RADA PROGRAMOWA Czesław CEMPEL Ryszard MICHALSKI Jan ADAMCZYK Wojciech MOCZULSKI Roman BARCZEWSKI Stanisław NIZIŃSKI Walter BARTELMUS Vasyl OSADCHUK

Transkrypt

1

2 prof. dr hab. inż. Jan ADAMCZYK AGH w Krakowie dr inż. Roman BARCZEWSKI Politechnika Poznańska prof. dr hab. inż. Walter BARTELMUS Politechnika Wrocławska prof. dr hab. inż. Wojciech BATKO AGH w Krakowie prof. dr hab. inż. Lesław BĘDKOWSKI WAT Warszawa prof. dr hab. inż. Adam CHARCHALIS Akademia Morska w Gdyni prof. dr hab. inż. Wojciech CHOLEWA Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Zbigniew DĄBROWSKI Politechnika Warszawska prof. dr hab. inż. Marian DOBRY Politechnika Poznańska RADA PROGRAMOWA PRZEWODNICZĄCY: prof. dr hab. dr h.c. mult. Czesław CEMPEL Politechnika Poznańska REDAKTOR NACZELNY: prof. dr hab. inż. Ryszard MICHALSKI UWM w Olsztynie prof. Wiktor FRID Royal Institute of Technology in Stockholm Szwecja dr inż. Tomasz GAŁKA Instytut Energetyki w Warszawie prof. dr hab. inż. Jan KICIŃSKI IMP w Gdańsku prof. dr hab. inż. Jerzy KISILOWSKI Politechnika Warszawska CZŁONKOWIE: prof. dr hab. inż. Wojciech MOCZULSKI Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Stanisław NIZIŃSKI UWM w Olsztynie prof. Vasyl OSADCHUK Politechnika Lwowska Ukraina prof. dr hab. inż. Stanisław RADKOWSKI Politechnika Warszawska prof. Bob RANDALL University of South Wales Australia prof. dr Raj B.K.N. RAO president COMADEM International Anglia prof. Vasily S. SHEVCHENKO BSSR Academy of Sciences Mińsk Białoruś prof. Menad SIDAHMED University of Technology Compiegne Francja prof. dr hab. inż. Tadeusz UHL AGH w Krakowie prof. Vitalijus VOLKOVAS Kaunas University - Litwa prof. dr hab. inż. Andrzej WILK Politechnika Śląska prof. Alexandr YAVLENSKY Aerospace University Sankt Petersburg Rosja prof. dr hab. inż. Bogdan ŻÓŁTOWSKI ATR w Bydgoszcz Wszystkie opublikowane prace uzyskały pozytywne recenzje wykonane przez niezależnych recenzentów. Obszar zainteresowania czasopisma to problemy diagnostyki, identyfikacji stanu technicznego i bezpieczeństwa maszyn, urządzeń, systemów i procesów w nich zachodzących. Drukujemy oryginalne prace teoretyczne, aplikacyjne, przeglądowe z badań, innowacji i kształcenia w tych zagadnieniach. WYDAWCA: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej 2-98 Warszawa ul. Augustówka 5 REDAKTOR NACZELNY: prof. dr hab. inż. Ryszard MICHALSKI SEKRETARZ REDAKCJI: dr inż. Sławomir WIERZBICKI CZŁONKOWIE KOMITETU REDAKCYJNEGO: dr inż. Krzysztof LIGIER dr inż. Paweł MIKOŁAJCZAK ADRES REDAKCJI: Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszyn -736 Olsztyn, ul. Oczapowskiego tel.: , fax: diagnostyka@uwm.edu.pl KONTO PTDT: Bank Przemysłowo Handlowy S.A. II O/ Warszawa nr konta: NAKŁAD: 27 egzemplarzy

3 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 Spis Treści Słowo wstępne Lesław BĘDKOWSKI...6 Grzegorz WOJNAR, Bogusław ŁAZARZ, Zbigniew STANIK Politechnika Śląska...7 Diagnostics Of Rolling Bearing By Vibration Analysis Diagnozowanie łożysk tocznych metodą analizy drgań Grzegorz RUBIN, Mirosław OMIELJANOWICZ Politechnika Białostocka...3 Środowisko do szybkiego prototypowania systemów do diagnostyki w czasie rzeczywistym Rapid Prototyping Enivironment For Diagnosis Real Time Systems Jarosław SMOCZEK, Janusz SZPYTKO AGH Kraków...9 Metodyka kształtowania procesu sterowania środkiem transportu ukierunkowana na wymagany jego stan techniczny Supervision Methodology Of Control Process Of Transport Device Focusing On His Overlooked Technical State Joanna SOSZYŃSKA Akademia Morska w Gdyni...25 Analiza bezpieczeństwa systemów wielostanowych w zmiennych warunkach eksploatacji Multi-State System Safety Analysis In Changing Operation Conditions Henryk TYLICKI ATR Bydgoszcz...35 Procedury badania stanu maszyn w przeszłości The Procedures Of Condition Machines Investigation In Past Grzegorz