celého studia vždy velkou oporou. 3
PROHLÁŠENÍ O SAMOSTATNOSTI uvedené literatury a za podpory školitele doc. Ing. Pavla Mazala, CSc. V dne 10. 12. 2014... Libor Nohál BIBLIOGRAFICKÁ CITACE NOHÁL, L. Brno: strojního inženýrství, 2014. 102 s. Vedoucí 4
ABSTRAKT únavového kontaktního poškození pomocí metody akustické emise. Byla realizována pro zvolené parametry akustické emise byla provedena analýza kontaktního poškození. parametry signálu nejvíce charakterizující rozvoj poškození byly korelovány s rozsahem poškození. Byl také Výsledky práce mají dopad na vyhodnocování pa. Akustická emise, identifikace poškození, zpracování signálu, kontaktní únava, AXMAT ABSTRACT This PhD thesis deals with the experimental study of more precise rolling contact fatigue damage detection using acoustic emission method. A series of experiments was carried out on two representatives bearing steels and the analysis of sensitivity for the presence of contact damage was performed on selected parameters of acoustic emission. The extent of damage was classified into four classes and signal parameters the most characterizing the development of damage were correlated with the extent of damage. It was also verified the influence of lubricants on acoustic emission signals. The results have an impact on the implementation of more precise rolling contact fatigue tests and evaluation of parameters of acoustic emission signal. On the basis of experiments was established methodology for more precise RCF testing method using acoustic emission on test-rig AXMAT II. KEYWORDS: Acoustic emission, damage identification, signal processing, rolling contact fatigue, AXMAT 5
OBSAH OBSAH OBSAH 1 ÚVOD 7 1.1 Motivace 7 1.2 8 1.3 Metoda akustické emise 9 2 12 2.1 12 2.2 Monitorování vzniku defektu ve valivém kontaktu 15 2.3 Vliv maziva na signál akustické emise 29 2.4 Zpracování signálu akustické emise 31 3 39 4 41 5 42 5.1 42 5.1.1 Rozbor podmínek v kontaktu 44 5.2 Experimentální materiál 48 5.2.1 Vzorky materiálu 48 5.2.2 Použité mazivo 52 5.3 53 5.3.1 Monitorování hladiny vibrací a teploty 53 5.3.2 Aparatura pro monitorování akustické emise 53 5.4 Experimentální podmínky 55 5.5 55 6 VÝSLEDKY A DISKUZE 57 6.1 rozsahem degradace 57 6.2 Zkoušky trvanlivosti oceli 17MnCr5 66 6.3 Zkoušky trvanlivosti oceli 100Cr6 71 6.4 Vliv maziva na parametry akustické emise 76 6.5 78 6.5.1 78 6.5.2 Porovn 79 6.5.3 80 6.5.4 Zhodnocení metod získání základní trvanlivosti 80 6.5.5 Analýza 81 6.6 81 7 82 83 SEZNAM TABULEK 86 SEZN 87 88 PUBLIKACE AUTORA K DANÉ PROBLEMATICE 94 95 6
ÚVOD 1 ÚVOD 1 Strojíre jednomu z Evropské unii. Evropské vývozcem enská v trhu [1]. V tohoto hlediska získává technická diagnostika a nedestruktivní zkoušení d kvality a jeho destrukci a uložení válcovacích stolic apod.). 1.1 Motivace 1.1 tím jak dochází k i požadavky kladené na valivá uložení a jejich spolehlivost. V nalézt ložiska v mnoha aplikacích od miniaturních ložisek v mikropohonech rypadlech, selhání ložisek, v16 2]. Z technického hlediska jsou životnost a užitné pa (viz vlastnostmi a namontována a ustavena, nedochází ke kontaktu s y selhání a kontaktní únava (Rolling Contact Fatigue RCF) mechanizmy vzniku kontaktní únavy. Prvním z nich je kontaktní únava iniciovaná pod povrchem materiálu v mís povrchu. Když trhlina dosáhne povrchu, materiál mechanizmu dochází k v postup se povrchu a dojde k odloupnutí materiálu. V a únavy na významnosti [3], [4]. 7
ÚVOD z hlediska verifikace kvalitativních vlastností dodávaných mate ktní únavy, vlivu aditiv maziv a zpracování na trvanlivost kontaktu apod. ní únavy (pittingu) slouží monitorování empiricky stanovenou vibrace, a z avy. 1.2 1.2 Výzkum v v tribologického hlediska, racoval s Výzkumným -VÚVL), sdružujícím výzkumné kapacity v S 60. letech a nás 90. letech 20. století dochází k ikace rozvoje vysokocyklová únava, kontaktní zabývaly problematikou identifikace poškození metodou AE, zpracováním signálu AE, první z [5] s názvem Diagnostický systém pro kontrolu ložisek s využitím metody akustické emise, na zkouš emise detekovat poškození a provedl srovnání charakteru signálu AE získaného z povrchu ložiska a z povrchu stanice. Další práce s názvem Vývoj nové generace gnostikou pro stanovení kontaktní degradace [6] teplota. 8
ÚVOD 1.3 Metoda akustické emise 1.3 Metoda akustické emise jako jedna z nejmladších metod nedestruktivního zkoušení Josefa Kaisera s názvem Untersuchungen über das Auftreten von Geräuschen beim Zugversuch 1 popisující projevy akustické emise v materiálu 7]. Akustickou emisi 2 elastické nap [9 zdroje z okol v metody akustické emise v ); provozní zkoušky tlakových nádob, potrubí a armatur; materiálech [7], [8]. Obr. 1.1 Fre ké emise [10] Metoda akustické emise je pasivní metoda nedestruktivního zkoušení, což znamená, že na rozdíl od jiných NDT metod nedetekuje stav objektu, ale charakterizuje pouze y apod.), které probíhají v celou konstrukci najednou a nalézt defekty jak na povrchu, [9]. Událost akustické emise definujeme jako fyzikální jev generující akustickou emisi poskok dislokace, vznik mikrotrhlin, turbulence média apod. Zdrojem této emisní mechanizmy vzniku emisních událostí spojené s s a lom inkluzí, poskok dislokací, elast 1 namáhání materiálu nedosáhne vyšší hodnoty zatížení než v nedochází k 2 Akustická emise (AE) Metoda akustické emise: pojem AE vymezuje fyzikální jev, pojem Metoda AE vymezuje metodu detekce tohoto jevu metodu NDT. 9
ÚVOD trhliny atd. [12] Obr. 1.2 Schematické znáz 2] Samotný poskok jedné dislokace je vzhledem k de facto nedetekovatelný i v deformaci dochází k intenzitu detekované akustické emise mají vliv zejména materiálové charakteristiky, viz tab. 1.1 [9], [12]. Tab. 1.1 Faktory posilující a oslabující intenzitu AE [9] Faktory posilující AE Trojosá tahová napjatost Defekt v Vyšší rychlost zatížení Nižší teplota Vyšší mez kluzu Nízká tažnost Faktory oslabující AE Dvouosá rovinná napjatost Nízká rychlost zatížení Vyšší teplota Nižší mez kluzu Vysoká tažnost aplikace této metody pro hodnocení mechanického poškození pa typech kompozitních 7], [13 hodnoc 4], [15], [16], monitorování stavu a detekce vzniku n 7], [18 90 9], [11]. pro interakce klece s elementy apod. 10
ÚVOD akustické emise se proto používá zjednodušená reprezentace pomocí vlnoploch a 7], [9]. V (podélné) a neomezeném prostoru, detekovatelnost si uchovává Rayleighova hy, disperze, disipace energie, difúzní rozptyl a povrchový útlum [7], [9]. mají stochastický charakter a z statistické zpracování dat. akustické emise: praskavý 3, spojitý, viz obr. 1.3, a smíšený, který je superpozicí ry popisující signál akustické emise - transformace, atd.). Obr. 1.3 Praskavý signál (vpravo) a spojitý signál (vlevo) U praskavého signálu se jedná o parametry popisující jednotlivé hity maximální amplituda, doba trvání, doba spojitého signálu je vyhodnocována zejména efektivní hodnota signálu RM hodnota 3 Praskavý signál termín užívaný autorem v této práci. Anglický termín burst signal, dle platné - nespojitý signál (burst) [62]. 11
2 2 TAVU POZNÁNÍ V této kapitole je shrnuta problematika experim a 2.1 2.1 Standardní zkoušky základní dynamické únosnosti ložisek, která je limitována a závislosti na jejich konfiguraci lze simulovat kontakt bodový nebo liniový Studie provedené v [19], [20], [21]: mechanické vlastnosti materiálu; struktura a integrita povrchu materiálu; vlastnosti použitého maziva; Obr. 2.1 Proces vzniku kontaktní únavy materiálu [19] V závislosti na cíli experimentu lze volit z tab. 2.1 a v tab. 2.2. - vyvinutý v 50. letech 20. století. Tato konfigurace simuluje kontakt v ložisku s dalších 12
TAVU POZNÁNÍ - 4 000 MPa [3]. onfigurace disk-válec- bodový, tak liniový kontakt, v v dálenosti za sebou. Tento typ zkoušek je u nutnosti obrobení kontaktního profilu na povrchu disku v hranového kontaktní tlak u tohoto typu zkoušek pohybuje okolo 5 000 MPa [3], [22]. Tomuto konstruování zkušební stanice R-mat. Tab. 2.1 bodový kontakt [22] Typ zkušebního stroje - Schéma Pracovní podmínky Druh vzorku: 8,7 GPa 1 2 (Ball on rod) Unisteel plochý vzorek (AXMAT) CTD-ROLL Druh vzorku: 5,5 GPa 1 2 3 kuželové valivé dráhy Druh vzorku: Disk 6 GPa 1 disk 2 3- Druh vzorku: 6 GPa 1 2 zkušební vzorek 13
šky trvanlivosti na celá ložiska. V tvaru. Kontakt s 20], [21], [25] kapitole 5.1. Tab. 2.2 liniový kontakt [22] Typ zkušebního stroje Schéma Pracovní podmínky Disk-disk Druh vzorku: válec tlak: 2,3 GPa 1 vzorek 2 disk Disk-válec-disk 4 (R-mat) Druh vzorku: tlak: 7,52 GPa 1 2 válce - Druh vzorku: 1 2, 3 válce 4 válec 5 podpory 4 závislosti na geometrii použitých 14
