry pro měření celkových vibrací [1] 21

17 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Výběr snímače je dán normou a závisí na typu stroje. Pokud se valivé ložisko nachází v jedoucím vozidle, letadle, velkém motoru nebo ložiskové skříni a není k dispozici vhodný vztažný bod, je potřeba použít absolutní senzor, který měří veličinu k vlastní setrvačné soustavě. Relativní senzory jsou v současné době bezdotykové na bázi laseru s využitím Dopplerova jevu, tzv. LDVs Laser Doppler Vibrometrs, a jsou vhodné pro stanovení relativního pohybu částí stroje. Umístění snímačů je také stanovené normou a na Obr. 4-2 jsou zobrazené základní směry pro měření celkových vibrací. Pro stanovení přesné diagnózy se měření vibrací kombinuje s měřením provozních parametrů stroje Celkové vibrace stroje Vibrační energii měřenou v jistém frekvenčním rozsahu představují celkové vibrace. Porovnáním celkových vibrací s normou lze rychle stanovit technický stav stroje. Norma je dána měřeními stroje v bezporuchovém stavu. Směrnice pro měření celkových vibrací se nacházejí v normě ČSN ISO Tento přístup je levný, avšak neumožňuje stanovit přesnou příčinu vibrací a lokalizovat poškození. Diagnostická informace o poškození se ztrácí v šumu, který je způsoben vibracemi jiných částí stroje. Vliv vibrací z hlediska přenosu energie a jejich mohutnost nejlépe popisuje efektivní hodnota rychlosti Lokalizace poškození valivých ložisek Poškození valivých ložisek odpovídá kmitočtové pásmo vysokých a velmi vysokých frekvencí. U ložiska je možné stanovit, na kterém komponentu se poškození nachází díky jejich charakteristickým frekvencím, tzv. chybovým frekvencím. Uvedené vzorce [dle 1] pro výpočet chybových frekvencí platí pro případ, že jsou známy rozměry ložiska dle Obr. 4-3 a počet valivých elementů n. Dále uvedené vzorce platí pro neotáčející se vnější kroužek. Pokud se vnější kroužek otáčí, je potřeba zaměnit znaménka + na ve vzorcích všech komponent kromě valivého tělesa (3). Obr. 4-3 Rozměry ložiska [upraveno dle 10] Frekvence závady vnějšího kroužku BPFO (Ball Pass Frequency Outer Race) [1]: n Bd f = f r 1 cosϕ (1) 2 Pd 22

18 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Frekvence závady vnitřního kroužku BPFI (Ball Pass Frequency Inner Race) [1]: n Bd f = f r 1 + cosϕ (2) 2 Pd Frekvence závadě valivého tělesa BSF (Ball Spinn Frequency) [1]: 2 P d Bd f = f r 1 cosϕ (3) 2 B d Pd Frekvence závady klece kroužku FTF (Fundamentals Train Frequency) [1]: 1 Bd f = f r 1+ cosϕ (4) 2 Pd Přítomnost chybových frekvencí ve frekvenčním spektru neznamená, že je omezena funkce ložiska poškozením. Závažnost poškození určují postranní pásma, která se kolem této frekvence můžou vyskytovat. Jednotlivými výrobci jsou v tabulkách udávány hodnoty, které je pro získání chybové frekvence potřeba násobit konkrétní relativní frekvencí otáčení vnitřního a vnějšího kroužku valivého ložiska Fáze poškození Poškození ložiska se dělí do 4 základních fází podle vývoje a závažnosti poškození první fáze poškození V první fází dochází ke styku kov-kov a materiálem ložiska se šíří akustická emise, která může dosahovat několik MHz. Signál z piezoelektrického senzoru se pásmově filtruje v řádu 10 5 Hz a dále se zpracovává statisticky porovnáváním efektivních hodnot, středních hodnot, směrodatných odchylek aj. v průběhu provozu ložiska a sledují se trendy, které určují jak velký je nárůst poškození. Používá se také metoda SEE (Spectral Emitted Energy), která je patentována firmou SKF a umožňuje včasnou detekci problémů s mazáním druhá fáze poškození V druhé fází se projevuje poškození jednotlivých součástí ložiska. Ve spektru se vibrační složky nacházejí v oblasti nízkých kinematických frekvencí a jsou dosti překryté jinými spektrálními složkami, proto se v této fází hodnotí poškození ve frekvenčním rozsahu 20 khz 60 khz a používá se senzory zrychlení (akcelerometry) s vysokou vlastní frekvencí, která je vybuzena při dopadu vln na senzor. Vibrace akcelerometru tvoří nosnou složku signálu amplitudově modulovaného signálu, přitom modulační složka je tvořena poškozením součástí ložiska. Podle amplitudové modulace je možné poznat, zda se poškození nachází na vnějším nebo vnitřním kroužku (viz. Obr. 4-4). 23