WOJNAR, Bogusław ŁAZARZ Politechnika Śląska...4 Wykrywanie różnych uszkodzeń kół przekładni zębatych The Method Logging Of Residual And Differential Signals For Gear Working With Variables The Rotational Speeds And Loads Dariusz LASKOWSKI, Ireneusz KRYSOWATY, Paweł NIEDZIEJKO WAT Warszawa...59 Skaner bezpieczeństwa jako narzędzie diagnostyczne Security Scanners As Diagnostic Tool Jerzy LEWITOWICZ Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych w Warszawie...69 Genezowanie zdarzeń eksploatacyjnych Genesis Of Happening Maintenance And Operation (Exploatation) Wojciech BREJWO, Jacek PAŚ WAT Warszawa...79 Diagnostyka pól elektromagnetycznych w wybranych stacjach radiolokacyjnych Diagnostics Of Electromagnetic Fields In Chosen Radar Stations Wojciech WAWRZYŃSKI, Mirosław SIERGIEJCZYK Politechnika Warszawska...87 Metody diagnozowania linii abonenckich z wykorzystaniem robota pomiarowego Methods Of Diagnosis Of The Subscriber s Lines With Using Of The Measuring Robot Andrzej DOBROWOLSKI, Piotr KOMUR, Kazimierz TOMCZYKIEWICZ WAT Warszawa...95 Diagnozowanie stanu mięśni na podstawie analizy widmowej PJR Diagnose Of Muscle Condition On The Basis Of Mup Spectral Analysis Józef BŁACHNIO Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych w Warszawie... Określenie rozkładu naprężeń własnych w funkcji głębokości warstwy wierzchniej elementu maszyny The Assessment Of Internal Stress Distribution Against Depth Of The Machine Component s Surface Layer Marta PAWŁOWSKA, Marcin WITCZAK Uniwersytet Zielonogórski...9 Obserwatory o nieznanym wejściu w diagnostyce układu dwóch zbiorników Unknown Input Observers In Fault Diagnosis Of A Two-Tank System Tomasz GAŁKA Instytut Energetyki w Warszawie...7 Symptomy drganiowe w diagnostyce turbin przeciwprężnych i upustowych Vibration-Based Symptoms In The Diagnostics Of Counter-Pressure And Tapped Turbines

4 4 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 SPIS TREŚCI Piotr BASZUN, Henryk KRÓL, Marek PISZCZEK WAT Warszawa...25 Metoda pomiaru wybranych parametrów metrologicznych pił tarczowych z węglikami spiekanymi przy zastosowaniu technik wizyjnych Method Of Measurement Selected Metrological Parameters Of Cemented Carbides Cutting Saw With Application Of Visual Inspection Jan CHUDZIKIEWICZ, Krzysztof MURAWSKI WAT Warszawa...3 Wyznaczanie bezkolizyjnych dróg przesyłania danych w sieci teleinformatycznej o strukturze typu hipersześcianu Determining A Non Collision Data Transfer Path In Hypercube Telecomunication Network Mieczysław PLICH Politechnika Warszawska...37 Ocena stanu technicznego eksploatowanych akumulatorów rozruchowych The Evaluation Of The Technical State Of Exploited Motional Batteries Barbara KUCHARSKA Politechnika Opolska...43 Przegląd deskryptorów akustycznych w dziedzinie czasu umożliwiających ocenę wyładowań niezupełnych Reviev Of Acoustic Descriptors In The Domain Of The Allowing Evaluation Of Partial Discharge Maciej TABASZEWSKI Politechnika Poznańska...49 Prognozowanie resztkowej miary eksploatacji młyna wentylatorowego z wykorzystaniem sieci neuronowych Forecasting Of Residual Time Of Milling Fans By Means Of Neural Networks Janusz MIKOŁAJCZYK, Zbigniew BIELECKI WAT Warszawa...55 Pomiary energii promieniowania skrajnego nadfioletu Energy Measurement Of Extreme Ultraviolet Radiation Barbara KUCHARSKA Politechnika Opolska...6 Pomiary porównawcze deskryptora akustycznego A rms dla różnych form wyładowań niezupełnych, występujących w układach izolacyjnych transformatorów Comparative Measurments Of Acoustic Descriptors For Various Forms Of Partial Discharges Occuring In The Insulation Systems Of Transformers Adam KOTOWSKI Politechnika Białostocka...65 Metoda badania diagnostycznego łopatki maszyny wirnikowej w warunkach stacjonarnych z wykorzystaniem analizy sygnałów akustycznych Diagnostic Investigation Method Of Rotor Engine