TAVU POZNÁNÍ kontaktu a edováním teploty. V aplikace této metody nedestruktivního zkoušení pro monitorování vzniku kontaktního poškození je shrnut v následující kapitole 2.2. 2.2 Monitorování vzniku defektu ve valivém kontaktu 2.2 vibrodiagnostice další informace o probíhajících procesech a stavu valivého kontaktu. valivých ložiscích, respektive valivém let 20. století. Jednou z prvních prací zabývající se hodnocením vzniku kontaktního poškození ve valivém kontaktu publikoval Balderston [23]. Jeho práce mezi prvními ty s vnit kontaktu. Identifikoval v signálu složky praskavé a spojité emise, které vykazovaly Catlin [24] studoval odezvu vysoko AE na defekty valivých ložisek, pozoroval, že signál AE nejlépe reagoval na poškození valivých drah vzhledem k Yoshioka a Fujiwara [23], [24], [25] tlakem 4 759 prezentované experimenty elektromotorem s -1 a mazáno minerálním olejem. Obr. 2.2 plochého vzorku [30] 15
rozsahu 0,01 až 20 khz byl hodnotu 7 m/s 2 z popisovaného experimentu je zobrazen na obr. 2.3. Z akustickou Obr. 2.3 30] 31 s cílem detekov m efektivní hodnota signálu (, a na takto získaná data byla aplikována rychlá Fourierova transformace (FFT), výsledek byl porovnán s parametry získanými z zrychlení vibrací. Bylo konstatováno, že metoda AE dokázala detekovat menší defekt (0,25 mm), než bylo možné pomocí zrychlení vi signál akustické emise byl modulován chybovou frekvencí detekovaného defektu. Modulace signálu AE byla také pozorována Holroydem a Randallem [32 obdobných experimentech. oblasti studovali Choudhury a Tandon [33 16
TAVU POZNÁNÍ 1 500 min -1 publikovaná Tandonem a Nakraou [34 byl charakter defektu také popsán distribucí emisních událostí v závislosti na Obr. 2.4, kroužek) [33] Morhain a Mba [18] cílem nalézt optimální prahovou kontaktu. Výsledky poukázaly na to, že hodnota maximální amplitudy korelovala s rostoucí rychlostí, ale ne se zatížením a velikostí defektu. Bylo prokázáno, že vztah závislý a Nakrou [34] a potvrdila pozorování v práci Choudhuryho a Tandona [33]. [35], [36], [37], [38], ublikovali plochém vzorku / axiálním ložisku. Tyto práce se zabývají studiem využití metody standard a zrychlením vibrací a teplotou. Experimenty byly cíleny na identifikaci vzniku a odpovrchových mikrotrhlin vedoucích ke vzniku povrchových (SKF 51210) a použity byly i jeho valivé elementy s klecí. V mm v mm. 17
72 min -1 kn) a kontakt byl mazán plastickým mazivem na bázi lithného mýdla Castrol Moly Grease (650-EL). Zkušební vzorky po provedení zkoušek jsou zobrazeny na obr. 2.5, je zde patrné, že výsledné poškození je rozsáhlejšího charakteru. Obr. 2.5 Vzorek po zkoušce 35 kn [35] (vlevo) a 20 kn [37] (vpravo) Pro záznam signálu byly použity ty i sníma e akustické emise (PICO) s opera ním rozsahem 200 750 khz a dva termo lánky (RoHS typ: Jx1 M 455-4371) p ilepené na zadní stran lní zaznamenával události vzorkovacích frekvencí 2 MHz a ostatní parametry S, ASL (average signal level), maximální amplituda a absolutní energie s konstantní periodou 10 ms a vzorkovací frekvencí 100 Hz. efektivní hodnoty signálu dle následujícího vzorce: ASL=20 log 10 (1,4 ) (2.1) Pozn.: RMS [mv/100] + 2 = 1 2 ( ) (2.2) kde kvadrát RMS reprezentující výkon signálu je definován jako integrál v i Obr. 2.6 Porovnání [35] 18
TAVU POZNÁNÍ navýšení ly. Od desáté hodiny dochází k pozvolnému. hodiny k rapidnímu zvýšení energetických hladin. Na obrázku 2.7 je charakteristika teploty a absolutní energie AE ze zkoušky dalšího zá snížení maximálního Hertzova tlaku vzhledem k sledku zaválcování nerovností ve Poté je vzorku. Obr. 2.7 37] crest factor (2.5), definované následujícími rovnicemi: IE= log ( ) (2.3) =1 KU= 1 =1 CF= (2.4) (2.5) 19
signál, který je emitován Obr. 2.8 37] vlnková transformace (C Škálogram z 16. hodiny zkoušky je zobrazen na obrázku 2.9. Jsou zde patrné periodicity, které s rostoucím defektem, respektive délkou zkoušky se stávají Obr. 2.9 Vlnková transformace (morlet) signálu po 16 hodinách zkoušky [37] 20
TAVU POZNÁNÍ Rahman et al. [39 materiálu a jeho lokalizací využitím metody akustické emise. Pro experiment bylo Hnací kotou 15) a byl vyroben z cementované chrom-nikl molybdenové oceli SNCM420 dle JIS G 4103. n kalená ocel S40C dle JIS G 4051 (ekvivalent oceli 12 V kontaktu bylo uvažováno normální rozložení Hertzova tlaku s maximální hodnotou 4 800 min -1 a pom rem prokluzu kolem 9 odem pohonu. Kontakt byl mazán p evodovým olejem API GL-5 (viskozita 178 mm 2 /s p i 40 C a17mm 2 /s p i 100 C, hustota 0,887 g/cm 3 ). Hamrock-Dowsonovou rovnicí, byla 0,4 stanoveny. obrázku 2.10. Obr. 2.10 Schematický diagram systému zpracování dat [39] Obrázek zrychlení) v 1 k tav odpovídá % trvání zkoušky (tj. N = 1,3 10 6 cykl 21
poklesem známým jako jev uzdravování ( healing ). Tento jev je projevem an ustálenými parametry AE na zkoušky). nastavené prahové hodnoty a zkouška je zastavena. Z Obr. 2.11 39] jednotlivých stádií zkoušky. V oblasti ustáleného stavu nebyla prakticky tato prahová hodnota p ekro ena (obr. 2.13 b). T etí stádium je charakteristické zvýšenou hodnotou sledku rozvinutého poškození v jednom míst hnaného kotou e. Obr. 2.12 Morfologie poškození 39] 22
TAVU POZNÁNÍ Obr. 2.13 jednotlivých stádií s 39] rozsahu 0,25±0,05 mg a úbytku m/s 2, krouticí moment 0,04 Nm a maximální teplota oleje byla 50 C. Obr. 2.14 39] Z s využitím [23], [31], [51], [52], které se zabývaly 23
Z Rahman et al. [40 ektu po vzniku této akustické emise v Obr. 2.15 Kontaktní poškození a odpovídající parametr AE [40] poškození. Byla nalezena lineární regrese mez Guo a Schwach [41] navázal na práci Yoshioky Fujiwary [25-30] a ve své studii se zabýval vlivem bíle naleptané nový on-line systém zkoušení kontaktní únavy využívající akustickou emisi. Hlavní cíly studie bylo: prezentovat nový systém zkoušení kontaktní únavy, integrity. obr. 2.20. Zatížení vzorku bylo realizováno pom z v nylonové kleci 000 min -1, což é hodnoty emise byl byla 125 khz, dále byl použit zesílením 40 db a nastavený 45 db. Vyhodnocované parametry AE byly 24
TAVU POZNÁNÍ V experimentu bylo použito zatížení 1 334,4 N odpovídající maximálnímu Hertzovu 580 min -1, kontakt byl mazán tukem na bázi lithného mýdla. Vzorek diskového tvaru byl vyroben z oceli AISI 52100 (14 tvrdost byla 61 62 HRC. První vzorek (bez bíle naleptané vrstvy) byl obroben no vrstvou) byl obroben vyšší rychlostí naleptané Ra = 0,1 μm. následujících obrázcích. Obr. 2.16 oušky vzorku bez bíle leptané vrstvy [41] Obr. 2.17 Absolutní energie AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] Obr. 2.18 RMS signálu AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] 25
Obr. 2.19 Amplituda signálu AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] obrázcích 2.16 až 2.1 #1 #2 indikace prvotního pittingu; #3 indikace výrazného pittingu; #4 spalling v Vzorek bez bíle naleptané vrstvy odpovídající signálu AE v ném v. elastickými a plastickými deformacemi v dy nebyl v bíle leptanou vrstvou tento parametr posuzován. Energetické Vzorek s bíle naleptanou vrstvou vzorek bez bíle naleptané vrstvy Porovnáním charakteristik v me konstatovat, že vzorek s bíle leptanou poškození rostly parametry RMS a energie in zorku bez bíle leptané vrstvy, viz obr. 2.17 a 2.18. Ke trhliny dochází u vzorku s bíle leptanou Byla prokázána schopnost této únavy materiálu; parametry: energie, RMS a maximální amplituda prokázaly lepší citlivost na její hodnota rostla s rozvojem poškození; 26
TAVU POZNÁNÍ je konstatováno, že vzorky bez bíle leptané vrstvy prokázaly vyšší odolnost ny v porovnání se vzorky s bíle leptanou vrstvou v Warren a. Guo [42 po mikrostrukturou a -situ monitorování zkoušek kontaktní únavy zvolili metodu akustické emise s kontaktního poškození. mm z oceli AISI 52100 (ekvivalent 100Cr6 dle EN, 14 termálním kalením na tvrdost 62 1 C po dobu 2 hodin s 65 obr. 2.20 (vpravo). konfigurace zkoušky viz obr. 2.20 (vlevo). Vzork mm silou 2224,1 N. Tato síla odpovídá maximálnímu Hertzovu tlaku na povrchu vzorku 4 600 590 min -1 a kontakt byl mazán tukem na bázi lithného mýdla. Pro snímání akustické emise byla použita karta v PC s é zesílení pouze výsledky ze zkoušek jednoho vzorku., absolutní obr. 2.22. Obr. 2.20 (vlevo), povrch vzorku (vpravo) [42] 27
Obr. 2.21 Amplituda [42] Obr. 2.22 Absolutní energie [42] Obr. 2.23 42] Obr. 2.24 42] 28
TAVU POZNÁNÍ absolutní energie, maximální amplituda, RMS, absolutní energie jsou citlivé na únavové poškození. Z last a v 2.3 Vliv maziva na signál akustické emise 2.3 Na signál AE mají podmínek, vliv snímaný signál akustické emise charakterizující valivý kontakt. Miettinen a Anderson [43 tuky na bázi lithného mýdla. První s minerálním olejem a viskozitou 150 mm 2 s -1 /40 C, druhý s polyalfaolefinem a viskozitou 460 mm 2 s -1 m mazacím tukem minerálním olejem a viskozitou 150 200 mm 2 s -1 /40 C. (SiO 2 železa získaných z Obr. 2.25 Porovnání signálu AE s r základním mazacím tuku: a) 0,02 hm %, b) 0,2 hm %, c) 2 hm % [43] 29