19 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Obr. 4-4 Amplitudové modulace [upraveno dle 10] Při zpracování signálu z akcelerometru se nejdříve odstraní širokopásmovým filtrem nízkofrekvenční vibrační složky, které souvisí s jinými částmi stroje. Dále je možné signál zpracovávat mnoha způsoby. Jednou z možností je metoda SE (Spike Energy) založena na zpracování signálu na základě rozkmitu rázového impulzu, přičemž energie rázových impulzů je funkcí jejich rozkmitu. Jednotkou je gse, ta vychází ze tří veličin: střední hodnoty zrychlení v pásmu 5 50 khz, frekvence pulzů a výkmitu zrychlení pulzů. Pro tuto druhou fází bývá tato hodnota přibližně 0,25 gse. Dalším způsobem je HFD (High Frequency Detection), kterým se vyhodnocuje efektivní a špičková hodnota signálu v pásmu od 5 khz do 60 khz. Dále existuje metoda BCU (Bearing Condition Unit) patentována firmou Schenk. Podstatou je vybuzení kmitání ve snímači v rezonanční oblasti khz. Sleduje se odezvu, četnost rázů a vnitřní energie. Z těchto údajů vyplývá hodnota BCU. Tato hodnota závisí velmi na rozměrech valivého ložiska. Firma SPM používá metodu SPM (Shock Pulse metod), která vyhodnocuje absolutní velikosti impulsů a měří střední hodnoty amplitudy kmitání snímače v rezonanční oblasti khz. Pro tuto metodu je však důležité znát přesné rozměry ložiska a je potřebná instalace měřících míst. Nejběžnější metodou je obálková analýza, která se používá také pro následující fázi. Všechny tyto metody jsou citlivé na ostré impulzy se širokým spektrem signálu, a proto jsou vhodné pro detekci mikrotrhlin třetí fáze poškození Pro tuto fází se používají běžné akcelerometry. Dochází ke vzniku mechanických rázů, které jsou způsobené stykem poškozeného prvku s ostatními. Tyto rázy se šíří tělesem ložiska a rozkmitají ho na jeho vlastní frekvenci v rozmezí 5 khz až 20 khz. Tyto kmity jsou však tlumené a rychle doznívají. Jejich zobrazení je na Obr S rostoucím opotřebením je se nachází ve frekvenčním spektru více harmonických složek ložiskové frekvence a přibývá počet postranních pásem. Hodnota gse v této fázi bývá v rozmezí 0,25 0,5 gse a s rostoucím počtem postranních pásem u spektrálních složek rezonance se blíží k 1 gse. 24

