< Terug naar vorige pagina
Project
On-line levensduurvoorspelling voor dynamisch belaste constructies
Als een van de meest kritische componenten in de machinebouw, is de goede werking van wentellagers meestal essentieel voor het functioneren vanmachines. Wentellagers maken dan ook al meer dan 100 jaar het onderwerpvan vele studies uit. Dit werk onderzoekt twee aspecten. Vooreerst wordt het dynamisch gedrag bestudeerd. De studie benadrukt de invloed van desmeerfilm op de lagerdynamica. Vervolgens wordt de levensduur bestudeerd. De studie bespreekt de invloed van een externe dynamische belasting op de vorming van de smeerfilm en op slijtage van de loopvlakken.
Het dynamisch gedrag en de levensduur van een lager worden experimenteelonderzocht met een innovatieve en veelzijdige testopstelling. De eerstebijdrage van het voorgestelde werk bestaat uit de ontwikkeling van dezeopstelling. De testopstelling is binnenshuis ontworpen en gebouwd, en wordt gekenmerkt door drie unieke eigenschappen. Ten eerste, verschillende types en groottes van lagers kunnen worden getest. Hiervoor wordt het testlager gemonteerd in een modulaire structuur bestaande uit een hulpasen een bus. Ten tweede, een multi-axiale statische en dynamische belasting kan worden uitgeoefend op het lager. De lagerkracht wordt gecontroleerd in de radiale en axiale richting en heeft een statische en dynamische component in beide richtingen. Ten derde, de opstelling laat simultanemeting van de lagerbeweging, de lagerdynamica en het gedrag van de smeerfilm toe. Relaties tussen de verschillende metingen kunnen experimenteel worden afgeleid. De lagerbeweging wordt gemeten in de radiale, axiale en tilt richting, vrij van storingen door de omringende structuur. De lagerdynamica wordt geïdentificeerd in een frequentiegebied beneden de resonanties van de structurele flexibele modes. Het gedrag van de smeerfilmwordt bestudeerd op basis van de elektrische weerstand van het lager.
Voor de studie wordt een enkelrijig groefkogellager als testlager gebruikt. De lagerbeweging, het gedrag van de smeerfilm en de kooislip worden onderzocht bij verschillende operationele condities van het lager. Dit gebeurt op basis van technieken die in de meeste machines toegepast kunnen worden: meting van de radiale lagerverplaatsing en de elektrische weerstand van het lager. Duidelijke trends met betrekking tot delagerkracht, de temperatuur en de snelheid worden bekomen. Zuivere analyse van de lagerbeweging en de kooislip bewijst de precieze werking van de testopstelling. De meting van de elektrische weerstand toont de vorming van de smeerfilm bij toename van de lagersnelheid. Schatting van de smeerfilmdikte op basis van de elektrische weerstand wordt gevalideerd met behulp van een analytisch model. Het verkennen van de mogelijkheden omeenvoudig en nauwkeurig de lagerbeweging, de kooislip en het gedrag vande smeerfilm te bestuderen is de tweede bijdrage van dit werk.
Accurate kennis van de dynamische lagereigenschappen is essentieel tijdens het ontwerp van vele roterende machines. Ze bepalen ondermeer de kritische snelheden en de krachten doorheen de verschillende componenten. Ditwerkonderzoekt twee dynamische eigenschappen van het testlager: de radiale stijfheid en demping in de richting van de statische kracht. Variatie van de lagertemperatuur toont de invloed van de viscositeit van de smeerfilm op de geïdentificeerde stijfheid en demping. Variatie van de lagersnelheid toont de invloed van de vorming van de smeerfilm op de geïdentificeerde stijfheid en demping. In de literatuur worden zulke relaties tussen het gedrag van de smeerfilm en de dynamische eigenschappen niet beschreven. Het aantonen van deze relaties wordt gezien als de derde bijdrage van deze studie. Bij numerieke analyse van lagersystemen helpen de resultaten om het belang in te schatten van het modelleren van de smeerfilm.
Precieze voorspelling van de levensduur van wentellagers is een cruciale stap naar een betrouwbaar ontwerp van vele roterende machines. Bij sterk wisselend belaste lagers wordt een significante reductie van de werkelijke levensduur ten opzichte van de klassiek berekende levensduur waargenomen. Dit werk onderzoekt het effect van een externe dynamische belasting op de vorming van de smeerfilm en op slijtage van de loopringen. Bij introductie van een radiale of axiale excitatie op het testlager volgt de smeerfilmdikte de opgelegde veranderingen van de kracht. Verhoging van het metallisch contact of het openbreken van de smeerfilm wordt niet gedetecteerd. Bij axiale excitatie vindt er wel een afschuivingtussen oneffenheden van de rakende oppervlakken plaats. Versnelde levensduurtesten onder hoge axiale dynamische belasting vertonen polijsting van de hoonstructuur van de loopringen. Dit wordt reeds gezien na 0.5% van de L10 levensduur. Het effect van dynamische excitaties op de smeerfilm is niet beschreven in de literatuur, zodat het aantonen ervan wordt beschouwd als de vierde bijdrage van dit werk. Tot slot promoot de studie verder onderzoek naar slijtage van de loopvlakken door een externe dynamische belasting.