1 950-1 v nálu AE v obr. 2.25. Signál vzorkován 1 MHz a filtrován širokopásmovým filtrem. Intenzita signálu akustické emise nerostla li množstvím kontaminantu v 43], [44]. Fan et al. [45] studovali vliv kontaminovaného maziva na parametry signálu AE. a frekv valivém kontaktu. Tandon et al. [46 s kontaminovaným mazivem na zkušební 440 min -1 AE s khz, celkové zesílení signálu bylo 60 db a signál byl o zhodnocení stavu kontaminace monitorování stavu ložisek (SPM, vibrace) s metodou akustické emise a konstatovali, vzhledem k jiným metodám nejmenší odezva. Obr. 2.26 46] 30
TAVU POZNÁNÍ 2.4 Zpracování signálu akustické emise 2.4 Signál a - Základní vyhodnocení zahrnuje parametry popisující signál v Praskavý signál, respektive hit praskavého signálu popisují zejména následující parametry (obr. 2.27): maximální amplituda (angl. peak amplitude), doba trvání (angl. duration), obráz o dosažení maxima amplitudy (2.8 rostoucí amplitudou hitu, tedy od Obr. 2.27 Základní parametry AE v. N C N E dn dt dn dt C E (2.6) (2.7) P max = max (U(t)) (2.8) 31
Pro analýzu spojitého signálu obvykle slouží efektivní hodnota signálu RMS (2.2), ASL (2.1). Efektivní hodnota informace o signálu. Signál lze transformo Fourierovi transformace definované pro spojitý signál rovnicí (2.10) [5], [7]. F f x t e j2 ft dt (2.10) Pro diskrétní signály je definována diskrétní Fourierova transformace daná rovnicí (2.11). F( k) N 1 n 0 x( n) e j 2 kn N (2.11) informace, je tzv. vzorkovací teorém hodnotu vzorkovací frekvenc dvojnásobkem maximální frekvence obsažené v analyzovaném signálu (2.12). >2 (2.12) V praxi se s ohledem na [7]. Praktické využití diskrétní Fourierovy transformace na reálných signálech je, proto se pro signálu využívá rychlá Fourierova transformace (FFT). Ta vychází z diskrétní Fourierovy zjednodušen. ochází k amplitudové modulaci signálu lokalizovaným defektem (viz [31], [32], [37]), je využití obálkové analýzy. V numericky pomocí komplexního analytického signálu, z jehož absolutní hodnoty získáme obálku signálu (2.13), kde x(t) x ~ (t) je kvadraturní složka signálu, respektive Signál a výsledná obálka získaná z analytického signálu je zobrazena na obr. 2.28. [47] 2 ~ 2 A( t) x ( t) x ( t) Hilbertova transformace (HT) je definována vztahem (2.14). { ( )} = ( ) = 1 ( ) (2.13) (2.14) 32
TAVU POZNÁNÍ posunu fáze složek se zápornou frekvencí o + /2 a u složek s kladnou frekvencí o /2 [47]. Obr. 2.28 Obálka signálu [47] Na obrázku 2.29 je zobrazen analytický signál a jednotlivé složky signálu v komplexním prostoru. Obr. 2.29 Projekce HT (1), reálná složka signálu (2), analytický signál (3), fázor v komplexní (4) [47] - pomocí okénkové transformace (STFT) nebo vlnkové (wavelet) transformace, jejíž. 33
Al-Balushi [48] ve své práci prezentoval metodu energetického indexu (EI), jako nástroje pro detekci praskavého signálu skrytého v šumovém pozadí. Ve studii bylo p práci Al-Balushiho a Santany [49]. Zde byla prokázána schopnos Energetický index je definován následující rovnicí: EI= (2.15) Z rovnice (2.13) vyplývá, že metoda energetického indexu je založena na porovnání e N hodnotou jsou zeslabovány). Byl V, odstup od šumu analýzy potvrdil schopnost detekovat praskavý lým poškozením o velikosti cca 0,7 mm 2. 000, 2 000 a 3 000 min -1 se zatížením 8,9 kn. souboru byl 256 hodnotu amplitudy 2 V a smíchány s náhodným šumem s maximální amplitudou 2 V hodnotu 1,0 V. Z metoda energetického indexu je schopna detekovat praskavý signál v podobná frekvenci okolního šumu. 34
TAVU POZNÁNÍ Obr. 2.30 EI ze signálu akustické emise s náhodným šumem; L = 8,9 kn, S = 1 000 min -1 [48] Výhodou této metody zpracování signálu, oproti existujícím statistickým metodám, hodnotu. Eftekharnejad et al. [50 citlivosti detekce vzniku a rozvoje kontaktního poškození. Je srovnávána schopnost pracích [35 38]. s 1 500 min -1 a zatížení: 50 000 N. V druhé zkoušce byl záznam AE i vibrací Pro detailní analýzu bylo všech stádií únavového procesu (délky zkoušky) vybráno Byla provedena obálková analýza využívající Hilbertovu transformaci a detekována pásmovou propustí; použita metoda zalo kurtogram; vlnkovou transformací. 35
Obálková analýza každé dekompozice (D1 9) byla prostudována a jako optimální 1000kHz). Obr. 2.31 50] pomocí % a 95 % (zkouška 1 a zkouška íznaky defektu v signálu byly v signálech filtrovaných pásmovou propustí. He et al. [54] ve svém prezentovali - z poškození na elementu valivého ložiska. To zahrnuje analýzu složení signálu, mechanismu vzniku vady a vlivu provozních podmínek. Parametrická analýza signálu AE nepodává vždy komplexní informaci a bývá závislá na zkušenostech pracovníka vé v - K krátkodobou Fourierovu transformaci (STFT) nebo - charakteristiky a z 36
TAVU POZNÁNÍ Pro kvalitativní analýzu byla užita spojitá vlnková transformace definovaná vztahem (2.16): CWT(a,b)= 1 ( ) (2.16) kde a b Z signálu AE generovaného z poškození v ložisku je Morletova vlnka. Pro kvantitativní analýzu byla použita diskrétní vlnková transformace (DWT) s energi rozsahu 40 až 250 khz, viz obr. 2.32. 15,63 khz až 250 khz. V podmínky zkoušek: zatížení L1 = 3 kn, L2 = 7 kn; -1, S2 = 444 min -1 ; simulující pitting o velikosti D1 = 3 mm a D2 = 5 mm. Obr. 2.32 Detail d4 DWT ze signálu AE podmínky zkoušky (L1, S1, D1) [54] 37
Obr. 2.33 b) FFT spektrum; c) škálogram bez optimalizace; d) škálogram s optimalizací [54] Cílem experimentu bylo zjistit vliv provozních podmínek radiální zatížení, otá a velikost defektu na charakter signálu akustické emise. Z signál z energie byla koncentrována v rozsahu 40 khz až 100 khz; konstan (zvýšení amplitudy); aintenzity); asové trvání energie AE. dochází k AE pocházející z defektu je složen z frekvencemi v tomto rozsahu. 38
3 ROBLÉMU 3 pro, Pro tyto zkoušky každá z nich má své specifika a je vhodná pro jiný typ experimentu [21], [22]. Z pro zkoušky plochého vzorku [20], [21]. V ají zkušební V aplikací metody akustické emise na pro zkoušky plochého vzorku [25 30], [35 38], [41], [42], okrajov konfiguraci disk disk [39], [40] - [60]. Tento zdroji AE, což je v ost zkušebních výrazný útlum signálu, ke místem kontaktu Pro detekci kontaktního poškození (70. léta 20. století) o signálu. Tento ohledem na tehdejší možnosti techniky pro snímání a o [25], [27], [30]. byl studován vliv rozsahu poškození na velikost amplitudy, a RMS, respektive absolutní energii signálu. Z ve Bylo prokázáno, že zásadní vliv pro získání relevantní informace ze signálu akustické emise [18], [33]. (odpovídající velikosti výraznému spallingu) byla také identifikována v obálkovou analýzou, kdy efekt na povrchu valivé dráhy [31], [32], [36]. V Pro kvalitativní hodnocení poškození využívají energie, ASL) - založených na okénkové transformaci (STFT), nebo spojité/diskrétní vlnkové transformaci. neodpovídala charakteru defektu jednalo se o výrazný spalling [50], [54]. (maximální amplituda, RMS) [43], [46]. 39
Doposud neby pomocí metody akustické emise na parametr základní trvanlivosti L 10. Publikované proto neu at defekt v pro zkoušky trvanlivosti a kontaktní únavy. 40
4 4 oblastí hodnocení vzniku kontaktní únavy pomocí metody je stanovit vhodné parametry pro vyhodnocování kontaktního poškození pomocí metody akustické emise poškození a Identifikace vhodného parametru signálu AE charakterizujícího projevy kteristické ložiskové materiály. Vypracování návrhu a verifikaci m XMAT. 41
5 5.1 5 5.1 Pro experimentální studium vzniku kontaktní únavy byla použita modifikovaná (Obr. 5.1) sestávající se z a zkoušky trvanlivosti axiálních ložisek apod. Obr. 5.1 Konstrukce zkušební stanice AXMAT II obrázku 5.1. V pracovním prostoru zkušební stanice (viz je v pittingu (akcelometr) k tepelná pojistka vložka 42
z polyamidu, která v držáku vzorku (pro experimenty prezentované v dizertaci byl držák od standardu (Wilcoxon ES-08100B) a akustické emise (DAKEL MIDI), viz kapitola 5.3. Pro tab. 5.1. Tab. 5.1 Technické parametry zkušební stanice [21] ry zkušebního vzorku 25 80 mm 5 15 mm Axiální zatížení standardní provozní režim: 2 000 4 000 N krátkodobé maximální: 10 000 N 0 1 380 min -1 axiálních ložisek typu 511, i v 5 3 000, 4 000 a 5 000 MPa [21]. t následující kritéria [21]: 1) 6 2) 3) deformace; 4) 5) 6) povrch zkušební plochy leštit na drsnost Ra 0,02 μm. v konfiguraci s ložiska 51102. Také experimenty prezentované v tab. 5.2. 5 6 43
Tab. 5.2 51102) [21] 0,366 mm 3,175 mm 21 G5 0,5 μm 21,5 mm minimální p P6 kroužku a zkušebního vzorku: 2,062 5.1.1 Rozbor podmínek v kontaktu V Hertzova tlaku a materiálem pro zkušební režim kontaktního tlaku 5 000 MPa. obr. 5.2. Tab. 5.3 Poissonova k 0,3 modul pružnosti v 210 GPa 3,175 mm 126,7 N Výsledky P max : 5059,6 MPa - max : 1568,6 MPa 0,053 mm Obr. 5.2 44
V elastického a elasticko-plastického l použit pre/post-procesor MSC. Marc. elastického modelu je zobrazeno na obrázku 5.3. Obr. 5.3 Diskretizovaný model kontak Mises) Na obrázku 5.4 elastický model. V a má hodnotu 3 220 MPa. Obr. 5.4 45