20 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Obr. 4-5 Projev poškození získaný obálkou signálu zrychlení [upraveno dle 10 a 12] čtvrtá fáze poškození Tato fáze je již kritická, poškození součástí ložiska je velmi závažné, vibrační spektrální složky přecházejí do oblasti nízkých kmitočtů a otáčkové spektralní složky narůstají. Diskrétní frekvence poškození a vlastní frekvence ložiska začínají zanikat v širokopásmovém frekvenčním šumu. Po dosažení této fáze zbývá maximálně 1% L 10, což jsou řádově hodiny (viz. [1], [9], [10] ). 4.3 Termodiagnostika Tato metoda je založena na měření teploty povrchu tělesa. Je využívána tam, kde dochází k uvolňování tepla vlivem tření a degradačních procesů. Je možné měřit teplotu v jednotlivých místech, tj. bodově, pomocí dotekových teploměru, což je výhodné pro rychlou orientaci u malých strojů. Pro rozměrnější stroje se používá termografie. Měřením teploty nelze včasně zachytit vznik poškození, ale pouze jeho pozdější stádia. Diagnóza je stanovena na základě srovnání naměřených teplot s běžnými provozními teplotami. Touto metodou lze lokalizovat místo stroje, kde je zvýšená teplota vlivem tření a degradačních procesů, avšak nelze stanovit, kde se přesně na valivém ložisku poškození nachází a co je příčinou jeho vzniku. Cílem termografie je vyhodnocení teplotního pole, tzv. termogramu (viz. Obr. 4-6 a 4-7). To je prováděno pomocí termovize, kterou se pomocí termografických kamer měří teplota povrchu tělesa na základě infračerveného elektromagnetického záření v rozsahu vlnových délek od 0,4µm do 25µm, které povrch emituje. Včasné zjištění poškození valivého ložiska závisí na robustností části stroje, kde se ložisko nachází a vodivosti jednotlivých materiálů, jelikož záleží na tom, na kolik ovlivní zvýšená teplota ložiska povrch stroje, kde je teplota měřena. Termografie se dělí na pasivní a aktivní. Pasivní termografie je používána pro preventivní údržbu a jedná se pouze o monitorování. Aktivní termografie se pro bezdemontážní vyhodnocení poškození valivých ložisek nepoužívá, jelikož principem je stimulování tepelných vln v tělese pomocí halogenových lamp, pulzních laseru, výkonových blesků, xenonových výbojek nebo proudícím teplým vzduchem a následné sledování teplotních diferencí na povrchu tělesa, kterými jsou detekovány podpovrchové defekty (viz. [2])

21 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Obr. 4-6 Přehřívající se ložisko stroje [13] Obr. 4-7 Ložisko elektromotoru [13] Hluková diagnostika Vibrace povrchu stroje způsobené vibracemi jeho pohybujících se částí jsou zdrojem hluku, který se šíří okolím. Hluk je považován za nežádoucí zvuk v oblasti od 20 Hz do 20 khz frekvenčního pásma a je bezdotykově měřitelnou diagnostickou veličinou vypovídající o technickém stavu stroje. Ke vzniku hluku přispívá tření stykajících se povrchů částí stroje. Touto metodou lze zjistit poškození valivých ložisek v pozdních stádiích, kdy jsou projevy poškození slyšitelné, proto je tato metoda diagnostiky pro včasné upozornění na vznikající poškození a zabránění jeho šíření neefektivní. U valivých ložisek jsou zdrojem hluku mechanické rázy způsobené nevyvážeností, stykem poškozených prvků, prokluz při nedokonalém odvalování valivých těles. Použitelnosti této metody pro hodnocení provozního stavu valivých ložisek brání 26