Blade In Stationary Conditions With Use Of Acoustic Signal Analysis Paweł OSTAPKOWICZ Politechnika Białostocka...7 Diagnozowanie wycieków metodą słabych interakcji międzyobiektowych na przykładzie rurociągu modelowego Leak Detection Based On The Method Of Weak Interobject Interactions For Example Pipeline Model Station Paweł LINDSTEDT Politechnika Białostocka...79 Kompleksowa diagnostyka w procesie oceny jakości silnika śmigłowcowgo w inżynieryjno lotniczym otoczeniu The Complex Diagnostics In Process Of Opinion Of Quality Helicopter s Engine In The Engineering Air Surroundings Marek KUCHTA, Krzysztof KWIATOS, Krzysztof FOKOW WAT Warszawa...87 Zestaw pomiarowy do badań diagnostycznych protez zębowych Measuring System For Diagnostics Of Dental Prostheses Andrzej MICHALSKI, Andrzej KALICKI Politechnika Warszawska...93 Autonomiczne stanowisko pomiarowe do monitorowania skażeń wód powierzchniowych produktami ropopochodnymi Autonomic Measurement Point For Hydrocarbon Pollution Monitoring Of Surface Water Aleksander JASTRIEBOW, Stanisław GAD, Grzegorz SŁOŃ Politechnika Świętokrzyska...99 Modele i reguły decyzyjne w symptomowej diagnostyce technicznej Models And Decision Rules In Symptom Technical Diagnostic

5 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 SPIS TREŚCI 5 Zbigniew ZIELIŃSKI WAT Warszawa...29 Model symulacyjny procedur diagnostycznych w rozproszonych systemach sieciowych The Simulation Model Of Distributed Network System Diagnostic Procedures Jacek JAKUBOWSKI, Marek PISZCZEK, Piotr BASZUN WAT Warszawa...25 Badanie możliwości technicznego wspomagania oceny stanu biodegradacji drzew Research On Technically Aided Assessment Of Biodegradation In Trees Radosław ZIMROZ Politechnika Wrocławska...29 Modelowanie sygnałów drganiowych generowanych przez przekładnie planetarne w warunkach zmiennego obciążenia Modelling Of Vibration Signals Generated By Planetary Gearbox Under Time Varying Load Conditions Jan Maciej KOŚCIELNY, Michał SYFERT, Paweł WNUK Politechnika Warszawska System zaawansowanego monitorowania i diagnostyki procesów przemysłowych AMandD Advanced Monitoring And Diagnostic System Of Industrial Processes AMandD Piotr BASZUN, Henryk KRÓL WAT Warszawa Ocena współpracy tensometrycznych przetworników siły stosowanych w systemach ważenia Evaluation Of Cooperation Multiple Strain Gange Force Sensors In Load Measurement Systems Janusz PŁOMIŃSKI Wojskowy Instytut Medyczny, Zbigniew WATRAL, Andrzej MICHALSKI, Jan SIENKIEWICZ WAT Warszawa Ocena stabilności zamocowania sztucznej panewki stawu biodrowego Fixing Stability Assesment Of Artificial Acetabulum Of A Hip Joint Adam BARYLSKI Politechnika Gdańska Systemy automatycznej kontroli wymiarowej mikroziaren ściernych Automatic Control Systems Of Abrasive Micrograins Size Marcin BEDNAREK Politechnika Rzeszowska, Tadeusz DĄBROWSKI WAT Warszawa Rezerwa potencjałowa w układzie komunikacji wybrane aspekty A Potential Redundancy Of A Communication System Selected Aspects Andrzej GRZĄDZIELA Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni Identyfikacja niewyważenia wirników okrętowych turbinowych silników spalinowych w trybie off line Identyfication Of Rotor Unbalancing Of Gas Turbine Engines Using Off Line Proceduress Andrzej MICHALSKI, Jan SIENKIEWICZ, Zbigniew WATRAL WAT Warszawa Metody pomiaru przepływu na małych otwartych kanałach przepływowych Evaluation Of Flow Monitoring Methods In Small Open Channels Henryk BOROWCZYK, Radosław KWIECIŃSKI Politechnika Białostocka Ekspertowy system diagnostyczny układu sterowania dopalaczem turbinowego silnika odrzutowego The Diagnostic Expert System Of The Afterburner Control System Jerzy SENDKOWSKI Politechnika Świętokrzyska Problemy diagnostyki technicznej obiektów budowlanych Problems Of Technical Diagnostics Of Structures Tomasz BOJKO, Grzegorz CHMAJ AGH Kraków...29 Bezprzewodowy system pomiarowo-diagnostyczny Wireless Measurement System Dariusz CHALECKI Politechnika Warszawska Algorytm minimalizacji sygnatur uszkodzeń The Algorithm of Fault Signatures Minimization Zbigniew DĄBROWSKI Politechnika Warszawska...3 Zastosowanie prostych modeli dynamicznych w diagnostyce wibroakustycznej maszyn The Use Of Uncomplicated Dynamical Model In The Task Of Vibroacoustical Diagnostics Warto przeczytać...36