taktu je zobrazen na obrázku 5.5. Hodnota maxima tlaku je lokalizována na povrchu vzorku a je v rovna 4 250 MPa. Obr. 5.5 elastický model -plastického modelu jsou prezentovány na obrázcích 5.6 a 5.7. V povrchem vzorku hodnoty 1 350 MPa. Obr. 5.6 Detail k elasticko- 46
-plastického modelu, dosahuje maxima 2 420 MPa na povrchu vzorku, viz obr. 5.7. Obr. 5.7 elasticko-plastický model Tab. 5.4 lastický model materiálu lasticko-plastický model materiálu maximální ek 4 250 MPa 3 220 MPa 2 420 MPa 1 350 MPa Porovnáním hodnot z hodnotami získanými metodou alytického Hertzova modelu a pro další hodnocení lze vycházet z plastického modelu, který lépe vystihuje reálné podmínky v materiálu vzorku. 47
5.2 5.2 Experimentální materiál 5.2.1 Vzorky materiálu kap ložiska ZKL obrázku 5.8 EN ISO 683 17 prokalující oceli 100Cr6 14 109) z (termální kalení) na požadovanou drsnost. Vzorky byly 0 C po dobu 4 hodin. oceli k cementování 17MnCr5 dle SN EN ISO 683-17 14 220) shodným technologickým Tyto vzorky byly Obr. 5.8 Geometrie zkušebního vzorku [59] [hm. %] C Si Mn P S Cr Mo Al Cu 0,93 0,15 0,25 1,35 max max max max max 0,025 0,015 0,10 0,05 0,30 1,05 0,35 0,45 1,60 ±0,03 ±0,03 ±0,04 +0,005 +0,005 ±0,05 ±0,03 +0,010 +0,03 Tab. 5.5 Chemické složení oceli 100Cr6 dle EN ISO 683-17 [hm. %] C Si Mn P S Cr Al Cu 0,14 1,00 0,80 max. max max max max 0,40 0,025 0,015 0,05 0,30 0,19 1,30 1,10 ±0,03 ±0,03 ±0,04 +0,005 +0,005 ±0,05 +0,010 +0,03 Tab. 5.6 Chemické složení oceli 17MnCr5 dle EN ISO 683-17 48
Materiálové vzorky byly metalograficky zpracováním (obr. 5.9, obr. 5.10) a po tepelném zpracování (obr. 5.11, obr. 5.12). Metalografický Olympus GX 71. Povrchová tvrdost vzorku dle -3E. Obr. 5.9 (250x) Obr. 5.10 (1000x) 49
Obr. 5.11 Struktura materiálu 100Cr6 po martenzitickém kalení (250x) Obr. 5.12 Struktura materiálu 100Cr6 po martenzitickém kalení (1000x) martenzitem, t a po pro strukturu materiálu ložisek tvrdost vzork byla 61 62 HRC. 50
Obr. 5.13 Struktura materiálu 17M acováním (500x) Obr. 5.14 Struktura materiálu 17MnCr5 po tepelném zpracování (500x) Struktura materiálu 5 je zobrazena na obrázcích 5.13, 5.14 (po tepelném zpracování). Struktura o ložiskovou ocel. po opracování povrchu byla 523 HV30. 51
5.2.2 Použité mazivo aplikováno množství 2±0,2 g plastického maziva o na bázi lithného mýdla MOGUL LV 2 3, jehož parametry jsou uvedeny v tab. 5.7. Tab. 5.7 Charakteristické parametry plastického maziva MOGUL LV 2-3 [55] Parametr Jednotka Hodnota Norma Teplotní rozsah použitelnosti C -30 120 - - Li mýdlo - 10-1 mm 240 280 Bod skápnutí C 185 Kinematická viskozita základo mm 2 s -1 50 Pro zhodnocení vlivu maziva na výsledek provedených zkoušek byla realizována série zkoušek s mazivem METANOVA F1.5 s ivého kontaktu, jejichž cílem je výrazné snížení uvedeny v tab. 5.8. Tab. 5.8 Charakteristické parametry mazacího tuku METANOVA F1.5 [56] Parametr Jednotka Hodnota Norma Teplotní rozsah použitelnosti C -35 230 - - Li mýdlo - 10-1 mm 240 300 DIN 51804 Bod skápnutí C 270 DIN 51801 Kinematická viskozita mm 2 s -1 600 DIN 51562 oužito mazivo RENOLIT DURAPLEX EP2. Toto mazivo bylo zvoleno vzhledem k návaznosti na [5]. Základní vlastnosti maziva jsou blízké mazivu MOGUL (vzhledem k mazivu METANOVA). V provedených experimentech nebyly zaznamenány relevantní rozdíly v Tab. 5.9 Charakteristické parametry mazacího tuku RENOLIT DURAPEX EP2 [57] Parametr Jednotka Hodnota Norma Teplotní rozsah použitelnosti C -30 160 - - Li mýdlo - 5 C 10-1 mm 265 295 DIN 51804 Bod skápnutí C > 250 DIN 51801 Kinematická viskozita mm 2 s -1 112 DIN 51562 52
5.3 5.3 V materiá monitorována hladina vibrací, teplota a signál akustické emise. Propojení 15. Obr. 5.15 Systém na monitorování vzniku kontaktního poškození [67] 5.3.1 Monitorování hladiny vibrací a teploty Pro monitorování vibrací a teploty bylo požito dvoukanálového analyzátoru vibrací Vibrocontrol 1500 monitoruje hladinu vibrací i nastavenou vzorkovací frekvencí. Signál z akcelerometru je vzorkován frekvencí 15 khz s citlivostí 100 mv/g.vzhledem k tomu, že hladina vibrací a teplota sloužili jako porovnávací parametry, byla vzorkovací frekvence nastavena na jeden vzorek za 0,5 minuty (akcelerometr) Wilcoxon ES-08100B s ím rozsahem 2 10 000 Hz. 5.3.2 Aparatura pro monitorování akustické emise KEL XEDO-IPL-AESWITCH (obr. 5.16). Jedná se o propojenou sestavu dvou -XEDO a DAKEL- této konfiguraci slouží analyzátor XEDO bez s kanálového 53
s programovatelném hradlovém poli, kde jsou testována cesoru, kde je emisní signál vzorkován frekvencí 2, 4 nebo 8 MHz. Analyzátor zpracovává od 50 do 800 z rozsahu signálu krok 50 ), efektivní hodnotu signálu (RMS) a vzorkuje signál a zpracovává parametry [58]. stanovena na 5 vzhledem k množství ukládaných dat. Obr. 5.16 Sestava analyzátoru AE XEDO-IPL-AESWITCH [58] Pro periodické vzorkování signálu je využit analyzátor DAKEL-IPL, jehož analyzátoru XEDO. DAKEL- dvanáctibitové synchronní kontinuální vzorkování a rozsahu 0 až cný kanál, který -10 V až +10 V) [58]. DAKEL-MIDI s ím rozsahem 80 750 khz a pracovní teplotou 20 ploše vzorku proti ploše kontaktu. 4. byly k kyanoakrylátovým lepidlem, které vykazuje vynikající akustické vlastnosti pro [5]. 54
5.4 Experimentální podmínky 5.4 kapitole 5.1. Zatížení valivého kontaktu odpovídalo maximálnímu Hertzovu tlaku 5 000 MPa, -1 í kontrola vzhledu valivého kontaktu, mikroskopem. 5.5 5.5 vazebného média faktorem, který má vliv na deformaci (zkreslení) signálu AE. kap. 1.3, elastické vlny od zdroje emise k zejména k disipaci energie a útlumu signálu v du mezi rozhraními jednotlivých í vzorek, vzorek držák. byla. Cílem bylo ho útlumu AE (II) vzhledem ke Na obrázku 5.17 vygenerovaný pomocí Hsu-Nielsenova zdroje (Pen-test) v (obr. 5.1), tj. na (I). aximální amplituda hitu 90,95±0.8 db. Obr. 5.17 -Nielsenova zdroje je závislá na správném provedení. Z taktéž cenzurovány a nevyhovující impulzy byly z následného zpracování 55
Obr. 5.18 Na obrázku 5.18 je hit signálu AE z, Opakovaným maximální amplituda, v 80,06±1,5 db, relativní útlum je tedy cca 10,9 db. Z obrázku 5.18 je také patrné, že dochází k disperzi signálu Na obrázku 5.19 je zobrazen záznam ze zkoušky vzorku Obr. 5.19 AE z je patrné, že trend je totožný všechny detekovatelné metodou akustické emise. signálu a snížení vypovídací hodnoty. Z práci analyzovány pouze signály získané 56
VÝSLEDKY A DISKUZE 6 VÝSLEDKY A DISKUZE 6 V této kapitole jsou prezentovány výsledky monitorovaných ze zkoušek kontaktní kustické emise a je korelován rozsah degradace. Experimenty b. P realizovány úplné zkoušky kontaktní únavy na 20 vzorcích materiálu pro oceli 100Cr6 a 17MnCr5. byly 6.1 rozsahem degradace 6.1 Pro klasifikaci rozsahu kontaktního poškození na povrchu zkušebního vzorku byly závislosti na ploše defektu je definována v tabulce 6.1. Tab. 6.1 Plocha defektu (mm 2 ) A 0,01 AB 0,035 B 0,18 C 1,38 obr. 6.1) s mírou spolehlivosti R 2 pro experimenty byla volena s dochází k 21]. Obr. 6.1 Závislost velikosti defektu 57
VÝSLEDKY A DISKUZE rozvoje kontaktního poškození materiálu. metodou akustické prvotní velikost pomocí rychlosti vibrací zkouškách a rozsáhlým pittingem. jsou zobrazeny na obrázcích 6.2 až 6.4. Na obrázku 6.5 je zob viditelnými trhlinami. Obr. 6.2 Obr. 6.3 58
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.4 Obr. 6.5 pro komparaci vybrány rychlostí vibrací následující parametry akustické emise: maximální amplituda, RMS, (FFT), a zaznamenáno, po stabilizaci zkušebního uzlu (20 min), délky 1s pro další analýzu. Výsledné parametry v následujících grafech odchylkou., dle [35], [41], [42], rozsah degradace efektivní hodnota signálu. obr. 6.6. Je patrné, že 59
VÝSLEDKY A DISKUZE tento parametr reaguje patrný jen malý rozdíl a i odstup od základní hodnoty vzorku bez defektu je malý. odnoty velmi malý au je pozorována významná fluktuace hodnot, což je defektem. Obr. 6.6 Na obr. prakticky rozlišit od vzorku bez defektu. ina vibrací a její odchylka odpovídají rozsahu degradace povrchu. Obr. 6.7 Hladina vibrací 60
VÝSLEDKY A DISKUZE výkyvu. Z rostoucí mírou degradace s S mírou k defektním povrchem. V tomto ohledu nejsou parametrem AE maximální amplitudy z defektu, na hodnotu 6,16 je a vzorkem AB již není tak výrazný ( ází dokonce k zí k amplitudy. Obr. 6.8 Z vyplývá, že v na kinematických vazbách v defektu proto jednoduše definovat podle následujícího vztahu: = 2 kde (6.1) FDV frekvence defektu; n L -1 ); N k kontaktu (-). 61
VÝSLEDKY A DISKUZE Na obr. transformací (FFT) z obálky signálu získána z analytického signálu Hibertovou zbylé spektrum a s rostoucím defektem roste i její amplituda. Chyba detekované frekvence od teoretické hodnoty odpovídá 2%. Obr. 6.9 bez defektu Obr. 6.10 Obr. 6.11 62
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.12 Obr. 6.13 Na obrázku 6.14 je zobrazena normalizovaná hodnota amplitudy chybové frekvence defektu vzhledem k Obr. 6.14 Porovnání normalizované amplitudy chybové frekvence (FDV) 63