22 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK snímané frekvenční pásmo, které neodpovídá frekvencím, kterými se poškození projevuje ve včasných stádiích, nežádoucí odrazy, interference. Při přechodu vln okolním prostředím dochází také ke značné ztrátě diagnostické informace a rušivým jevů, pokud jsou v okolí ještě další zařízení generující hluk. (viz. [1]) 4.5 Akustická emise Touto metodou je možné detekovat velmi malé energeticky ztrátové procesy jakými jsou tření, kavitace a styk částí valivých ložisek. Akustická emise vzniká při nevratných dislokačních a degradačních procesech v makrostruktuře i mikrostruktuře materiálu. Při těchto dějích se uvolňuje energie, která se přemění na mechanický napěťový impulz šířící se materiálem jako příčná nebo podélná elastická napěťová vlna, která při dopadu na rozhraní tělesa a vzduchu se částečně odrazí a částečně se transformuje a dále se šíří povrchovou vlnou nazývanou Rayleighovou, přičemž dochází také k částečné transformaci na Lambovy deskové vlny. Energie vln je velmi malá, proto je potřebné použití velmi citlivých snímačů. Jsou používané piezoelektrické senzory, které jsou citlivé na dislokace v materiálu v řádech m. Kolmá složka vlny se detekuje širokopásmovými piezoelektrickými senzory s frekvenčním pásmem od 100 khz do 4 MHz, které mají rezonanční frekvenci nad měřeným rozsahem, nebo rezonanční senzory s více rezonancemi a nastavitelnou citlivosti v závislosti na frekvenci pro užší měřená pásma. Aby bylo zabráněno ztrátám diagnostické informace a rušivým jevům, je potřebné mezi senzor a povrch tělesa nanést vrstvu oleje, vazeliny nebo speciální suspenze. Akustická emise je využívána pro lokalizaci míst, kde vznikají a šíří se poškození. Tato metoda je zvláště výhodná pro kontinuální diagnostiku valivých ložisek a její výhodou je časová úspora oproti jiným metodám. Dosud však není známa úplně příčina vzniku energie akustické emise, neboť tento jev je spojen s mnoha dalšími faktory, kterými jsou přenos vlny, který je dán strukturou a homogenitou použitých materiálů, tvar a povrch tělesa. Akustická emise se dělí na nespojitou (impulzní) a spojitou. Nespojitou akustickou emisi způsobují děje, které jsou velmi krátké v řádu nanosekund. Její signál má charakter tlumených kmitů. Nespojitá akustická emise je typická pro vznik a šíření trhlin. Hodnocené parametry impulzního signálu jsou uvedeny na Obr Obr. 4-8 Hodnocené parametry impulzního signálu [14] 27

23 4 VÝBĚR Z METOD DIAGNOSTIKY LOŽISEK Spojitou akustickou emisi vyvolávají děje, které nejsou časově oddělené a její signál delší dobu neklesá pod pevně nastavený nebo pohyblivý práh, který se může automaticky měnit v závislosti na střední hodnotě nebo dle úrovně šumu. Použitím pohyblivého prahu lze zmenšit závislost naměřených hodnot na provozních parametrech. To umožňuje provést srovnávací měření bez nutnosti zajištění stejných provozních a okolních podmínek, jak u předchozích měření. Na Obr. 4-9 je uveden příklad vznikající akustické emise při styku povrchů valivého tělesa a vnitřního kroužku. Izolované pulzy vznikají, když se poškozený povrch stýká s jiným povrchem. Obr. 4-9 Zobrazení akustické emise při styku valivého tělesa s vnitřním kroužkem [15] Na Obr jsou plochy zobrazující závislost mezi střední hodnotou akustické emise, rychlostí otáčení a zatížením. Pokud není přítomné poškození, je tato plocha jednoduchá. Jestliže je v součástí poškození, přesouvá se tato plocha k vyšším hodnotám a tvoří složitější reliéf. Z grafů lze také vidět, že velikost střední hodnoty signálu není citlivá na přítomnost poškození při malých rychlostech. Pro přesnější určení technického stavu stroje je vhodné sledovat střední hodnotu kontinuálně a srovnávat její aktuální hodnoty s předchozími při stejných provozních podmínkách (viz. [15]). Obr Vliv rychlosti a zatížení na velikost akustické emise valivého ložiska [15] 28