6 6 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 SŁOWO WSTĘPNE Artykuły zawarte w niniejszym numerze powstały w znacznej części na bazie referatów zgłoszonych na VI Krajową Konferencję Diagnostyka Techniczna Urządzeń i Systemów DIAG 26 i uzyskały wymagane do publikacji w DIAGNOSTYCE recenzje. Cykl konferencyjny DIAG został zainicjowany w 986 roku. Kolejne konferencje odbywają się średnio co 4 lata. Podstawowym celem tego cyklu spotkań naukowych jest nieodmiennie od dwudziestu lat stworzenie szerokiego i przyjaznego forum wymiany informacji naukowej i technicznej pomiędzy osobami i zespołami zajmującymi się zarówno teorią jak i praktyką szeroko rozumianej diagnostyki. Organizatorom merytorycznym konferencji szczególnie zależy na zwiększaniu zainteresowań diagnostyków takimi kierunkami badań, które wydają się jeszcze niedostatecznie spenetrowane. Do tych kierunków należy moim zdaniem szeroko rozumiane wykorzystanie diagnostyki w celu polepszenia właściwości użytkowych urządzeń technicznych. Dotyczy to zwłaszcza wykorzystania metod diagnostycznych do poprawy wskaźników niezawodnościowych i bezpiecznościowych. Chodzi tu głównie o zastosowanie odpowiednich metod i procedur diagnostycznych do tak wczesnego wykrywania procesów uszkodzeniowych, aby istniały realne możliwości zapobiegania powstawaniu poważnych stanów niezdatności zwłaszcza stanów awaryjnokatastroficznych. Ważnym obszarem badań w diagnostyce jest też zagadnienie niepewności i błędności diagnoz. Niepewne diagnozy mogą prowadzić do niepewnych wskaźników niezawodnościowych i bezpiecznościowych, a błędne diagnozy na ogół prowadzą do błędnych decyzji eksploatacyjnych. Merytoryczni organizatorzy cyklu konferencyjnego dokładają starań by w spotkaniach brali udział przedstawiciele jak największej liczby ośrodków zainteresowanych diagnostyką i to nie tylko diagnostyką ukierunkowaną ściśle na obiekty techniczne. Duża waga przywiązywana jest do metod i narzędzi diagnostyki środowiska i diagnostyki człowieka pełniącego funkcje operatora obiektu technicznego lub administratora systemu eksploatacji. Z tego względu nierzadko wśród referatów konferencyjnych pojawiają się opracowania dotyczące pogranicza diagnostyki technicznej i medycznej oraz diagnostyki środowiska. Obserwacja zainteresowań ośrodków zajmujących się diagnostyką wskazuje na wzrost współpracy ośrodków medycznych i technicznych. Często wynika to z rozwoju takich metod diagnostyki technicznej, które mogą być adaptowane do potrzeb diagnostyki medycznej. Wydaje się, że te działania należy intensyfikować. Treść artykułów przedstawionych wyraźnie wskazuje na takie tendencje badawcze. Czytelnik znajdzie tu zarówno opracowania teoretyczne jak i doniesienia o badaniach i praktycznych zastosowaniach nowych metod diagnozowania różnych kategorii obiektów tak technicznych jak i antropotechnicznych. Warto zauważyć, że Autorzy artykułów stanowią swoisty konglomerat twórców interesujących się diagnostycznymi aspektami projektowania, eksploatowania i likwidowania obiektów o charakterze mechanicznym, mechatronicznym, elektrycznym, elektronicznym, chemicznym, biologicznym. Są wśród nich zarówno liderzy polskiej diagnostyki jak i adepci wkraczający na drogę rozwoju naukowego i zawodowego. Na tej podstawie można dojść do optymistycznych wniosków wskazujących na to, że polska diagnostyka rozwija się prawidłowo i utrzymuje się niezmiennie na wysokim poziomie merytorycznym. Na zakończenie zachęcając do wnikliwego studiowania zawartych w numerze artykułów składam serdeczne podziękowania wszystkim tym, którzy przyczynili się do ukazania się tej publikacji, a szczególnie PT Recenzentom za terminowo i rzetelnie wykonaną pracę. Lesław BĘDKOWSKI