VÝSLEDKY A DISKUZE Je patrné, že tento parametr má rostoucí char jšímu rozptylu energie do postraních pásem chybové frekvence. (do 500 khz) získané pomocí FFT. Obr. 6.15 spektrum bez defektu Obr. 6.16 Fr spektrum defektu A Obr. 6.17 spektrum defektu AB 64
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.18 spektrum defektu B Obr. 6.19 spektrum defektu C Z nedochází k zkušebního vzorku. Pouze v k škození je komplexní úloha a bude protože pouze jeden parametr nedává Z rozvojem poškození amplituda chybové frekvence získaná z, která dokáže s vysokým odstupem rozlišit všechny zkoušené defekty. V s rozvojem poškození dochází k jeho poklesu oproti detekce V následující kapitole jsou aplikovány získané poznatky z této kapitoly na kompletní zkoušky trvanlivosti do vzniku spallingu analyzována kontaktního poškození. 65
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.2 6.2 Zkoušky trvanlivosti oceli 17MnCr5 EN ISO 683-17 v snášet dynamické rázy. Typický záznam modifikované stanice AXMAT II je zobrazen na obr. 6.20 efektivní hodnota signálu AE (RMS) a dále rychlost vibrací a teplota. Obr. 6.20 Záznam ze zkoušky vzorku 17MnCr5 zkouška N1 [67] upraveno Na obr. 6.20 zaznamenané akustickou emisí. Nejprve dochází k hu vzorku, kdy se materiál nachází díky vysokému zatížení v kontaktu a dochází k tepelné stabilizaci zkušebního uzlu. Tyto jevy maj dochází k Hladina vibrací tuto fázi nedokáže rozlišit, dochází pouze k, až do její stabilizace cca po 7 zkoušky na 37 C. Fáze a po ní následuje ustálený stav, kdy nedochází k parametrech akustické emise. Po 230 minutách dochází k m pak (Cnt3), což reprezentuje vyšší amplitudu signálu AE a jeho menší frekvenci. Následuje fáze rozvoje makropoškození (spalling), které je detekováno jak akustickou emisí (RMS, Cnt1 až Cnt3), tak pomocí rychlosti vibrací. Ve 440. zkoušky dochází k vytržení materiálu z takto vzniklého defektu. Z obr. 6.20 je patrné, že hladina vibrací koreluje s úrovní jednotlivých hladinách. Tato zkouška probíhala za zvýšeného zatížení odpovídající kontaktnímu Hertzovu tlaku 5 937 MPa (analyticky. 66
VÝSLEDKY A DISKUZE zeno na obr. 6.21 a odpovídá velikosti defektu B, definované v kapitole 6.1. Obr. 6.21 Povrch vzorku 17MnCr5 po zkoušce N1 [67] Po zkoušce byl naskenován povrch vzorku pomocí 3D optického profilometru a o obr. 6.22 mm široká a její hloubka byla 0,005 mm. Obr. 6.22 vzorku 17MnCr5 [67] Na obrázku 6.23 je zobrazena distribuce maximálních amplitud a itel výkyvu (crest factor) definovaný rovnicí (2.5) v kap. 2.2. Je patrné, konstantní úrovni kolem 250 mv až po cca 420 minutu zkoušky, kdy dochází k tudy. Což odpovídá záznamu z obr. 6.1, kde v not efektivní hodnoty signálu a v. výkyvu nereflektuje vznik kontaktní únavy a spallingu na celé zkoušky konstantní, pouze v Na obrázku 6.24 obálky signálu z fáze rozvoje spallingu (445. minuta). Na spektrogramu je výrazná frekvence odpovídající chybové frekvenci 241,5 Hz, která odpovídá frek defektem na povrchu vzorku. celé zkoušky (reprezentativní vzorky) je zobrazen na obr. 6.29. 67
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.23 zkouška N1 Obr. 6.24 zkouška N1 periodicky získan ). Ve spektrogramu je patrné zvýšená hodnota intenzity (PSD) okolo frekvence 120 khz, která odpovídá Signál je analyzován v rozsahu do 500 khz z s výraznou rezervou vzorkovacího teorému a také proto, že ve vyšších frekvencích dochází k útlumu signálu Z obr. 6.25 je patrné, že nebyly zaznamenány zkoušeného vzorku, což o kap. 6.1. 68
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.25 - spektrum vzorku zkouška N1 Na obrázku 6.26 je zobrazen záznam ze zkoušky vzorku 17MnCr5, v souladu s parametry zkoušky uvedenými v kap. 5. zkoušky na zkušební stanice byla nastavena vzhledem k cílovému defektu na 16 mm/s. Obr. 6.26 Záznam ze zkoušky vzorku 17MnCr5 zkouška N2 [67] Na záznamu jsou patrné obdobné fáze zkoušky, jako tomu bylo v k snižování drsnosti povrchu v ním v parametrech AE a tento stav je zaznamenán také vibracemi. Následuje rozvoj povrchového defektu, který je v parametrech akustické emise charakterizován 69
VÝSLEDKY A DISKUZE Výsledné poškození vzorku N2 je zobrazeno na obr. 6.27. Jedná se o rozsáhlý spalling odpovídající klasifikaci definované v kap. 6.1 Obr. 6.27 Povrch vzorku 17MnCr5 po zkoušce N2 [67] (obr. 6.28) období 15 minut) a pak v zkoušky. rozsahu 100 až 450 khz. hodnot lingu na povrchu vzorku. 700. Obr. 6.28 - zkouška N2 Obr. 6.29 normalizované amplitudy chybové frekvence zkouška N1 a N2 70
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.3 Zkoušky trvanlivosti oceli 100Cr6 6.3 Na obrázku 6.30 emise, vibrací a teploty ze zkoušky vzorku ložiskové ocele 100Cr6. Jedná se o základní materiál používaný v Pro standardní aplikace je tato ocel martenziticky kalena, v Na obr. 6.30 je V prvních cca 15 minutách zkoušky dráhy 17MnCr5, se zde neprojevuje pokles Obr. 6.30 Záznam ze zkoušky vzorku 100Cr6 zkouška N4 [68] upraveno a a k ustálení teploty dochází po cca 80 minutách zkoušky. zachovává trend z ustáleného stavu. Dochází k vzorku, v jehož d Ve 440. zejména v signálu. Celková energie signálu V tomto okamžiku dochází k vytržení materiálu z povrchu vibrací a zvýšení jejich hodnoty na cca 3 mm/s. Až do 480. minuty zkoušky nedochází k stabilizované hodnoty. Z tomto okamžiku vysokou amplitudou. Po 480. zí k 71
VÝSLEDKY A DISKUZE ak jejich trendu nastavený práh 4 mm/s. Poslední fáze (od 480. minuty) odpovídá pozvolnému sledku narážení valiv a jako uzdravování [39], [40]) se projevuje v signálu kolísáním aktuálních hodnot trvalým rostoucím gradientem. V závislosti na velikosti rostoucího defektu oscilace ustává v, viz obr. 6.26. Obr. 6.31 - zkouška N4 [69] Na obrázku 6.3 spektrum zpracované pomocí FFT analýzy signálu. Je zde patrná maximální intenzita v rozsahu od 90 do 130 khz odpovídající Od 480. minuty dochází ke zvýšení intenzity ve potom dochází k zvýšení intenzity sledovaných obr. 6.30. Obr. 6.32 zkouška N4 72
VÝSLEDKY A DISKUZE Na obr. 6.3 le výkyvu sciluje kolem hodnoty 250 mv, po výkyvu osciluje kolem hodnoty 3,8 a od 440. minuty dochází k až do konce zkoušky. Výsledný defekt je zobrazen na obr. 6.33 a odpovídá dle klasifikace definované v kap. 6.1 Obr. 6.33 Povrch vzorku 100Cr6 po zkoušce N4 Na obr. 6.34 j ze zkoušky vzorku z é 4 vzhledem k délce celé zkou prvních 15 minut dochází k na hodnotu stabilizující se v ustáleném stavu. V prezentovaných záznamech zkoušek ce ). Obr. 6.34 Záznam ze zkoušky vzorku 100Cr5 zkouška N5 73
VÝSLEDKY A DISKUZE V záznamu ze zkoušky N4 zobrazené v obr. 6.30 došlo pouze k rapidnímu a poklesu na hodnotu ustáleného stavu. Následuje ustálený stav, ve kterém parametry AE i hladina vibrací zachovávají konstantní charakter. Od 845. minuty dochází k detekci praskavého signálu s ikováno V tomto okamžiku dochází k Od 890. minuty je detekován trvalý Cnt2 a vibrací charakterizující vytržení materiálu z povrchu vzorku a Od 960. minuty dochází k a rostoucím trendem hladiny vibrací. Na obr. 6.35 je Obr. 6.35 - zkouška N5 Výsledný defekt je zobrazen na obr. 6.36 elikosti defektu B, dle kategorizace v kap. 6.1. V porovnání s finální defekt o cca 30% Obr. 6.36 Povrch vzorku 100Cr6 po zkoušce N5 74
VÝSLEDKY A DISKUZE Obr. 6.37 ové frekvence zkouška N4 a N5 V k áze defektu. obou prvotní poškození zvýšenou úrovní s výrazným odstupem od základní hladiny charakterizující ustálený stav zkoušky. vzorku. Naopak nevhodnými parametry spektrum signálu získané pomocí FFT. V prezentovaných spektrogramech byly (PSD) v s možno implementovat pro vyhodnocování má stochastické znaky. v kap. 6.1. V následující kapitole jsou porovnány výsledky zkoušek trvanlivosti ložiskové oceli 100Cr6 mazané plastickým mazivem s struktury na povrchu valivé dráhy. 75
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.4 6.4 Vliv maziva na parametry akustické emise respektive zkouškách trvanlivosti ložisek, jak ukázaly práce Miettinena a dalších (kap. kontaminací. Z materiálu 100Cr6 s rozdílnými druhy maziva, viz kap. 5.2.2. Tyto zkoušky byly provedeny v [59] a trvanlivosti 2 3 a mazivem s METANOVA F1.5 je na obr. 6.38. Trvanlivost stejného materiálu se užitím maziva s, viz tab. 6.2. Parametry akustické emise RMS a ací jsou porovnány v grafech 6.39, 6.40 -. Obr. 6.38 Trvanlivost kontaktu pro dva druhy maziv [69] Na obr. 6.39 fázi trvající cca 15 minut dochází oproti zkoušce s použitým standardním mazivem k Obr. 6.39 [59] 76
VÝSLEDKY A DISKUZE mazivu s dochází k jeho modifikaci a zvýšení trvanlivosti. Po této fázi dochází k pozvolnému Následuje ustálený stav, kde konstantní po dobu cca 20 až 25 % doby trvání zkoušky. Poté následuje pokles a Obr. 6.40 [68] upraveno Na obr. 6.41 - ze zkoušky zobrazené na obr. 6.40. Maximální intenzita signálu je po celé délce zkoušky okolo 120 khz, což oblasti s 380 do 410 khz a od 210 do 250 období od cca 60 do 120 min zkoušky a od 500 do 970 min. Obr. 6.41 - Typický záznam zkoušky ložiskové ocele 100Cr6 mazané standardním mazivem MOGUL LV 2-3 je zobrazen na obr. 6.30 trvanlivosti ržení Z poškození u zkoušek s A kontaktu, které jsou jinak vibrodiagnostikou nezachytitelné. 77