24 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE NA ZJEDNODUŠENÉ ZKOUŠCE KONTAKTNÍ ÚNAVY Materiál Tato zkouška kontaktní únavy byla provedena na ložiskové oceli 100Cr6 (52 100). Chemické složení této oceli je uvedeno v Tab Tab. 5-1 Chemické složení ložiskové oceli 100Cr6 (52 100) Prvek C Mn P S Si Cr Ni % 0,97 0,30 0,005 0,020 0,23 1,46 0,09 Prvek Cu Mo Al Sn As Sb Ti % 0,14 0,03 0,03 0,03 0,006 0,00 0, Zkušební zařízení Pro zkoušky kontaktní únavy se na Ústavu konstruování VUT používány 2 typy zkušebních zařízení R-mat a Axmat. Na zařízení typu R-mat je kontaktní namáhání založeno na přitlačování hnacího a hnaného kotouče na povrch válcového vzorku s poměrně malým průměrem. Pro tuto zkoušku bylo zvoleno zařízení Axmat (Obr. 5-1 a 5-2). Princip tohoto zařízení spočívá v odvalování 21 kuliček po povrchu diskového vzorku (Obr. 5-3), který je zvolenou silou přitlačován k rotující čelisti s kuličkami. Tímto je zjednodušeně simulováno zatížení v axialním valivém ložisku. 5.2 Obr. 5-1 Zařízení Axmat [16] 29

25 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE Obr. 5-2 Zařízení Axmat s vyjmutou částí pro upnutí vzorku [16] Obr. 5-3 Vzorek s kontaktní stopou a řadou menších pittingů [16] 30

26 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE 5.3 Průběh experimentu Tento experiment na zařízení Axmat byl proveden v závěru roku V dílnách ÚK byly nejdříve velmi lehce přebroušeny funkční plochy vzorků, poté byly vzorky jednotlivě upnuty do zkušebního zařízení a následně zatěžovány na stanovené úrovni. Pro toto měření byly zvoleny tři úrovně zatížení odpovídající kontaktním napětím cca 5000, 4500 a 4000 MPa. Kontaktní zatěžování probíhalo až do vzniku pittingu na povrchu vzorku. Na vznik kontaktního poškození upozornil snímač vibrací, který zařízení automaticky vypnul, to nahradilo provádění pravidelných vizuálních kontrol. V počáteční fázi experimentů byla pro zpřesnění diagnostiky vzniku poškození využita i metoda snímání signálu akustické emise (AE). Pomocí přístroje Dakel Xedo byl snímán plný signál a pomocí přístroje ABEM pouze základní parametry signálu AE střední kvadratickou hodnotu signálu (RMS), počet překmitů přes nastavený práh (counts) a speciální funkci detekující špičky ve snímaném signálu (FP). Tyto experimenty byly vykonány s cílem ověření použitelnosti metody AE v této oblasti Výsledky Při pozorování kontaktně poškozených ploch byly dokumentovány některé typy bodového poškození a jeho rozvoje. Příklady jsou uvedené na Obr. 5-4 až Obr. 5-4 Příklad malého pittingu ve vzorku 31

27 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE Obr. 5-5 Příklad dvou větších pittingů v kontaktní stopě vzorku Obr. 5-6 Příklad rozsáhlejšího pittingu ve vzorku 32

28 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE 5.5 Ukázka aplikace AE Vzhledem k tomu, že identifikace vzniku kontaktního poškození pomocí zvýšených vibrací systému není příliš spolehlivá a obvykle zachycuje až rozvinutější poškození, vznikla myšlenka na aplikaci metody akustické emise i v této oblasti. Příklady nejjednodušších záznamů počtů překmitů přes nastavené úrovně jsou ukázány na Obr. 21 až Obr. 5-7 Částečně odfiltrovaný záznam počtů překmitů signálu AE přes nastavené úrovně [16] Obr. 5-8 Záznam stejné zkoušky jako na Obr. 21 s nižším zesílením na snímači AE [16] Obr. 5-9 Záznam stejné zkoušky vytvořený jednoúčelovým zařízením ABEM. Parametry: RMS - střední kvadratická hodnota signálu, counts - počet překmitů přes nastavenou hladinu, FP speciální funkce detekující špičky ve snímaném signálu [16] 33