Het dynamisch gedrag en de levensduur van een lager worden experimenteelonderzocht met een innovatieve en veelzijdige testopstelling. De eerstebijdrage van het voorgestelde werk bestaat uit de ontwikkeling van dezeopstelling. De testopstelling is binnenshuis ontworpen en gebouwd, en wordt gekenmerkt door drie unieke eigenschappen. Ten eerste, verschillende types en groottes van lagers kunnen worden getest. Hiervoor wordt het testlager gemonteerd in een modulaire structuur bestaande uit een hulpasen een bus. Ten tweede, een multi-axiale statische en dynamische belasting kan worden uitgeoefend op het lager. De lagerkracht wordt gecontroleerd in de radiale en axiale richting en heeft een statische en dynamische component in beide richtingen. Ten derde, de opstelling laat simultanemeting van de lagerbeweging, de lagerdynamica en het gedrag van de smeerfilm toe. Relaties tussen de verschillende metingen kunnen experimenteel worden afgeleid. De lagerbeweging wordt gemeten in de radiale, axiale en tilt richting, vrij van storingen door de omringende structuur. De lagerdynamica wordt geïdentificeerd in een frequentiegebied beneden de resonanties van de structurele flexibele modes. Het gedrag van de smeerfilmwordt bestudeerd op basis van de elektrische weerstand van het lager.
Voor de studie wordt een enkelrijig groefkogellager als testlager gebruikt. De lagerbeweging, het gedrag van de smeerfilm en de kooislip worden onderzocht bij verschillende operationele condities van het lager. Dit gebeurt op basis van technieken die in de meeste machines toegepast kunnen worden: meting van de radiale lagerverplaatsing en de elektrische weerstand van het lager. Duidelijke trends met betrekking tot delagerkracht, de temperatuur en de snelheid worden bekomen. Zuivere analyse van de lagerbeweging en de kooislip bewijst de precieze werking van de testopstelling. De meting van de elektrische weerstand toont de vorming van de smeerfilm bij toename van de lagersnelheid. Schatting van de smeerfilmdikte op basis van de elektrische weerstand wordt gevalideerd met behulp van een analytisch model. Het verkennen van de mogelijkheden omeenvoudig en nauwkeurig de lagerbeweging, de kooislip en het gedrag vande smeerfilm te bestuderen is de tweede bijdrage van dit werk.
Accurate kennis van de dynamische lagereigenschappen is essentieel tijdens het ontwerp van vele roterende machines. Ze bepalen ondermeer de kritische snelheden en de krachten doorheen de verschillende componenten. Ditwerkonderzoekt twee dynamische eigenschappen van het testlager: de radiale stijfheid en demping in de richting van de statische kracht. Variatie van de lagertemperatuur toont de invloed van de viscositeit van de smeerfilm op de geïdentificeerde stijfheid en demping. Variatie van de lagersnelheid toont de invloed van de vorming van de smeerfilm op de geïdentificeerde stijfheid en demping. In de literatuur worden zulke relaties tussen het gedrag van de smeerfilm en de dynamische eigenschappen niet beschreven. Het aantonen van deze relaties wordt gezien als de derde bijdrage van deze studie. Bij numerieke analyse van lagersystemen helpen de resultaten om het belang in te schatten van het modelleren van de smeerfilm.
Precieze voorspelling van de levensduur van wentellagers is een cruciale stap naar een betrouwbaar ontwerp van vele roterende machines. Bij sterk wisselend belaste lagers wordt een significante reductie van de werkelijke levensduur ten opzichte van de klassiek berekende levensduur waargenomen. Dit werk onderzoekt het effect van een externe dynamische belasting op de vorming van de smeerfilm en op slijtage van de loopringen. Bij introductie van een radiale of axiale excitatie op het testlager volgt de smeerfilmdikte de opgelegde veranderingen van de kracht. Verhoging van het metallisch contact of het openbreken van de smeerfilm wordt niet gedetecteerd. Bij axiale excitatie vindt er wel een afschuivingtussen oneffenheden van de rakende oppervlakken plaats. Versnelde levensduurtesten onder hoge axiale dynamische belasting vertonen polijsting van de hoonstructuur van de loopringen. Dit wordt reeds gezien na 0.5% van de L10 levensduur. Het effect van dynamische excitaties op de smeerfilm is niet beschreven in de literatuur, zodat het aantonen ervan wordt beschouwd als de vierde bijdrage van dit werk. Tot slot promoot de studie verder onderzoek naar slijtage van de loopvlakken door een externe dynamische belasting.
Datum:8 sep 2009 → 27 mei 2014
Trefwoorden:Lifetime prediction
Disciplines:Ontwerptheorieën en -methoden, Mechanica, Andere mechanische en productie ingenieurswetenschappen, Mechatronica en robotica
Project type:PhD project