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.5 6.5 Zhodnocení zkoušek trvanlivosti a V zh Porovnány a zhodnoceny analyzované parametry AE vzhledem k vhodnosti detekce vzniku pittingu/spallingu na povrchu vzorku. 6.5.1 na detektoru pittingu AXMAT II), která charakterizuje empiricky stanovenou hodnotu obsluhy. U (dodrženy parametry viz kap. 5.1) se hladina vibrací v ustáleném stavu pohybuje v pásu 0,8 až 1,1 mm/s. V spallingu na povrchu zkoušených = = 15 15 + (6.2) kde t i A A d odstup od provozního šumu (1 mm/s), nebo = > 0,0083 (6.3) První kritérium (6.2) odpovídá navýšení hodnoty rychlosti vibrací o hodnotu A d od hladiny provozního šumu, která se stanoví jako dochází k Druhé kritérium o 0,5 mm/s za min. byly poškození amplituda chybové frekvence (maximum s odstupem od šumu min. 20 %). 78
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.5.2 oceli 100Cr6 pomocí rychlosti vibrací a parametry akustické emise. Výsledky byly zpracovány dvou- oceli 100Cr6 (MOGUL) a 100Cr6 (METANOVA). Z (obr. 6.42, 6.43) byl získán 10% kvantil trvanlivosti L 10 (tab. 6.2). Obr. 6.42 100Cr6 METANOVA Obr. 6.43 100Cr6 MOGUL LV 2-3 79
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.5.3 oceli 17MnCr5 Byla provedena 17MnCr5 (MOGUL) a výsledky trvanlivosti byly zpracovány dvou-parametrického Weibul 10. Obr. 6.44 MOGUL LV 2-3 6.5.4 Zhodnocení metod získání základní trvanlivosti V tabulce 6.2 jsou shrnuty hodnoty 10% kvantilu trvanlivosti L 10 a porovnán rozdíl L 10 ložiskové ocele 100Cr6 v mazivem MOGUL LV 2-3 a METANOVA). V Tab. 6.2 Porovnání základní trvanlivosti L 10 Vzorek Trvanlivost L 10 ( 10 6 cykl ) Trvanlivost L 10h (hod) Rozdíl (%) 100Cr6_MOGUL Vib. 6,031 6,937 100Cr6_MOGUL AE 4,241 4,878 100Cr6_METANOVA Vib. 20,332 23,386 100Cr6_METANOVA AE 16,454 18,926 17MnCr5_MOGUL Vib. 8,131 9,353 17MnCr5_MOGUL AE 8,542 9,825 29,68 19,07 4,80 80
VÝSLEDKY A DISKUZE 6.5.5 a y parametry AE komparovány s teplotou a rychlostí vibrací. [18]) a RMS. Z periodicky vzorkovaného signálu o délce 1s byla extrahována maximální amplituda, z spektrum pro porovnání parametru amplitudy chybové frekvence. Byl porovnán e v pro úplnost - informace o formujícím se defektu (kap. 6.1). Z kap. 6.1 byly vytipovány pro hodnocení kontaktního, která e [7], [33]. mocí hladiny vibrací, detekovali hodnotu. parametr poškození. V proto byla analyzována velikost amplitudy chybové frekvence, a pokud její hodnota dosáhla maxima s 6.6 6.6 této práci byly získány následující poznatky Byla metodika vyhodnocování pomocí amplitudy chybové frekvence s nými i defekty odpovídala jednotlivým fázím rozvoje poškození. Byl posouzen vliv maziva s, která mononukleární vrstvy, na parametry AE a detekc poškození. B vliv emise na trvanlivost kontaktu L 10, získané z úplných zkoušek trvanlivosti (20 zkoušených zatím publikováno. O viskozity maziva na parametry AE 81
7 7 V s využitím metody akustické emise prokalitelné,, ložiskové oceli 100Cr6 (14 N) a ložiskové oceli 17MnCr6 (14 vzhledem k rozsahu degradace povrchu. Nejlépe korelovala s velikostí defektu (0,01 mm 2 ) až B (0,18 mm 2 ) ní parametry (maximální výkyvu) rostli s byla nízká. Efektivní hodnota signálu dokázala rozlišit všechny rozdíly velikosti de (0,035 mm 2 ). Analýzou detekci kontaktního poškození. AE analyzovány na zkouškách trvanlivosti dvou výše z, (kritérium maxima a odstupu od šumu 20 %). AE byly zpracovány pomocí Weibullova dvou- byl porovnán vliv na základní trvanlivost L 10. U ložiskové oceli 100Cr6 se základní trvanlivost snížila v 5%. Tento vznikla v nižší tvrdosti povrchu vzorku). Byly provedeny zkoušky trvanlivosti s použitím maziva METANOVA F 1.5 s vysokotlakou (EP) Z AE neodpovídaly fázím kontaktní únavy použití maziva s [21]. v parametrech signálu byl shodný u všech zkoušek s tímto mazivem, proto je tento pokles v parametrech v faktorem parametry AE, v viskozita maziva. poškození je amplituda chybové frekvence, která je z V této práci byly korelovány parametry AE s rozsahem degradace, a odika hodnocení trvanlivosti s využitím metody akustické emise, 82
S Obr. 2.1 9 Obr. 1.2 emise [12] 10 Obr. 1.3 Praskavý signál (vpravo) a spojitý signál (vlevo) 11 Obr. 2.1 Proces vzniku kontaktní únavy materiálu [19] 12 Obr. 2.2 15 Obr. 2.3 trvanlivosti [30] 16 Obr. 2.4 závislosti na velikosti defektu [33] 17 Obr. 2.5 Vzorek po zkoušce 35 kn [35] (vlevo) a 20 kn [37] (vpravo) 18 Obr. 2.6 Porovnání paramet 18 Obr. 2.7 19 Obr. 2.8 20 Obr. 2.9 Vlnková transformace (morlet) signálu po 16 hodinách zkoušky [37] 20 Obr. 2.10 Schematický diagram systému zpracování dat [39] 21 Obr. 2.11 signálu [39] 22 Obr. 2.12 22 Obr. 2.13 z jednotlivých stádií s 23 Obr. 2.14 23 Obr. 2.15 Kontaktní poškození a odpovídající parametr AE [40] 24 Obr. 2.16 vrstvy [41] 25 Obr. 2.17 Absolutní energie AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] 25 Obr. 2.18 RMS signálu AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] 25 Obr. 2.19 Amplituda signálu AE ze vzorku bez bíle leptané vrstvy (vlevo) a s bíle leptanou vrstvou (vpravo) [41] 26 Obr. 2.20 (vpravo) [42] 27 Obr. 2.21 Amplituda [42] 28 Obr. 2.22 Absolutní energie [42] 28 Obr. 2.23 42] 28 Obr. 2.24 28 Obr. 2.25 Porovnání signálu AE s v základním mazacím tuku: a) 0,02 hm %, b) 0,2 hm %, c) 2 hm % 29 Obr. 2.26 Závislost maximální amplitudy signálu AE na velikost železa [46] 30 Obr. 2.27 Základní parametry AE v 31 Obr. 2.28 Obálka signálu [47] 33 Obr. 2.29 Projekce HT (1), reálná složka signálu (2), analytický signál (3), fázor v (4) [47] 33 Obr. 2.30 EI ze signálu akustické emise s náhodným šumem; L = 8,9 kn, S = 1 000 min -1 [48] 35 83
Obr. 2.31 36 Obr. 2.32 Detail d4 DWT ze signálu AE podmínky zkoušky (L1, S1, D1) [54] 37 Obr. 2.33 Analýza akustické emise za podmínek (L1, S1, D1) a signál AE; b) FFT spektrum; c) škálogram bez optimalizace; d) škálogram s optimalizací [54] 38 Obr. 5.1 Konstrukce zkušební stanice AXMAT II 42 Obr. 5.2 44 Obr. 5.3 Diskretizovaný model kontaktu (vlevo) a v 45 Obr. 5.4 45 Obr. 5.5 elastický model 46 Obr. 5.6 elasticko-plastický von Mises) 46 Obr. 5.7 elasticko-plastický model 47 Obr. 5.8 Geometrie zkušebního vzorku [58] 48 Obr. 5.9 49 Obr. 5.10 epelným zpracováním (1000x) 49 Obr. 5.11 Struktura materiálu 100Cr6 po martenzitickém kalení (250x) 50 Obr. 5.12 Struktura materiálu 100Cr6 po martenzitickém kalení (1000x) 50 Obr. 5.13 51 Obr. 5.14 Struktura materiálu 17MnCr5 po tepelném zpracování (500x) 51 Obr. 5.15 Systém na monitorování vzniku kontaktního poškození 53 Obr. 5.16 Sestava analyzátoru AE XEDO-IPL-AESWITCH [57] 54 Obr. 5.17 55 Obr. 5.18 Hit d 56 Obr. 5.19 56 Obr. 6.1 Závislost velikosti defektu 57 Obr. 6.2 58 Obr. 6.3 58 Obr. 6.4 59 Obr. 6.5 59 Obr. 6.6 60 Obr. 6.7 Hladina vibrací 60 Obr. 6.8 61 Obr. 6.9 bez defektu 62 Obr. 6.10 Frekve 62 Obr. 6.11 62 Obr. 6.12 63 Obr. 6.13 63 Obr. 6.14 Porovnání normalizované amplitudy chybové frekvence (FDV) 63 Obr. 6.15 bez defektu 64 Obr. 6.16 64 Obr. 6.17 64 Obr. 6.18 65 Obr. 6.19 Frek 65 Obr. 6.20 Záznam ze zkoušky vzorku 17MnCr5 zkouška N1 [67] upraveno 66 Obr. 6.21 Povrch vzorku 17MnCr5 po zkoušce N1 [67] 67 84
Obr. 6.22 67 Obr. 6.23 zkouška N1 68 Obr. 6.24 zkouška N1 68 Obr. 6.25 - zkouška N1 69 Obr. 6.26 Záznam ze zkoušky vzorku 17MnCr5 zkouška N2 [67] 69 Obr. 6.27 Povrch vzorku 17MnCr5 po zkoušce N2 [67] 70 Obr. 6.28 - zkouška N2 70 Obr. 6.29 hybové frekvence zkouška N1 an2 70 Obr. 6.30 Záznam ze zkoušky vzorku 100Cr6 zkouška N4 71 Obr. 6.31 -fre zkouška N4 72 Obr. 6.32 zkouška N4 72 Obr. 6.33 Povrch vzorku 100Cr6 po zkoušce N4 73 Obr. 6.34 Záznam ze zkoušky vzorku 100Cr5 zkouška N5 73 Obr. 6.35 - m vzorku zkouška N5 74 Obr. 6.36 Povrch vzorku 100Cr6 po zkoušce N5 74 Obr. 6.37 zkouška N4 a N5 75 Obr. 6.38 Trvanlivost kontaktu pro dva druhy maziv 76 Obr. 6.39 1.5 [59] 76 Obr. 6.40 upraveno 77 Obr. 6.41-77 Obr. 6.42 METANOVA 79 Obr. 6.43 MOGUL 79 Obr. 6.44 MOGUL 80 85
SEZNAM TABULEK SEZNAM TABULEK Tab. 1.1 Faktory posilující a oslabující intenzitu AE 10 Tab. 2.1 bodový kontakt 13 Tab. 2.2 liniový kontakt 14 Tab. 5.1 Technické parametry zkušební stanice 43 Tab. 5.2 44 Tab. 5.3 Parametry a výsledky analytického a num 44 Tab. 5.4 47 Tab. 5.5 Chemické složení oceli 100Cr dle EN ISO 683-17 48 Tab. 5.6 Chemické složení oceli 17MnCr5 dle EN ISO 683-17 48 Tab. 5.7 Charakteristické parametry plastického maziva MOGUL LV 2-3 52 Tab. 5.8 Charakteristické parametry mazacího tuku METANOVA F1.5 52 Tab. 5.9 Charakteristické parametry mazacího tuku RENOLIT DURAPEX EP2 52 Tab. 6.1 57 Tab. 6.2 Porovnání základní trvanlivosti L 10 80 86