29 5 PŘÍKLAD APLIKACE METODY AKUSTICKÉ EMISE Obr Záznam z jednoho vzorku s použitím dvou snímačů s různými stupni filtrace [16] Ze záznamů signálu AE je možné poměrně jednoznačně určit období vzniku prvního poškození vzorku a intenzitu jeho dalšího postupného rozvoje. 34

30 6 ZÁVĚR 6 ZÁVĚR Technická diagnostika je nástrojem, který pomáhá lidem zjistit omezení svých vynálezů a pomáhá jim také určit, co je příčinou nezdaru. Diagnostika se vyvíjí paralelně s dalšími obory a je určitou reflexí toho, co bylo vytvořeno. Správnost diagnózy je naopak prověřena účinností, na jejím základě provedených, opatření. Valivá ložiska jsou jednou z oblastí, ve které se ve velkém měřítku projevila lidská hravost a tvořivost. Je to viditelné na nejrůznějších použitých geometrických tvarech, na spektru používaných materiálů a na velkém množství aplikací. Tato rozmanitost však vyplývá také z poznání fyzikálních principů světa, ve kterém žijeme. Diagnostika valivých ložisek je velmi důležitou částí technické diagnostiky, protože ve valivých ložiscích dochází k podstatnému přenosu sil ve stroji a jsou velmi citlivým místem stroje. Jsou diagnostikována i proto, že vznik a šíření jejich poškození může být zapříčiněno i jinou vadou stroje nebo poškozením jeho částí. Pomocí analýz signálu, které popisují stav ložiska a vývoj jeho poškození, lze zjistit příčinu poškození a doporučit vhodné řešení. V poslední době je při hodnocení technického stavu strojů ustupováno od pouhého srovnávání naměřených veličin s limitními hodnotami a je ve velké míře využíváno sledování časového vývoje veličin, tzv. trendů. Z trendů je možné také určit, zda má poškození rostoucí charakter nebo je stabilní a neomezuje podstatně funkci stroje. Cílem této bakalářské práce bylo uvést současné metody hodnocení provozního hodnocení stupně poškození valivých ložisek. Jako zatím nejvíce používána metoda byla uvedena vibrační diagnostika, jejíž podstatou je snímání vibrací stroje pomocí snímačů a analýza získaného signálu, pomocí které lze zjistit přítomnost poškození včetně jeho přesné lokalizace, popsat jeho charakter a zjistit jeho příčinu. Použitím hlukové diagnostiky nebo termodiagnostiky nelze stanovit diagnózu zcela přesně, proto jsou tyto dvě metody používané pro hodnocení poškození valivých ložisek minimálně, mají však velké uplatnění pro jiné aplikace. Novým postupem v oblasti diagnostiky ložisek je akustická emise, která umožňuje včasnější zjištění přítomnosti poškození valivých ložisek než pomocí vibrací. Podstatou akustické emise je snímání povrchové vlny pomocí velmi citlivých snímačů. Nevýhodou akustické emise je necitlivost na poškození při pomalých rychlostech otáčení (viz. Obr 4-10) a přítomnost většího šumu ve snímaném signálu, proto je potřeba užití pokročilejších metod filtrace. Tato metoda je poměrně rychlá a je možné ji použit pro velké množství aplikací. Její použití pro hodnocení poškození valivých ložisek je ukázáno v kapitole 5 na zjednodušené zkoušce kontaktní únavy (pittingu). Ze záznamů je možné velmi přesně stanovit, kdy došlo ke vzniku pittingu a jak se dále vyvíjel. To dokazuje použitelnost této metody pro provozní hodnocení stupně poškození valivých ložisek. 6 35