7 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 WOJNAR, ŁAZARZ, STANIK, Ddiagnostics of rolling bearing by vibration analysis 7 DIAGNOSTICS OF ROLLING BEARING BY VIBRATION ANALYSIS Grzegorz WOJNAR, Bogusław ŁAZARZ, Zbigniew STANIK The Silesian University of Technology, Faculty of Transport 8 Krasińskiego Street, 4-9 Katowice tel: (32) , Grzegorz.Wojnar@polsl.pl Summary The bearings of wheels of carriageable vehicles with regard on disastrous state of roads in east Europe undergo accelerated waste what often it leads in consequence to damages different elements and threatens the safety of drive. Frequency analysis of vibroacoustical signals for diagnostics of bearing failure and wear are shown. Special focus is laid on typical faults (outer race, wear of surface). Axial vibrations have been recorded on bearing pivot at a different speed of carriageable wheels. Proposed methods are very sensitive to the development of bearings failure and wear. Keywords: beraing, diagnostics, vibration car. DIAGNOZOWANIE ŁOŻYSK TOCZNYCH METODĄ ANALIZY DRGAŃ Streszczenie W pracy przedstawiono metodę wykrywania zużycia oraz lokalnego uszkodzenia bieżni zewnętrznej łożysk nie napędzanych kół jezdnych pojazdu samochodowego. Analizom poddawano uzyskane na podstawie eksperymentów czynnych sygnały przyspieszeń drgań wzdłużnych czopa łożyskowego. Zaproponowana w pracy metoda okazała się być bardzo wrażliwa na zużycie oraz lokalne uszkodzenie bieżni zewnętrznej łożysk. Słowa kluczowe: łożyska, diagnostyka, drgania, samochód, koła jezdne.. INTRODUCTION During motor vehicle operation, its components are subject to wear. In terms of safety, major parts of a motor vehicle are bearing units in road wheels. Although the methods of recording and converting the vibration signals have developed dynamically, especially in recent years [2, 3, 4, 6, 7, 8, ], today, car inspection stations to detections of wheel bearings damages use only untrustworthy organoleptic methods (fig. ). analysis of motor vehicle suspension components, for the purpose of detection of their faults, which breakdown (fig. 2) it can threaten the safety of road traffic. Fig. 2. Crack of the external race of double-breasted ball bearing 2. THE SELECTION OF A PROCESS AS A SOURCE OF INFORMATION ABOUT THE DYNAMIC CONDITION Fig.. Diagnostics method using by car inspection stations: -stethoscope, 2 - headphones, 3 - diagnosed bearing Therefore, an attempt was made under this study at applying the method of vibration signals Information about the dynamic condition of a particular component can be found in various processes which occur inside the machine or in its surroundings, the processes including vibration, changes in acoustic pressure, driving torque and other. It is clear that each of the processes carries additional information, redundant from the point of view of the diagnostics purpose. As a result, it is

8 8 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 WOJNAR, ŁAZARZ, STANIK, Ddiagnostics of rolling bearing by vibration analysis essential to properly reconstruct the information model of a particular process, based on which a decision can be taken to assume this particular process as the diagnostic signal. The course of the information model reconstruction for a machine with mechanical defects is presented in paper []. The model shown in Fig. can be also assumed when analysing bearing units of motor vehicle wheels. The vibration signal coming from the mechanical defect to be investigated can be only disturbed by the movement of close kinematic pairs and by signals from other defects in the area (Fig. ), whereas the acoustic signal can be additionally interfered by acoustic effects: some resulting from other faults in the machine and some connected with the properties of the environment where measurement takes place. If the situation when measurement is being taken is as in Figure, the vibration signal will include less information unnecessary from the point of view of the diagnosis purpose. 