SEZNAM POUŽITÝCH Z EHD elastohydrodynamický RCF Rolling Contact Fatigue AE akustická emise SA67 zkušební stanice pro zkoušky radiálních ložisek NDT Non-destructive testing (ndestruktivní zkoušení) FFT Fast Fourier Transform (rychlá Fourierova transformace) STFT Short-time Fourier Transform Krátkodobá Fourierova transformace RMS efektivní hodnota signálu ASL AXMAT R-MAT zkušební stanice pro zkoušky radiálních ložisek CTD-ROLL IE KU kurtosis CF Crest factor CWT spojitá vlnková transformace Ra SPM metoda rázových pu EI energetický index SNR odstup signálu od šumu SK Spectral kurtosis HT Hilbertova transformace HIT FDV frekvence defektu tná odchylka P maximální amplituda n L s -1 N k kontaktu 87
SEZNAM POUŽITÝCH ZDR [1] Strojírenství v EU. [online]. [cit. 2014-05-20]. Dostupný z WWW: <http://ec.europa.eu/enterprise/sectors/mechanical/index_cs.htm>. [2] McDERMOTT, T., Symposium 2011, Vibration Institute Piedmont Chapter. [online]. [cit. 2014-06-15]. Dostupný z WWW: <http://www.vibration.org>. [3] HARRIS, T. A. a KOTZALAS, M. N., Advanced Concepts of Bearing Technology. 5. vyd., Taylor & Francis, 2006. 368 s. ISBN: 978-0849371820. [4] BHADESHIA, H. K. D. H., Steels for bearings, Progress in Materials Science, Vol. 57, No. 2, Feb 2012, p. 268-435, ISSN 0079-6425, http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2011.06.002. [5] HORT, F. Využití metody akustické emise pro zp esn ní diagnostiky vzniku poškození radiálních ložisek. Brno: Vysoké u ení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 107 s. Vedoucí dizerta ní práce doc. Ing. Pavel Mazal, CSc. [6] Vývoj nové generace za zení s pokro ilou diagnostikou pro stanovení kontaktní degradace Fakulta strojního inženýrství, 2013. 73 s. Ing. Pavel Mazal, CSc. [7] MILLER, R., HILL, E., MOORE, P. AND TESTING, A.S.F.N. Acoustic emission testing. Edtion ed.: American Society for Nondestructive Testing, 2005. ISBN 9781571171061. [8] SHULL, P. Nondestructive evaluation: theory, techniques, and applications. Edtion ed.: M. Dekker, 2002. ISBN 9780824788728. [9] KOPEC, B. a kol. Nedestruktivní zkoušení materiál a konstrukcí. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 1. vyd., 2008. 571 s. ISBN: 978-80-7204-591-4. [10] teorie a praxe provozních kontrol konstrukcí. [online]. [cit. 2012-06-20]. Dostupný z WWW: < http://www.crr.vutbr.cz/system/files/brozura_06_1205.pdf>. [11] VLK, M.; FLORIAN, Z. Mezní stavy a spolehlivost (2007) [online]. [cit. 2012-05-20]. Dostupný z WWW: < http://www.zam.fme.vutbr.cz/~vlk/meznistavy.pdf >. [12] ROGERS, L. M. Structural and engineering monitoring by acoustic emission methods fundamentals and applications. Lloyd's Register Technical Investigation Department, 2001. [13] LOUTAS, T.H. a KOSTOPOULOS, V. Health monitoring of carbon / carbon, woven reinforced composites. Damage assessment by using advanced signal processing techniques. Part I: Acoustic emission monitoring and damage mechanisms evolution. Composites Science and Technology, Feb 2009, Vol. 69, No. 2, pp. 265-272. 88
SEZNAM POUŽITÝCH ZDR [14] AGGELIS, D. G., KORDATOS, E. Z., MATIKAS, T. E., Acoustic emission for fatigue damage characterization in metal plates, Mechanics Research Communications, Vol. 38, No. 2, March 2011, pp 106-110, ISSN 0093-641. [15] HAN, Z., LUO, H., CAO, J. AND WANG, H. Acoustic emission during fatigue crack propagation in a micro-alloyed steel and welds. Materials Science and Engineering: A, 2011, Vol. 528, No. 25-26, pp. 7751-7756. [16] ROBERTS, T., TALEBZADEH, M. Acoustic emission monitoring of fatigue crack propagation. Journal of Construct Steel Research, 2003; Vol. 59, No. 6 pp. 695 712. [17] HOLROYD, T. J. The application of AE in condition monitoring. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, Aug 2005, Vol. 47, No. 8, pp. 481-484, ISSN 1354-2575. [18] MORHAIN, A. a MBA, D. Bearing defect diagnosis and acoustic emission. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J-Journal of Engineering Tribology, 2003, Vol. 217, No. J4, pp. 257-272. [19] HALME, J.; ANDERSSON, P. Rolling contact fatigue and wear fundamentals for rolling bearing diagnostics-state of the art. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 2010, 224.4: 377-393. [20] HAMPSHIRE, J. M., NASH, J. V., a HOLLOX, G. E. Materials Evaluation by Flat Washer Testing, Rolling Contact Fatigue Testing of Bearing Steels, ASTM STP 771, J. J. C. Hoo, Ed., American Society for Testing and Materials, 1982, pp.46-66. 978-0-8031-0712-0. [21] STUPKA, K.. Brno: Vysoké u ení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, 1989. 123 s. Vedoucí dizerta ní práce doc. Ing. Dušan, CSc. [22] MICHALCZEWSKI, R. et al. A method for the assessment of the rolling contact fatigue of modern engineeering materials in lubricated contact. Transactions of FAMENA, 2012, vol. 36, no. 4, ISSN: 1333-1124. [23] BALDERSTON, H. L.; Incipient Failure Detection,The detection of incipient failure in bearings. Materials Evaluation, 1969, Vol 27, pp 121-128. [24] CATLIN Jr., J. B. The Use of ultrasonic diagnostic technique to detect rolling element bearing defects. Proceeding of Machinery and Vibration Monitoring and Analysis Meeting, Vibration Institute, USA, April 1983, pp. 123-130. [25] YOSHIOKA T. a FUJIWARA T. New acoustic emission source locating system for the study of rolling contact fatigue, Wear, 1982, Vol. 81, No. 1, pp. 183-186. 89
[26] YOSHIOKA T. a FUJIWARA T. Application of acoustic emission technique to detection of rolling bearing failure, American Society of Mechanical Engineers, Production Engineering Division publication PED, 1984, Vol. 14, pp. 55-76. [27] YOSHIOKA, I. a FUJIWARA, T. Acoustic Emission and Vibration in the Process of Rolling Contact Fatigue. Toraibojisto (J. Jpn. Soc. Tribol.). 1989, Vol. 34, No. 1, pp. 36-42. [28] YOSHIOKA, T. Detection of Rolling-Contact Subsurface Fatigue Cracks Using Acoustic-Emission Technique. Lubrication Engineering, Apr 1993, Vol. 49, No. 4, pp. 303-308. [29] YOSHIOKA, T.; MINORU, T. Clarification of Rolling Contact Fatigue Initiation using Acoustic Emission Technique. Lubrication Engineering, Vol. 51, No. 1, 1995, pp. 41-44. [30] YOSHIOKA, T; Diagnosis of Machinery using Acoustic Emission Techniques. Acoustic Emission-Beyond the Millennium, 2000, pp. 215-230, ISBN: 0444539158. [31] HAWMAN, M. W., GALINAITIS, W. S, Acoustic Emission monitoring of rolling element bearings, Proceedings of the IEEE, Ultrasonics symposium, 1988, pp. 885-889. [32] HOLROYD, T. J. a RANDALL, N., Use of Acoustic Emission for Machine Condition Monitoring, British Journal of Non-Destructive Testing, 1993, Vol. 35, No. 2, pp. 75-78. [33] CHOUDHURY, A; TANDON, N. Application of acoustic emission technique for the detection of defects in rolling element bearings, Tribology International, Vol. 33, No. 1, Jan 2000, pp. 39-45, ISSN 0301-679X, http://dx.doi.org/10.1016/s0301-679x(00)00012-8. [34] TANDON N., NAKRA B. C. Defect detection in rolling element bearings by acoustic emission method. Journal of Acoustic Emission, 1990, Vol. 9, No. 1, pp. 25 8. [35] ELFORJANI, M. a MBA, D. Detecting the onset, propagation and location of non-artificial defects in a slow rotating thrust bearing with acoustic emission. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, May 2008, Vol. 50, No. 5, p. 264-268, ISSN 1354-2575. [36] ELFORJANI, M. a MBA, D. Monitoring the onset and propagation of natural degradation process in slow speed rolling element bearing with acoustic emission. In: Journal of vibration and acoustics-transactions of the ASME.Vol. 130, No. 4, p. 14, ASME, USA, 2008, ISSN 1048-9002. [37] ELFORJANI, M. a MBA, D. Accelerated natural fault diagnosis in slow speed bearings with Acoustic Emission. Engineering Fracture Mechanics, Jan 2010, Vol. 77, No. 1, p. 112-127. [38] ELFORJANI, M. a MBA, D. Condition Monitoring of Slow-Speed Shafts and Bearings with Acoustic Emission. Strain, 2011, Vol. 47, No. 2, pp. 350-363. 90