31 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 7 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] Kreidl, M., Šmíd, R. Technická diagnostika. Praha: Nakladatelství BEN technická literatura, s. ISBN [2] International Organization for Standardization [3] Konstruování strojů Strojní součástí Valivá ložiska [4] ZKL rozdělení základních druhů ložisek [5] Osobní stránka [6] Příručka SKF pro údržbu ložisek. SKF, s. Reg [7] Degradace strojních součástí Opotřebení povrchovou únavou [8] Diagnostické systémy [9] SKF Průvodce vibrační diagnostikou. Praha: DIF s.r.o., s. CM5003-CZ [10] Vibrační diagnostika [11] Český normalizační institut [12] FAG Fischers Aktien-Gesellschaft [13] Maverick Inspection Ltd., Canada [14] Preditest s.r.o. [15] Holroyd, T. Acoustic Emission as a Basis for the Condition Monitoring of Industrial Machinery [16] Mazal, P. dosud nepublikované výsledky 36

32 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN Seznam použitých zkratek 8.1 aj. atd. např. popř. tj. tzv. - a jiné - a tak dále - například - popřípadě - to jest - tak zvaný 8.2 Seznam použitých symbolů a veličin 8.2 B d [mm] - roztečný průměr kuličky nebo válečku D [mm] - vnější průměr ložiska P d [mm] - roztečný průměr ložiska C 10 [kn] - základní dynamická únosnost L 10 [h, ot.] - základní trvanlivost T [s] - perioda a m [m s -2 ] - amplituda d [mm] - vnitřní průměr ložiska f [Hz] - frekvence f r [Hz] - frekvence daná otáčkami vnitřního a vnějšího kroužku n [-] - počet kuliček nebo válečků t [s] - čas v m [mm s -1 ] - rychlost y m [µm] - výchylka φ [ ] - úhel dotyku 37

33 9 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ 9 9 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ Obr. 2-1 Valivá ložiska [5] 17 Obr. 3-1 Pitting na kroužku ložiska a valivém tělese [7] 18 Obr. 3-2 Vývoj poškození ložiska [upraveno dle 10] 19 Obr. 3-3 Havárie turbíny následkem závažného poškození valivých ložisek [10] 19 Obr. 4-1 Určující veličiny vibrací [upraveno dle 10] 21 Obr. 4-2 Základní směry pro měření celkových vibrací [1] 21 Obr. 4-3 Rozměry ložiska [upraveno dle 10] 22 Obr. 4-4 Amplitudové modulace [ upraveno dle 10] 24 Obr. 4-5 Projev poškození získaný obálkou signálu zrychlení [upraveno dle 10 a 12] 25 Obr. 4-6 Přehřívající se ložisko stroje [13] 26 Obr. 4-7 Ložisko elektromotoru [13] 26 Obr. 4-8 Hodnocené parametry impulzního signálu [14] 27 Obr. 4-9 Zobrazení akustické emise při styku valivého tělesa s vnitřním kroužkem [15] 28 Obr Vliv rychlosti a zatížení na velikost akustické emise valivého ložiska [15] 28 Obr. 5-1 Zařízení Axmat [16] 29 Obr. 5-2 Zařízení Axmat s vyjmutou částí pro upnutí vzorku [16] 30 Obr. 5-3 Vzorek s kontaktní stopou a řadou menších pittingů [16] 30 Obr. 5-4 Příklad malého pittingu ve vzorku 31 Obr. 5-5 Příklad dvou větších pittingů v kontaktní stopě vzorku 32 Obr. 5-6 Příklad rozsáhlejšího pittingu ve vzorku 32 Obr. 5-7 Částečně odfiltrovaný záznam počtů překmitů signálu AE přes nastavené úrovně [16] 33 Obr. 5-8 Záznam stejné zkoušky jako na Obr. 21 s nižším zesílením na snímači AE [16] 33 Obr. 5-9 Záznam stejné zkoušky vytvořený jednoúčelovým zařízením ABEM. Parametry: RMS - střední kvadratická hodnota signálu, counts - počet překmitů přes nastavenou hladinu, FP speciální funkce detekující špičky ve snímaném signálu [16] 33 Obr Záznam z jednoho vzorku s použitím dvou snímačů s různými stupni filtrace [16] 34 38

34 10 SEZNAM TABULEK 10 SEZNAM TABULEK 10 Tab. 5-1 Chemické složení ložiskové oceli 100Cr6 (52 100) 29 39