Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wybrane aspekty prognozowania trwałości łożysk tocznych

Libera M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2018

|

T. 29, nr 1

77--86

PL

Jednym z najważniejszych kryteriów oceny jakości wyrobów przez użytkowników jest ich niezawodność, a więc zdolność do spełniania swych funkcji w określonym czasie. Poziom niezawodności można zwiększać poprzez skrócenie tego czasu (np. resursu międzyobsługowego), przewymiarowanie węzła lub zmniejszenie rozrzutu trwałości wyrobów. Problem rozrzutu trwałości w szczególny sposób dotyczy elementów maszyn, w przypadku których zdatność do dalszej eksploatacji zależy w dużym stopniu od zmęczenia powierzchniowego. Do elementów takich należą przede wszystkim łożyska toczne, koła zębate i prowadnice. Analiza wyników badań trwałości łożysk tocznych, a także informacje zamieszczane w publikacjach naukowych skłaniają do wniosku, że mimo iż łożyska toczne znajdują bardzo szerokie zastosowanie w budowie maszyn, ich potencjał jest tylko w niewielkim stopniu wykorzystywany, co wynika z ogromnego rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej. W artykule omówiono zjawisko zmęczenia powierzchniowego i stwierdzono, że rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej jest w dużym stopniu zdeterminowany uchwytnymi (mierzalnymi) czynnikami konstrukcyjnymi, technologicznymi i eksploatacyjnymi. Następnie opisano procedury obliczania trwałości łożysk tocznych proponowane przez normę ISO 281 oraz przez producentów łożysk, wskazano na związek procedur obliczeniowych z rozrzutem trwałości oraz wykazano niedoskonałości tych metod. Zwrócono uwagę, iż mimo rozwoju technologii wytwarzania łożysk tocznych, przyjęta w obliczeniach wartość rozrzutu trwałości łożysk nie zmieniła się od kilkudziesięciu lat (B = 1,5).

EN

One of the fundamental criteria of user assessment of product quality is the reliability i.e. the capability of performing its functions in a specified time. The level of reliability can be increased by reducing this time (e.g. maintenance intervals), resizing of the rolling pair or reducing the product reliability scatter. The problem of reliability scatter particularly pertains to the components of machines whose further worthiness heavily depends on surface fatigue. Such components are roller bearings, toothed wheels and guides. The analysis of the results of roller bearing durability investigations as well as information provided in scientific publications, forces a conclusion that, despite the fact that roller bearings are widely applied in machine design, their potential is utilized only to a limited extent, which results from the extremely wide scatter of surface fatigue strength. The paper discusses the phenomenon of surface fatigue and concludes that the scatter of the surface fatigue strength is heavily determined by the measurable design, technology and operation related factors. The paper describes the procedures of calculation of the life of roller bearings as proposed by the ISO 281 standard and the manufactures of bearings. The author draws attention to a connection of the calculation procedures with the life scatter and points to the imperfection of these methods. The author also points to the fact that, despite the advancement of the bearing manufacturing technologies, the life scatter assumed in the calculations has not changed for decades (B = 1,5).

2

Wykorzystanie istniejących teorii zmęczenia powierzchniowego do prognozowania trwałości złożonych węzłów tocznych