3. EXPERIMENTAL RESEARCH ANALYSIS OF THE RESULTS The tests were carried out on cone rolling bearings of rear, non-driven wheels of a Seat Ibiza car year of production 993. Stand tests were carried out with the car lifted on a workshop lift. A car wheel balancer was used to velocity up one of the wheels (Fig. 2). This allowed acceleration of the wheel up to the rotation velocity which corresponded to the car s velocity of maximum ca.5 km/h. Defect or damage to be W assessed Dynamic influence Vibration transmittance on the way defectreception point vibration Disturbed vibration signal of defect Sd surface vibration Mechanicalacoustic transmittance of machine area Object noise Disturbed acoustic signal of defect Sh Movement of working kinematics pairs Dynamic influence of other devices Acoustic interference of other defects Acoustic interference from the surroundings Fig.. Diagram showing the formation of vibration and acoustic signals connected with mechanical defectiveness of the machine [] Therefore, if the assessed condition of a machine is designated as w, and the vibration and acoustic signals by s d and s h, respectively, the following inequality will be highly probable: sd sh > () w w which means that sensitivity of the vibration signal to changes will be higher than the sensitivity of the acoustic signal []. As a consequence, for the detection of wear and local damage to the outer race of a rolling bearing, only acceleration signals were used of axial vibration of the bearing pivot (Fig. 2) which were measured with a piezoelectric acceleration transducer. Fig. 2. Method of speeding up the wheel for the purpose of vibration measurement: on the car wheel balancer, 2 accelerometer, 3 measuring apparatus The acceleration values of axial vibration of the bearing pivot were measured. Also, synchronous reference signals corresponding to the wheel revolutions were recorded. The vibration signal and the signal from the system of averaging synchronization were sampled with the frequency of 25,6 Hz and recorded on a computer hard disk. The car wheel whose rolling bearings were diagnosed, was balanced on a standard balancer. The recorded vibration signal was analyzed within ten intervals (in Fig. 3 marked as bars) with a width corresponding to 25 revolutions of the wheel. Fig. 3. Changes of rotation velocity and frequency of the wheel during its coasting new bearings

9 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 WOJNAR, ŁAZARZ, STANIK, Ddiagnostics of rolling bearing by vibration analysis 9 This study shows only the results for the case where the initial rotation frequency (finitial) amounted to 22 Hz. In an active experiment, damage of the bearing gasket was simulated, in consequence of which was sand and other impurities got in the bearing unit. The bearings were damaged by adding sand and corundum powder to the lubricant. They caused accelerated wear of the race and rolling elements (Fig. 4), undetectable by organoleptic methods. There was no bearing slackness, either, and some traces of wear were observed only after its dismantling. The lubricant was then replaced with a new one so as to simulate the operation of worn rolling bearings without foreign matter, e.g. sand. In the spectrum of the vibration signal recorded, a considerable increase is visible (as compared to new bearings) of the wheel rotation frequency values (fwheel) and its harmonics (Fig. 6b). The amplitude values of successive harmonics of the wheel rotation frequency (fwheel) for new bearings are compared in Fig. 7 with the corresponding values for worn bearings after adding sand and in the case of using pure" lubricant. Fig. 4. Traces of wear of rolling elements Fig. 5 shows changes of the frequency structure of a fragment of the vibration acceleration signal recorded when f initial = 22 Hz. In the spectrum of the vibration acceleration signal during the operation of new bearings, practically only the rotation frequency of the wheel (fwheel) and its harmonics (Fig. 5) were present. Fig. 7. Amplitudes of subsequent harmonics of the wheel rotation frequency (fwheel) for new and worn bearings in operation During the operation of rolling bearings, the most common phenomenon is fatigue wear of the race working surfaces, as a result of which pitting occurs on them. In the next phase of the investigations, based on the fatigue damage of the bearing race (Fig. 8a), local damage was simulated of the outer race of the smaller of two bearings fitted on the bearing pivot of the investigated vehicle wheel (Fig. 8b) Fig. 5. Signal frequency analysis new bearings The addition of sand and corundum powder to the lubricant caused an increase of component values of amplitudes of signal component frequencies in a higher frequency range of over 4 Hz (Fig. 6a). Fig. 6. Signal frequency analysis: a) worn bearings sand and corundum were present in the lubricant, b) worn bearings the lubricant was replaced with new one and one type of operational wear was simulated Fig. 8. Local damage of the rolling bearing race: a) operational, b) used in experimental research

10 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 WOJNAR, ŁAZARZ, STANIK, Ddiagnostics of rolling bearing by vibration analysis The damage shown in Fig. 8b caused an increase in the frequency value (f bzm ) connected with the rolling of rolling elements over the damaged piece of the small bearing s outer race. In the case under consideration, the frequency (f bzm ) determined based on dependencies presented in [2, 3, 6, 9] was by ca times higher than the rotational frequency of the wheel (f wheel ). Fig. 9 shows the envelope spectrum for new bearings in operation. In the spectrum, a component of the wheel rotational frequency (f wheel ) and its harmonics predominate. Fig. presents the envelope spectrum in the case of local damage to the outer race of the smaller of the rolling bearings. Components of frequency f bzm connected with the rolling of rolling elements over the damaged piece of the race and its harmonics are clearly visible. Fig. 9. Envelope spectrum new bearings Also, a linear dependence was noticed between the wheel rotational frequency (f wheel ) and the RMS value of the signal (Fig. ). Next, the amplitudes of subsequent harmonics of the frequency(f bzm ) connected with the rolling of rolling elements over the damaged piece of the small bearing s outer race were referred to the RMS value of the signal (Fig. 2a). Furthermore, the amplitude values of the first six frequency harmonics (f bzm ) were added up, since this is were the energy related to the damage was cumulated and the so calculated sum was referred to the signal s RMS. The proposed measure calculated from relation (2) is little sensitive to any changes in the wheel rotational velocity (the maximum deviation from the mean value is ± 8%). It is sensitive, however, to local damage of the bearing race (Fig. 2b). 