©   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  łoŜysk  tocznych  bez  ich 
demontaŜu.  MoŜemy  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,  Ŝe  podczas  wykonywania  ćwiczenia  nr  1,  w  którym  badaliśmy  wentylatory  trudno 
byłoby  jednoznacznie  określić  jaka  była  przyczyna  niekiedy  nadmiernych  drgań  agregatu 
(uszkodzone  łoŜyska,  a  moŜe  niewywaŜony  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 łoŜysk to wystarczy? 
W  ramach  tego  ćwiczenia  i  samodzielnie  wykonanych  eksperymentów  przekonamy  się  czy  na 
podstawie pomiarów w innych pasmach częstotliwości a moŜe na podstawie innych wielkości i 
zjawisk WA da się lepiej ocenić stan łoŜysk 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

 łoŜysk tocznych.  

W  ramach  eksperymentu  będą  analizowane  sygnały  drgań  (prędkości  i  przyspieszeń) 
rejestrowane  na  obudowie  łoŜyska  oraz  hałas  emitowany  przez  pracujące  łoŜysko.  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  łoŜysk  znajdujących  się  w róŜnym stanie technicznym (nowe, bez defektów i uŜywane). 
Wariantowo  w  ramach  eksperymentu  moŜe  być  badane  to  tylko  jedno  łoŜysko,  ale 
eksploatowane w róŜnych warunkach pracy (np. róŜne smarowanie, obciąŜenie itp). 
Wariant eksperymentu zaproponuje prowadzący ćwiczenie. 

 

2. Zakres badań  

-

 

W 

wykonywanym 

ć

wiczeniu 

istotna 

jest 

ocena 

wraŜliwości 

miar 

sygnałów 

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

 
 

                                                           

1

  Przez  stan  pracy  będziemy  rozumieli  parametry  takie  jak  smarowanie  łoŜyska,  obciąŜenie,  luz  montaŜowy, 

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 naleŜy wykonać analizę widmową przyspieszeń drgań trzy rodzaje 
pomiarów. 

ANALIZA WIDMOWA   

 Analizę wykonujemy dla łoŜysk w róŜnym stanie technicznym,a w   przypadku badania 
jednego  łoŜyska  dla  dwóch  wariantów  pracy  (np.  obciąŜenia,  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 wyŜszych częstotliwości aŜ 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  moŜna 
równieŜ 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  niezaleŜnych 
pasmach pomiarowych. Filtry dolno i górno- przepustowe dla poszczególnych pasm 
moŜna 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  duŜym  stopniu  zgodne  z  naszym  subiektywnym  odczuwaniem  głośności 
emitowanego przez łoŜysko hałasu.  

 

3.

 

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

 

parametr  

 oznaczenie  

 wartość 

 

ś

rednica podziałowa 

łoŜyska 

D 

38.4 mm 

ś

rednica elementu 

tocznego 

D 

6 mm 

liczba elementów 
tocznych 

N 

16 

kąt pracy łoŜyska 

α

 

55

o

 

 

 

 

©   RomBar  2008                                                                                                                           pdt_i02_ver_01 3/4 

4.

 

Aparatura i wyposaŜenie niezbędne do wykonania ćwiczenia: 

•

 

komplet podzespołów łoŜyska, oraz osprzęt do montaŜu i demontaŜu 

•

 

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  łoŜyska  (A/B)  w  róŜnym  stanie  technicznym,  dokonać  oględzin,  stanu 
technicznego  i  odnotować  spostrzeŜenia  w  raporcie.  (Ustalić  róŜne  parametry  pracy  w 
przypadku badania jednego łoŜyska odnotować warianty pracy raporcie jako A/B).  

d)

 

Zamontować łoŜysko w stanowisku obciąŜyć obciąŜnikiem, 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 łoŜyska.  

h)

 

 Zamontować drugie łoŜysko lub zmienić warunki pracy łoŜyska. 

i)

 

Wykonać analizę widmową i  komplet pomiarów dla pierwszego łoŜyska. 

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 łoŜysk ślizgowych naleŜy 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 łoŜyskach tocznych i przyczyny ich powstawania. 

•

 

Scharakteryzować fazy degradacji łoŜyska tocznego. 

•

 

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

 

7. 

 

Literatura uzupełniająca  

[1]

 

Radkowski S. Diagnozowanie łoŜysk tocznych, w ksiąŜce „InŜynieria 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 łoŜyska charakteryzującego się  

                wyŜszymi wartościami drgań  

 u

RMS,L

 – wartości skuteczne  przyspieszeń lub prędkości dla łoŜyska  charakteryzującego się  

                  niŜszymi wartościami drgań   

 
Krotność zmian dla pomiarów hałasu 
 

20

10

L

K

∆

=

                                                                                          (2) 

 

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