Warda B.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2009

|

Z. 386

3-159

PL

W licznych parach kinematycznych wchodzących w skład maszyn i urządzeń występuje tarcie toczne albo tarcie toczne z niewielkim udziałem tarcia ślizgowego, a obciążenie oraz warunki smarowania współpracujących elementów sprzyjają wytworzeniu w obszarach styku elastohydrodynamicznego filmu olejowego. Typowym przykładem takiego węzła jest łożysko toczne. Podobne pary kinematyczne występują w mechanizmach krzywkowych oraz w przekładniach wykorzystujących w układzie przenoszenia mocy zazębienie o specjalnym zarysie - np. w obiegowych przekładniach cykloidalnych. Główną postacią zużycia wymienionych wyżej węzłów, złożonych tocznych jest zużycie zmęczeniowe, a do prognozowania ich trwałości można wykorzystać istniejące teorie zmęczenia powierzchniowego. Prognozowanie trwałości zmęczeniowej nie byłoby możliwe bez znajomości stanu wytężenia materiału współpracujących elementów tocznych. Rozprawa poświęcona jest metodyce wyznaczania rozkładów obciążeń, nacisków i naprężeń podpowierzchniowych w złożonych węzłach tocznych, w szczególności charakteryzujących się występowaniem w stykach współpracujących elementów niehertzowskich rozkładów nacisków. Przedstawiono również numeryczne metody prognozowania trwałości zmęczeniowej złożonych węzłów tocznych, oparte na modelu Lundberga i Palmgrena. Model matematyczny, przyjęty w algorytmach służących do analizy stanu obciążenia węzłów tocznych, pozwala ująć w obliczeniach prognozowanej trwałości wpływ lokalnych zmian naprężeń podpowierzchniowych w stykach współpracujących elementów, dzięki czemu może uwzględnić wiele czynników pomijanych w metodach inżynierskich. Opracowaną metodykę zastosowano w numerycznych metodach obliczania prognozowanej trwałości zmęczeniowej: - promieniowego łożyska walcowego, - zazębienia obiegowej przekładni cykloidalnej, - mechanizmu krzywkowego z rolkowym popychaczem liniowym. Metodyka wyznaczania rozkładów obciążeń, nacisków i naprężeń podpowierzchniowych w promieniowym łożysku walcowym i programy komputerowe, zbudowane w oparciu o tę metodykę, pozwalają uwzględnić w obliczeniach dowolny rodzaj korekcji tworzących części tocznych i bieżni, umożliwiając przy tym dobór najkorzystniejszych wartości jej parametrów. Pozwalają także na przewidywanie trwałości zmęczeniowej łożyska walcowego poddanego złożonemu obciążeniu. Możliwe jest również określenie wpływu na trwałość nierównoleglości osi pierścieni łożyska oraz luzu promieniowego w łożysku, zarówno dla łożyska obciążonego siłą promieniową, jak i dla łożyska przenoszącego obok obciążenia promieniowego także obciążenie osiowe. Opisana metodyka znalazła również zastosowanie do prognozowania trwałości zmęczeniowej nietypowych łożysk tocznych, jakimi są łożyska centralne w obiegowej przekładni cykloidalnej. Metody obliczeniowe oraz programy komputerowe służące do prognozowania trwałości zazębienia przekładni cykloidalnej charakteryzują się takimi samymi możliwościami, jak metody i programy zastosowane dla promieniowego łożyska walcowego. W obliczeniach naprężeń decydujących o zmęczeniu materiału możliwe jest uwzględnienie korekcji tworzących zębów koła obiegowego lub rolek koła nieruchomego oraz nierównoległości tworzących rolki i zęba. Opracowane programy komputerowe znalazły zastosowanie przy prognozowaniu trwałości zmęczeniowej zazębienia prototypu obiegowej przekładni cykloidalnej wykonanego w OBRDiUT „DETRANS" w Bytomiu. Obliczenia przeprowadzono zarówno dla nominalnego, korygowanego zarysu uzębienia koła obiegowego, co pozwoliło sporządzić charakterystyki trwałości zazębienia w funkcji jej obciążenia, jak i dla rzeczywistego uzębienia kół obiegowych, wykonanych dla potrzeb badań eksperymentalnych. Umożliwiło to zbadanie wpływu, jaki na trwałość uzębienia ma nierównomierne obciążenie poszczególnych zębów koła obiegowego. Porównanie wyników obliczeń dla nominalnego zarysu uzębienia z wynikami dla kół rzeczywistych pozwala stwierdzić, że podczas prognozowania trwałości zmęczeniowej łożyska centralnego oraz zazębienia przekładni można oprzeć się na wartościach sił obliczonych dla teoretycznego zarysu uzębienia. Możliwości metodyki oraz programów komputerowych służących do projektowania mechanizmu krzywkowego oraz prognozowania jego trwałości zmęczeniowej zaprezentowano na przykładzie mechanizmu krzywkowego bidła krosna tkackiego. Obliczenia wykonano dla różnych wariantów zarysu tworzących rolki popychacza oraz wzajemnego przechylenia współpracujących elementów. Ich wyniki wykazały celowość stosowania korekcji tworzących powierzchni bieżnej rolki popychacza, pozwalającej zlikwidować spiętrzenia nacisków obniżające trwałość zmęczeniową. Poprawność algorytmów służących do wyznaczania obciążeń i prognozowanej trwałości zmęczeniowej złożonych węzłów tocznych poddano doświadczalnej weryfikacji. Obiektem badań była obiegowa przekładnia cykloidalna. Najważniejszym celem badań było przetestowanie stanowiska badawczego i przyjętej metodyki badań. Eksperyment przeprowadzono na stanowisku badawczym dostosowanym do badań prototypu obiegowej przekładni cykloidalnej. Zrealizowano trzy cykle wstępnych badań trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych przekładni cykloidalnej - każdy z nich przy innym, stałym obciążeniu. Zmierzone wartości trwałości uzębienia kół obiegowych nie wykraczają poza granice określone przez umowną trwałość L10 oraz L90, których wartości obliczono za pomocą opracowanej numerycznej metody prognozowania trwałości zazębienia. Przedstawione w rozprawie, numeryczne metody analizy stanu obciążenia węzłów tocznych pozwalają, przy wykorzystaniu istniejących teorii zmęczenia powierzchniowego, na precyzyjniejsze niż dotychczas prognozowanie trwałości, zarówno łożysk tocznych, jak i węzłów, w których występują pary toczne o złożonym kształcie współpracujących powierzchni.

