© RomBar 2008 pdt_i02_ver_01 1/4

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

LABORATORIUM DIAGNOSTYKI SYSTEMÓW

Instrukcja do ćwiczenia

02

ŁOśYSKA TOCZNE.

Wpływ stanu pracy i stanu technicznego na postać

emitowanego sygnału wibroakustycznego (WA)

Opracowanie:

Roman Barczewski

1. Wprowadzenie

Często zastanawiamy się jak ocenić stan techniczny lub stan pracy łożysk tocznych bez ich
demontażu. Możemy do tego celu zastosować pomiary i analizy hałasu i drgań emitowanych
podczas ich pracy. Rodzi się jednak pytanie co mierzyć i jakich pasmach częstotliwości.
Pamiętamy, że podczas wykonywania ćwiczenia nr 1, w którym badaliśmy wentylatory trudno
byłoby jednoznacznie określić jaka była przyczyna niekiedy nadmiernych drgań agregatu
(uszkodzone łożyska, a może niewyważony wirnik?). Miernik drgań, stosowany zgodnie z PN
ISO 10816) wyznaczał jedynie wartość skuteczną prędkości drgań w paśmie 10-1000 Hz. Czy
dla wiarygodnej oceny stanu technicznego łożysk to wystarczy?
W ramach tego ćwiczenia i samodzielnie wykonanych eksperymentów przekonamy się czy na
podstawie pomiarów w innych pasmach częstotliwości a może na podstawie innych wielkości i
zjawisk WA da się lepiej ocenić stan łożysk i nasza diagnoza będzie bardziej wiarygodna .

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest określenie na drodze eksperymentalnej, jakie miary sygnałów
wibroakustycznych (WA) i w jakich pasm częstotliwości najlepiej będą odzwierciedlać zmiany
stanu pracy i/lub stanu technicznego

1

łożysk tocznych.

W ramach eksperymentu będą analizowane sygnały drgań (prędkości i przyspieszeń)
rejestrowane na obudowie łożyska oraz hałas emitowany przez pracujące łożysko. Wyniki
pomiarów porównamy ze standardowymi pomiarami wartości skutecznej (RMS) prędkości drgań
w paśmie 10-1000 Hz.
Eksperyment polega na wykonaniu porównawczych pomiarów parametrów drgań i hałasu dla
dwóch łożysk znajdujących się w różnym stanie technicznym (nowe, bez defektów i używane).
Wariantowo w ramach eksperymentu może być badane to tylko jedno łożysko, ale
eksploatowane w różnych warunkach pracy (np. różne smarowanie, obciążenie itp).
Wariant eksperymentu zaproponuje prowadzący ćwiczenie.

2. Zakres badań

-

W

wykonywanym

ć

wiczeniu

istotna

jest

ocena

wrażliwości

miar

sygnałów

wibroakustycznych (WA), Innymi słowy, ocena jak poszczególne symptomy będą
reagowały na zmianę stanu technicznego/pracy łożyska tocznego. Wyznacznikiem
wrażliwości będzie krotność zmian. Im krotność będzie wyższa tym dana miara lepiej
będzie ukazywała zmianę stanu technicznego lub zmianę warunków pracy łożyska tocznego.

-

Zadaniem wykonującego ćwiczenie będzie wyciągnięcie wniosków na podstawie
przeprowadzonego eksperymentu i sprecyzowanie jakie miary sygnałów WA (drgań
/hałasu) i w jakim paśmie częstotliwości najlepiej odzwierciedlają zmiany stanu łożysk.

1

Przez stan pracy będziemy rozumieli parametry takie jak smarowanie łożyska, obciążenie, luz montażowy,

prędkość obrotową Stan techniczny natomiast będzie wynikał z defektów powstałych na etapie produkcji
oraz uszkodzeń powstałych lub rozwijających się na etapie eksploatacji

© RomBar 2008 pdt_i02_ver_01 2/4

W ramach eksperymentu należy wykonać analizę widmową przyspieszeń drgań trzy rodzaje
pomiarów.

ANALIZA WIDMOWA

Analizę wykonujemy dla łożysk w różnym stanie technicznym,a w przypadku badania
jednego łożyska dla dwóch wariantów pracy (np. obciążenia, smarowania itp). Wynik
analizy

widmowej

będzie

pomocny

w

ustaleniu

przez

eksperymentatorów

reprezentatywnych pasm pomiarowych przyspieszeń drgań

POMIARY DRGAŃ

a) wartości skutecznych prędkości drgań:

•

v

RMS, 1kHz

- pomiar wartości skutecznej (RMS) prędkości w paśmie 10-1000 Hz

(jest to pasmo normowe zgodnie z PN ISO 10816, stosowane dla ogólnej ceny
stanu pracy maszyn wirnikowych). W warunkach przemysłowych wykonywane
zazwyczaj przy pomocy uniwersalnych mierników drgań (stosowanych m.in. w
ć

wiczeniu nr 1)

•

v

RMS, 15Hzk

pomiar wartości skutecznej (RMS) prędkości drgań w paśmie od 10 Hz i

rozszerzonym paśmie pomiaru w zakresie wyższych częstotliwości aż do 15kHz

b) wartości skutecznych przyspieszeń drgań :

•

a

RMS 24kHz

pomiar wartości skutecznej (RMS) przyspieszeń w paśmie 10 Hz do

24kHz

•

a

RMS,.........kHz

pomiar wartości skutecznej (RMS) przyspieszeń w pasmach

częstotliwości zaproponowanych przez eksperymentatorów wynikających z
własnych obserwacji składu widmowego przyspieszeń drgań. Pasma można
również określić na podstawie własnych doświadczeń lub studiów literaturowych.
Układ pomiarowo-analizujący wykonuje w czasie rzeczywistym pasmową filtrację
sygnału i wyznacza wartości skuteczne przyspieszeń drgań w trzech niezależnych
pasmach pomiarowych. Filtry dolno i górno- przepustowe dla poszczególnych pasm
można płynnie przestrajać.