6 ( i f ± 5% f ) max Ao bzm bzm i= M a =, (2) arms where: a RMS - RMS value of the vibration acceleration signal, f bzm - frequency connected with the rolling of a rolling element over the damaged piece of the small bearing s outer race, max A o ( i f bzm ± 5% f obzm ) - maximum amplitude of envelope spectrum determined in bands i f bzm ± 5% f bzm for i= 6. Fig. : Envelope spectrum local damage of outer race of the smaller bearing, f initial = 22 Hz a RMS [m/s 2 ] a RMS =.24 f koła R 2 = f koła Fig.. Dependencies between the wheel rotational frequency (f wheel ) and the signal s root-mean-square value a) b) Fig. 2: Dependencies between: a) the amplitude of subsequent harmonics of frequency f bzm and the wheel rotational frequency, b) the proposed measure and the wheel rotational frequency 4. CONCLUSIONS Based on the investigations and analyses carried out, the following conclusions can be formulated: the wear of working surfaces of rolling elements in wheels bearings and presence of sand in

11 DIAGNOSTYKA 3 (39)/26 WOJNAR, ŁAZARZ, STANIK, Ddiagnostics of rolling bearing by vibration analysis a bearing caused an increase in the component amplitudes of frequencies above 4 Hz, in the case of operational wear simulation (absence of foreign matters), the wear of working surfaces of rolling elements in wheels bearings caused a significant increase in the amplitudes of subsequent harmonics of the wheel rotational frequency, local damage to the rolling bearing s outer race caused an increase in the component amplitude of frequency (f bzm ) connected with the rolling of rolling elements over the damaged piece of the bearing race. The proposed dimensionless measure of outer race damage is little sensitive to any changes in the wheel rotational velocity, however, it is sensitive to local damage of the bearing race. REFERENCES [] Cempel Cz.: Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn (Fundamentals of machine diagnostics). WNT, Warszawa 982. [2] Batko W., Mikulski A.: Zastosowanie metod falkowych w systemach monitoringu wibroakustycznego łożyskowania urządzenia wyciągowego (Application of wavelet transform in vibroacoustical monitoring system of hoist device bearings). Diagnostyka vol. 26, 22, p [3] Dąbrowski Z., Radkowski St: Wykorzystanie sygnału wibroakustycznego łożysk w diagnozowaniu łożysk tocznych (Utilization the vibroacoustical signal in rolling bearing diagnostics). Exploitation Machine Problem vol , p [4] Dziurdź J.: Odtwarzanie rzeczywistego rozkładu obciążenia na podstawie analizy drgań (Reconstruction of real distribution on the base of vibration analysis) XXII Symposium of Basic Machine Construction, Gdynia Jurata 25. [5] Krzemiński - Freda H.: Łożyska toczne (Rolling bearings). PWN, Warszawa 985. [6] Łazarz B., Wojnar G.: Contactless laser measurement of vibration in vibroacoustic diagnostics, The th Scientific Symposium New Technologies and Materials in Metallurgy and Material Engineering., Katowice, [7] Mc Fadden P. D., Toozhy M. M.: Application of Synchronous Averaging to Vibration Monitoring of Rolling Elements Bearings. Mechanical Systems and Signal Processing 4 (6), 2, s [8] Randall R. B.: Developments in Digital Analysis Techniques for Diagnostics of Bearings and Gears. Fifth International Congress on Sound and Vibration, Adelaide, South Australia 997. [9] SKF: Guide on technical servicing of bearings. SKF, 994. [] Yiakopoulos C., Antoniadis I.: Application of some advanced signal processing techniques for rolling element bearing fault detection. Diagnostyka vol. 36/25, p PhD. Eng. Grzegorz WOJNAR adjunct of The Silesian University of Technology. Scientific interest: modeling of dynamic processes, diagnostics of tooth gear, machine design and processing vibroacoustical signal. DSc. Eng. Bogusław ŁAZARZ profesor of The Silesian University of Technology. Scientific interest: modeling of dynamic processes, diagnostics of tooth gear, machine design and processing vibroacoustical signal. Member of Machines Construction Committee. PhD. Eng. Zbigniew STANIK adjunct of The Silesian University of Technology. Scientific interest: wear outer layer and cars design.