EN

In plenty of kinematic pairs, being the parts of machines and devices, the rolling friction or the rolling friction with inconsiderable effect of the slide friction occurs and the load as well as lubrication conditions of mating elements are conductive to create the elastohydrodynamical oil film inside the contact areas. The rolling bearing is a typical example of such a rolling couple. Similar kinematic pairs exist in cam mechanisms and in gears making use of meshing of a special tooth profile in the power transmission system, for example in Cycle gears. The fatigue wear is the main wear form of the complex rolling couples mentioned above. For the forecasting theirs durability existing theories of surface fatigue can be used. Forecasting of the fatigue life would not be possible without the knowledge of the effort state of material of the mating rolling elements. Dissertation describes the methodology of determining of distribution of the load, pressure and subsurface stresses into the complex rolling couples, in which there exist distribution of non hertzian pressure in the contact areas of mating elements. Numerical methods of forecasting fatigue life of the complex rolling couples based on Lundberg and Palmgren models had been described. Mathematical model taken in algorithms used for analyzing the state of the load of the rolling couples enables to formulate the influence of the local changes of subsurface stresses in contact area of mating elements and plenty of factors neglected in engineer's methods can be taken into consideration. Methodology has been used in numerical methods of calculation of forecasting fatigue life of: - radial cylindrical roller bearing - Cyclo gear meshing - cam mechanism with linear roller follower. Methodology of determining distribution of the load, pressure and subsurface stresses in radial cylindrical roller bearing, well as computer programs created on the base of this methodology, enable to take into consideration an optional kind of generators correction of the rolling elements and the bearing race, enabling the choice of the most advantageous values of its parameters. It makes it possible to forecast fatigue life of a radial cylindrical roller bearing carrying the complex load. It is also possible to determine the influence of misalignment of the bearing rings and of radial clearance of a bearing loaded by the radial force, as well as for the bearing loaded by the radial and axial forces on durability. Described methodology has been used for forecasting fatigue durability of unconventional rolling bearings such as central bearings in the Cyclo gear. Calculation methods and computer programs used for forecasting durability of meshing of Cyclo gear have the same possibilities as methods and programs used for radial cylindrical roller bearing. In calculations of stresses determining the fatigue of material it is possible to take into consideration the correction of tooth generators of planetary wheel and rollers of the mating wheel and non-parallelism of tooth and roller generators. Computer programs have been used for forecasting fatigue life of prototype meshing of the Cyclo gear made in DETRANS in Bytom. Calculation was made for nominal corrected profile of toothing of a planet wheel, what enabled to prepare characteristics of durability of meshing in the function of the load, as well as the real toothing of planetary wheels made for the experimental research. It make it possible to examine the influence of non-uniform load of each tooth of the planetary wheel on the durability of meshing. Comparing results of calculation for the nominal toothing profile and the results for the real wheels enables to state, that during forecasting fatigue life of the central bearing and meshing of the Cyclo gear it is possible to relay on values of the forces calculated for theoretical toothing profile. Possibilities of methodology and computer programs used for designing cam mechanism and forecasting fatigue life has been presented on example of cam mechanism of the batten weaving loom. Calculation was done for different profiles of the generating lines of the roller follower and mutual tilt of mating elements. The results showed the sense of purpose of correction of the generators of the track surface of the roller follower, enabling to eliminate the stress concentration decreasing the fatigue life. The correctness of algorithms used for determining the load and forecasting fatigue life of the complex rolling elements has been verified experimentally. The Cyclo gear has been examined. The most important aim of the research was testing the research stand and the methodology of the research. Experiment has been carried out on the research stand for testing prototype of the Cyclo gear. Three cycles of the preliminary research of the fatigue durability of the rolling couples of Cyclo gear has been realized, each of them under different steady load. The measured values of durability of teeth of planetary wheels are in the range defined through the limits of the basic rating life at 90% realibility (L10) and at 10% realibility (L90), which values for each load and lubrication conditions of the Cyclo gear has been calculated by the aid of numerical method of forecasting of durability of meshing. Presented in dissertation the numerical methods of analysis of the loading of the rolling couples enable for the more precise than hitherto forecasting the durability of the rolling bearings, as well as rolling couples of complex shape of mating surfaces.