•

a

RMS, Total

wartość skuteczna (RMS) przyspieszeń wyznaczona łącznie dla

zaznaczonych przez eksperymentatorów pasm.

POMIARY HAŁASU

Pomiar

wykonujemy

miernikiem

poziomu

dźwięku

(lub

korzystamy

ze

zintegrowanego układu pomiarowo analizującego, patrz rys.4). Wyznaczamy tzw.
poziom dźwięku „A” w dB (decybelach). W mierniku powinna być włączona
charakterystyka częstotliwościowa „A”. Jest to specjalny filtr odwzorowujący
charakterystykę częstotliwościową ucha ludzkiego. Dzięki temu wskazania miernika
są w dużym stopniu zgodne z naszym subiektywnym odczuwaniem głośności
emitowanego przez łożysko hałasu.

3.

Obiekt badań
Obiektem badań jest łożysko toczne stożkowe CK 6 o następujących parametrach. Jest to
łożysko stosowane w kołach Fiata 126p.

parametr

oznaczenie

wartość

ś

rednica podziałowa

łożyska

D

38.4 mm

ś

rednica elementu

tocznego

D

6 mm

liczba elementów
tocznych

N

16

kąt pracy łożyska

α

55

o

© RomBar 2008 pdt_i02_ver_01 3/4

4.

Aparatura i wyposażenie niezbędne do wykonania ćwiczenia:

•

komplet podzespołów łożyska, oraz osprzęt do montażu i demontażu

•

stanowisko badawcze (część mechaniczna z jednostka napędową) (rys 1),

•

miernik poziomu dźwięku (sonometr)

•

Zintegrowany komputerowy układ pomiarowo analizujący (rys 2).

Rys.1. Stanowisko badawcze część mechaniczna

Rys 2. Przedwzmacniacz oraz PC z oprogramowaniem

Fot.3. Przedwzmacniacz NEXUS B&Koraz przetwornik

ADC (VIB DAQ2+)

Fot.4. Ustawienie mikrofonu w odległości 5 cm od

końca wału

5. Przebieg ćwiczenia

a)

Zapoznać się z torem pomiarowym zamieścić w raporcie z badań schemat połączeń.

b)

Odnotować rodzaj i typy stosowanej aparatury

c)

Wybrać dwa łożyska (A/B) w różnym stanie technicznym, dokonać oględzin, stanu
technicznego i odnotować spostrzeżenia w raporcie. (Ustalić różne parametry pracy w
przypadku badania jednego łożyska odnotować warianty pracy raporcie jako A/B).

d)

Zamontować łożysko w stanowisku obciążyć obciążnikiem, uruchomić silnik.

e)

Wykonać analizę widmową i ustalić pasma pomiarów przyspieszeń drgań.

f)

Naszkicować postać widma przyspieszeń w raporcie.

g)

Wykonać komplet pomiarów dla pierwszego łożyska.

h)

Zamontować drugie łożysko lub zmienić warunki pracy łożyska.

i)

Wykonać analizę widmową i komplet pomiarów dla pierwszego łożyska.

j)

Wyniki pomiarów i analiz zamieścić w tabeli.

k)

Wyznaczyć krotność zmian mierzonych parametrów (wzory 1 i 2).

l)

Wyniki zilustrować graficznie.

m)

Przeprowadzić wnioskowanie na podstawie uzyskanych wyników eksperymentu.

© RomBar 2008 pdt_i02_ver_01 4/4

4.

Wymogi bezpieczeństwa:

•

W celu uniknięcia zatarcia łożysk ślizgowych należy okresowo dokonywać smarowania
węzła smarem stałym.

•

Stanowisko nie jest przystosowane do pracy długotrwałej. Uruchamiać jedynie w celu
dokonania pomiarów.

6.

Zagadnienia kontrolne.

•

Opisać typowe defekty występujące w łożyskach tocznych i przyczyny ich powstawania.

•

Scharakteryzować fazy degradacji łożyska tocznego.

•

Metody diagnozowania łożysk tocznych wymienić i w kilku słowach opisać na czym
polegają).

7.

Literatura uzupełniająca

[1]

Radkowski S. Diagnozowanie łożysk tocznych, w książce „Inżynieria Diagnostyki
Maszyn”, PTDT 2004, rozdział R1 str. 525-544

[2]

Cempel C., Tomaszewski F., Diagnostyka Maszyn” Zasady ogólne” przykłady
zastosowań rozdz. 1,6,10

[3]

Cempel C., Wibroakustyczna diagnostyka Maszyn ,Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej 1985.

8. Przydatne wzory:


Krotność zmian dla pomiarów drgań

L

RMS

H

RMS

u

u

K

,

,

=

(1)

gdzie:

u

RMS,H

– wartości skuteczne przyspieszeń lub prędkości dla łożyska charakteryzującego się

wyższymi wartościami drgań

u

RMS,L

– wartości skuteczne przyspieszeń lub prędkości dla łożyska charakteryzującego się

niższymi wartościami drgań

Krotność zmian dla pomiarów hałasu

20

10

L

K

∆

=

(2)

gdzie: ∆L - wzrost poziomu dźwięku w [dB]