SEZNAM POUŽITÝCH ZDR [39] RAHMAN Z., OHBA H., YAMAMOTO T. a YOSHIOKA T. A Study on Incipient Damage Monitoring in Rolling Contact Fatigue Process Using Acoustic Emission, Tribology Transactions, 2008, Vol. 51, No. 5, pp. 543-551. [40] RAHMAN Z., OHBA H., YOSHIOKA T., YAMAMOTO T., Incipient damage detection and its propagation monitoring of rolling contact fatigue by acoustic emission, Tribology International, Vol. 42, No. 6, June 2009, pp. 807-815, ISSN 0301-679. [41] GUO, Y. B.; DALE; SCHVACH, W. An experimental investigation of white layer on rolling contact fatigue using acoustic emission technique, In: International Journal of Fatigue, Vol. 27, 2005, p. 1051 1061. [42] WARREN, A.W. a GUO, Y.B. Acoustic emission monitoring for rolling contact fatigue of superfinished ground surfaces. International Journal of Fatigue, Apr 2007, Vol. 29, No. 4, p. 603-614. [43] MIETTINEN, J. a SALMANPERÄ, P. Acoustic Emission Monitoring of Grease Lubricated Rolling Bearings. In: Proceedings of the Comadem, 2000, USA, pp. 21-30, MFPT Society. [44] MIETTINEN, J. a ANDERSSON, P. Acoustic Emission of Rolling Bearings Lubricated with Contaminated Grease. Tribology International, 2000, Vol. 33, pp. 777-787. [45] FAN, Y. E.; SHI, Z.; HARRIS, G.; GU, F. a BALL, A. Monitoring the lubrication condition of rolling element bearings using the acoustic emission technique. In: ASME 8th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. American Society of Mechanical Engineers, 2006. p. 843-848. [46] TANDON, N.; RAMAKRISHNA, K. M.; YADAVA, G. S. Condition monitoring of electric motor ball bearings for the detection of grease contaminants. Tribology international, 2007, Vol. 40, No.1, pp. 29-36. [47] FELDMAN, M. Hilbert Transform Applications in Mechanical Vibration. 1. vyd., Wiley, 2011. 320 s. ISBN: 978-0-47097827-6. [48] AL-BALUSHI, K. R., ADDALI, A., CHARNLEY, B. a MBA, D. Energy Index technique for detection of Acoustic Emissions associated with incipient bearing failures. Applied Acoustics, Sep 2010, Vol. 71, No. 9, p. 812-821. [49] AL-BALUSHI, K. R, SAMANTA, B. Gear fault diagnosis using energybased features of acoustic emission signals. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers.Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2002;216(3):249-63. [50] EFTEKHARNEJAD, B., CARRASCO, M. R., CHARNLEY, B. a MBA, D. The application of spectral kurtosis on Acoustic Emission and vibrations from a defective bearing. Mechanical Systems and Signal Processing, Jan 2011, Vol. 25, No. 1, p. 266-284. 91
[51] EFTEKHARNEJAD, B. a MBA, D. Seeded fault detection on helical gears with acoustic emission. Applied Acoustics, Apr 2009, Vol. 70, No. 4, p. 547-555. [52] AL-DOSSARY, S., HAMZAH, R.I.R. a MBA, D. Observations of changes in acoustic emission waveform for varying seeded defect sizes in a rolling element bearing. Applied Acoustics, Jan 2009, Vol. 70, No. 1, p. 58-81. [53] AL-GHAMD, A. M. a MBA, D. A comparative experimental study on the use of acoustic emission and vibration analysis for bearing defect identification and estimation of defect size. Mechanical Systems and Signal Processing, Oct 2006, Vol. 20, No. 7, pp. 1537-1571. [54] HE, Y. Y., ZHANG, X. M. a FRISWELL, M. I. Observation of timefrequency characteristics of the acoustic emission from defects in rolling element bearings. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, Aug 2010, Vol. 52, No. 8, p. 412-418, ISSN 1354-2575. [55] PARAMO, MOGUL LV 2-3, [online]. [cit. 2014-06-15]. Dostupný z WWW: <https://eshop.paramo.cz/data/vyrobkovadokumentace/ti_mogul_ lv2_3_z1.pdf>. [56] METABOND, METANOVA F 1,5, [online]. [cit. 2014-06-15]. Dostupný z WWW: <http://www.metabond.cz/produkty/novaf15.html>. [57] FUCHS, RENOLIT EP 2, [online]. [cit. 2014-06-15]. Dostupný z WWW: <http://www.korb-schmierstoffe.de/datenblaetter/fuchs/produktdatenblatt/ FUCHS_Renolit_Duraplex_EP_2_2009-06.pdf>. [58] -IPL- AESWITCH. Praha: Dakel, 2011.. [59] ŠEMBERA, V. Experimentální studium vlivu maziv na trvanlivost valivých inženýrství, 2014. 42 s. [60] PRICE, E. D.; LEES, A. W. a FRISWELL, M. I. Detection of severe sliding and pitting fatigue wear regimes through the use of broadband acoustic emission, Proc. IMechE Vol. 219, Part J: Journal of Engineering Tribology, pp. 85-98, 2005. [61] EN ISO 683-17. Oceli pro tepelné zpracování, oceli legované a oceli automatové. Praha: ÚNMZ, 2002. [62] BS ISO 22096:2007. Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission. London: BSI, 2007. [63] EN 1330-9:2009. Nedestruktivní zkoušení - Terminologie - [64] EN 13554:2011. Nedestruktivní zkoušení - Akustická emise - Všeobecné zásady. Praha: ÚNMZ, 2011. [65] EN 13477-1:2002. Nedestruktivní zkoušení - Akustická emise - - 92
SEZNAM POUŽITÝCH ZDR [66] EN 13477-2:2011. Nedestruktivní zkoušení - Akustická emise - - charakteristiky. Praha: ÚNMZ, 2011. [67] Investigation of Rolling Contact Fatigue of Steels Using Acoustic Emission Method. INSIGHT, -669. ISSN: 1354-2575. DOI: http://dx.doi.org/10.1784/insi.2012.55.12.665. [68] The Importance of Acoustic Emission Method in the Evaluation of Durability of Rolling Contact. In 11th European Conference on NDT. Praha. 2014. [69] metody akustické emise pro zkoušky kontaktní únavy. In Defektoskopie 2014. 2014. Brno: VUT v -87. ISBN: 978-80-214-5035- 6. 93
PUBLIKACE AUTORA K DANÉ PROBLEMATICE PUBLIKACE AUTORA K DANÉ PROBLEMATICE Investigation of Rolling Contact Fatigue of Steels Using Acoustic Emission Method. INSIGHT, -669. ISSN: 1354-2575. DOI: http://dx.doi.org/10.1784/insi.2012.55.12.665 NOHÁL, L.; MAZAL, P. An Evaluation of Rolling Contact Fatigue of Metallic Materials using Acoustic Emission Method. Engineering Mechanics, ISSN: 1802- konferencí The Importance of Acoustic Emission Method in the Evaluation of Durability of Rolling Contact. In 11th European Conference on NDT. Praha. 2014 NOHÁL, L.; KOMENDA, L.; MAZAL, P. Využitelnost metody akustické emise v NDE for Safety/ Defektoskopie 2013. 2013. Brno: Vysoké -260. ISBN: 978-80-214-4799- 8. NOHÁL, L.; HORT, F.; MAZAL, P. An Experimental Study on Damage Monitoring of Rolling Bearings Using Acoustic Emission Method. In The Tenth International Conference on Condition Monitoring and Machinery Failure Prevention Technologies. Krakow: The British Institute of NDT, 2013. s. 1-9. ISBN: 978-1- 901892-37- 6. NOHÁL, L.; MAZAL, P.; HORT, F. Analysis of Surface Initiated Damage in Thrust Bearings with Acoustic Emission. In Proceedings 30th European Conference on Acoustic Emission Testing, 7th International Conference on Acoustic Emission. 2012. Granada, Spain: University of Granada, 2012. s. 114-1 (114-7 s.)isbn: 978-84-615-9941- 7. MAZAL, P.; NOHÁL, L.; VLAŠIC, F.; KOULA, V. Possibilities of the damage diagnostics of gearboxes and bearings with acoustic emissions method. In Proceedings - 18th World Conference on Non- Destructive Testing. 2012. Durban: ndt. net, 2012. s. 651-658. ISBN: 978-0-620-52872- 6. 94
: Klasifikace poškození ložisek definované ISO 15243 Metodika zkoušek kontaktní únavy plochého vzorku s využitím metody akustické emise : Výkres držáku vzorku CD 95
KLASIFIKACE POŠKOZENÍ LOŽISEK DEFINOVANÉ ISO 15243 PODPOVRCHOVÁ ÚNAVA KONTAKTNÍ ÚNAVA ÚNAVA HLOUBKOVÁ KOROZE KOROZE FRETTING STYKOVÁ KOROZE FALEŠNÝ BRINELLING ELEKTRICKÁ EROZE PLASTICKÁ DEFORMACE VTISKY Z MANIPULACE SILOVÉ PORUŠENÍ PORUŠENÍ INTEGRITY ÚNAVOVÉ PORUŠENÍ 96
METODIKA ZKOUŠEK KONTAKTNÍ ÚNAVY PLOCHÉHO VZORKU S VYUŽITÍM METODY AKUSTICKÉ EMISE OBSAH 1) 2) Provozní podmínky 3) Aparat 4) Požadavky na nastavení aparatury 5) 6) 7) Vyhodnocení zkoušky 8) Dokumentace 9) Literatura 1) kap. 5.1 2) Provozní podmínky Standard ky -1 a kap. 5.1. 3) ny: teplota, rychlost vibrací a signál akustické emise. Pro moni minutu. Pro monitorování vibrací musí být zvolen akcelerometr s 100 mv/g s ím rozsahem 2 až 10 80 750 khz 97
a pracovní teplotou do 150 C j s valivou dráhou. Sním Aparatura pro snímání akustické emise musí být schopna vzorkovat signál min. 16 hladin s od 50 do 800 z rozsahu signálu krok 50, vyhodnocované monitorovat parametr RMS. P signálu o délce 1s v intervalu 1 min pro zpracování chybové amplitudy obálky signálu, [64], [65], [66]. 4) Požadavky na nastavení aparatury - Nielsonova zdroje. Podle výsledku nás a zaznamenávání všech AE. musí odpovídat BS ISO 22096:2007. 5) Zkouška je provedena jako úpln žadovanou strukturu analýzám. [21] 6) a emise. Vzorek se umístí do držáku (51102 P6) s 21, s mm. 2 ±0,2 g plastického maziva. Pro každou zkoušku a V této fázi je také nutné zkontrolovat na 98
7) Vyhodnocení zkoušky Hrubé vyhodnocení se provádí z stanoví podle následující rovnice: = = 15 15 + Kde t i A A d odstup od provozního šumu (1 mm/s), V = > 0,0083 3 mm/s. Z a chybové frekvence získané z obálky filtrovaného signálu. Kritérium pro identifikaci defektu je maximální hodnota amplitudy chybové frekvence ve spektru a minimální odstup od šumu 20%. je nutné vyhodnotit základní parametry trvanlivosti dle Weibullova dvou- Po zkoušce musí být provedena vizuální kontrola vzhledu valivého kontaktu, maziva a povrch valivých drah prozkoumán optickým mikroskopem. 8) Dokumentace Protokol o zkoušce musí obsahovat následující informace: a. Identifikace zkoušky a zákazníka b. Identifikace zkoušeného materiálu 99
c. Odkaz na relevantní dokumenty d. Soupis použ e. Podmínky zkoušky f. g. Výsledky zkoušky h. Zhodnocení zkoušky i. Místo, datum zkoušky j. Jakékoliv odchylky v k. Jméno a podpis zkoušejícího 9) Literatura BS ISO 22096:2007. Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission. London: BSI, 2007. STUPKA, K. Brno: Vysoké u ení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, 1989. 123 s. Vedoucí dizerta ní práce doc. In Obr. 1 100