3

3D fracture mechanics investigation on surface fatigue crack propagation

Shen H., Guo W., Lu G.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2009

|

Vol. 14, no 4

1127-1138

EN

Surface fatigue crack propagation is the typical failure mode of engineering structures. In this study the experiment on surface fatigue crack propagation in 15 MnVN steel plate is carried out and the crack-shape and propagation life are obtained. With the concept of "equivalent thickness" brought into the latest 3D (three dimensional) fracture mechanics theory, one closure model applicable to 3D fatigue crack is put forward. By using the above 3D crack-closure model, the shape and propagation life of surface fatigue crack in 15 MnVN plates are predicted. The simulative results show that the 3D fracture mechanics based closure model for 3D fatigue crack is effective.

4

Wpływ warunków pracy elementów poddawanych cyklicznym obciążeniom stykowym na rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej

Libera M., Piekoszewski W., Waligóra W.

Tribologia

|

2005

|

nr 3

205-215

PL

W prezentowanej pracy zawarto wstępne wyniki badań zmierzających do ustalenia wpływu warunków pracy elementów poddawanych cyklicznym obciążeniom stykowym na rozrzut ich trwałości. Oceny tego wpływu dokonano poprzez analizę wyników badań trwałości wałeczków współpracujących z trzema pierścieniami łożyska walcowego oraz kulek na aparacie czterokulowym. W pierwszym z tych przypadków między współpracującymi elementami występowało tarcie płynne, natomiast w drugim tarcie mieszane. W rezultacie analizy wyników badań stwierdzono, że zwiększanie oporów tarcia powoduje zmniejszenie rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej.

EN

Rolling contact fatigue is characterized by large spread (scatter), which is a problem for designers and users of machine elements. Many factors can have an influence on rolling contact fatigue life spread. The surface fatigue life can be dependent on constructional, technological and operational factors. In this paper were presented preliminary results of investigation aim at finding the influence of operational conditions on rolling contact fatigue life scatter of machine elements. The estimation this influence on the basis of investigation results of rollers and balls bearing carried out. Bearing rollers were tested on special stand when one roller work with three inner ring. Balls were tested on four-ball tester. In the consequence it was stated that the lubrication conditions influences on rolling contact fatigue life spread - increase frictional resistance produces decrease spread.

5

Propozycja modelu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej uwzględniającego jej rozrzut

Libera M.

Tribologia

|

2005

|

nr 3

193-204

PL

Artykuł należy do grupy prac zmierzających do ustalenia przyczyn ogromnego rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej łożysk tocznych. Zaprezentowano w nim analizę wpływu czynników występujących w opracowanym uprzednio modelu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej na jej rozrzut. W efekcie analizy ustalono ranking parametrów, których zmienność wartości ma największy wpływ na rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej. Ranking umożliwia ukierunkowanie prac technologicznych, zmierzających do utworzenia optymalnej warstwy wierzchniej, w której zachodzą zjawiska zmęczenia powierzchniowego.

EN

In this work was presented the proposition of mathematical model of surface fatigue life created on the basis of the investigation of roller bearings NU309. Many factors can have an influence on surface fatigue life. Even if the considerations were limited to factors connected with surface layer the analysis have to included both roughness as well as physical properties. Moreover the surface fatigue life can be dependent on mean values or variability of these parameters. In this paper for estimation the influence of some surface layer parameters on surface fatigue life was application the correlation analysis, the factor analysis, the rough sets theory and multiple regression. In the consequence the equation which partly explains the spread of surface-fatigue life was proposed. On the basis this equation the ranking of surface layer parameters which influences on life scatter (spread) was shown.

6

Badania wpływu mikronaprężeń w warstwie wierzchniej na powierzchniową trwałość zmęczeniową

Waligóra W., Libera M.

Tribologia

|

2001

|

nr 4

863-873

PL

W pracy zawarto wyniki badań wpływu mikronaprężeń na powierzchniową trwałość zmęczeniową wałeczków łożyskowych. Za miarę mikronaprężeń przyjęto połówkową szerokość linii dyfrakcyjnej FWHM po odpowiednich pomiarach dyfraktometrem rentgenowskim. Stwierdzono, że istnieje korelacja między powierzchniową trwałością zmęczeniową elementów maszyn a naprężeniami kompensującymi się. w lokalnych obszarach cienkich warstw podpowierzchniowych tych elementów, a więc mikronaprężeniami. Opisuje ją regresja prostoliniowa.

EN

In this paper, the results of investigation of microstresses influence on surface fatigue life are presented. As the microstresses measure, the half width of diffraction line (FWHD) was adopted. Stresses by X-ray method were measured. In the result of presented investigations it was demonstrated, that exists a correlation between machine components surface fatigue life and stresses locally compensated within material, it means by microstresses.

7

Analiza wpływu rozrzutu wartości parametrów warstwy wierzchniej na rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej elementów łożysk tocznych

Waligóra W., Libera M., Pawełczyk K., Nowicki W., Woźniak D.

Problemy Eksploatacji

|

2000

|

nr 2

431-440

PL

W pracy przedstawiono genezę projektu badawczego, jego cel i zakres badań oraz wstępną analizę uzyskanych wyników wraz z zamierzeniami dotyczącymi dalszych badań wymaganych do jego pełnej realizacji. Projekt ten ma zweryfikować hipotezę o istnieniu wpływu rozrzutu wartości parametrów warstwy wierzchniej poszczególnego elementu łożyska walcowego na rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej tych elementów. W dotychczas zrealizowanych badaniach wykazano, że istnieje znaczny rozrzut wartości parametrów warstwy wierzchniej w różnych obszarach tej warstwy tak jednego wałeczka jak i między wałeczkami. Korzystając z wyznaczonych zależności między trwałością wałeczków a wartością ich naprężeń własnych oraz parametru chropowatości Ra przypisano poszczególnym obszarom wałeczka odpowiednie trwałości. Stosując własny program komputerowy wykazano, że tak obliczone trwałości podlegają rozkładowi Weibull'a, a więc wykazano, że istnieje wpływ rozrzutu wartości parametrów na rozrzut trwałości zmęczeniowej badanych wałeczków. Aktualnie realizowane są dalsze prace zmierzające do końcowego opracowania tego projektu badawczego.

EN

The genesis of research project, its aim and tests scope as well as results analysis and intention concerning further research needed for its full realisation were presented in the paper. The project is to verify the assumption of existing an influence of surface layer parameters spread of particular roller bearing elements upon surface fatigue life of these elements. In the up to the present made tests it was shown that sensible spread of parameters values of surface layer exists. It was stated in different areas this layer in the same roller and between them. Using stated dependencies of roller fatigue life upon the residual stresses values and roughness parameters Ra, appropriate fatigue life values were attributed to particular roller areas. Using the own computer programme it was proved that fatigue life values, calculated in such a way are under the Weibul's distribution, it means that influence of parameters values spread on fatigue life of roller tested exists. At the moment the further works aimed at final working out this research project are carried on.