Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2929310.22363/1815-5235-2021-17-3-278-287Experimental researchesЭкспериментальные исследованияResearch ArticleExperimental verification of new features of bearing operation under combined loading conditionsЭкспериментальная проверка новых особенностей работы подшипников в условиях комбинированного нагружения4512-5571KirilovskiyValeriy V.КириловскийВалерий Владимирович

Associate Professor, Department of Bases of Machine Design, PhD (Technical Sciences)

доцент, кафедра основ конструирования машин, кандидат технических наук

kvv@bmstu.ru7102-6966BelousovYuri V.БелоусовЮрий Вениаминович

Associate Professor, Department of Bases of Machine Design, PhD (Technical Sciences)

доцент, кафедра основ конструирования машин, кандидат технических наук

kvv@bmstu.ruBauman Moscow State Technical University (National Research University)Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)24102021173VOL 17, NO3 (2021)ТОМ 17, №3 (2021)27828724102021Copyright ©; 2021, Kirilovskiy V.V., Belousov Y.V.Copyright ©; 2021, Кириловский В.В., Белоусов Ю.В.2021Kirilovskiy V.V., Belousov Y.V.Кириловский В.В., Белоусов Ю.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/29293

Bearing units of lifting machines, products of construction, road, aviation, space and other branches of technology are very important structural elements, since the failure of even one bearing can cause the failure of the entire product. The results of experimental verification of the theoretical model of bearing operation under combined loading conditions are presented. The behavior under load of bearing units in the most general case can be represented by a sequence of five design schemes, expressed in the form of five statically indeterminate beams. The purpose of the experiments was to test this model under real loading conditions. The experiments were based on the analysis of the geometric shape of the curved elastic line, which the shaft of the bearing assembly acquires under load. The experimental results confirmed the validity of the model and showed that the previously generally accepted model of a two-support beam is not implemented. The conclusion is confirmed that in responsible lifting machines, as well as in responsible products of construction, road, aviation, space and other branches of technology, it is impractical to calculate bearings according to the traditional method, since an erroneous value of bearing durability can be obtained, overestimated from 28.37 to 26.663.9 times.

Подшипниковые узлы грузоподъемных машин, изделий строительной, дорожной, авиационной, космической и других отраслей техники являются очень ответственными элементами конструкций, поскольку выход из строя даже одного подшипника может стать причиной отказа всего изделия. Представлены результаты экспериментальной проверки теоретической модели работы подшипников в условиях комбинированного нагружения. Поведение под нагрузкой подшипниковых узлов в наиболее общем случае может быть представлено последовательностью из пяти расчетных схем, выраженных в виде пяти статически неопределимых балок. Целью проведения экспериментов явилась проверка данной модели в условиях реального нагружения. Эксперименты были построены на анализе геометрической формы изогнутой упругой линии, которую приобретает вал подшипникового узла под нагрузкой. Полученные результаты подтвердили справедливость модели и показали, что использовавшаяся ранее общепризнанная модель двухопорной балки не реализуется. Подтвержден вывод о том, что в ответственных грузоподъемных машинах, а также в ответственных изделиях строительной, дорожной, авиационной, космической и других отраслей техники нецелесообразно рассчитывать подшипники по традиционной методике, поскольку может быть получено ошибочное значение долговечности подшипников, завышенное от 28,37 до 26663,9 раз.

shaft supportsdesign schemereactions in supportsопоры валоврасчетная схемареакции в опорахKirilovskiy V.V., Belousov Yu.V. Theoretical substantiation of new features of rolling bearings operation under combined loading conditions. RUDN Journal of Engineering Researches. 2021:22(2):184-195. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/2312-8143-2021-22-2-184-195Кириловский В.В., Белоусов Ю.В. Теоретическое обоснование новых особенностей работы подшипников качения в условиях комбинированного нагружения // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2021. Т. 22. № 2. С. 184–195. https://doi.org/10.22363/2312-8143-2021-22-2-184-195Nosov V.V. (ed.) Bearing units of modern machines: an encyclopedic reference. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1997. (In Russ.)Подшипниковые узлы современных машин: энциклопедический справочник / под ред. В.В. Носова. М.: Машиностроение, 1997. 639 с.Ryakhovsky O.A., Goncharov, S.Yu., Syromyatnikov V.S. Experimental determination of temperature in rolling bearings. BMSTU Journal of Mechanical Engineering. 2014;(10):3-9. (In Russ.)Ряховский О.А., Гончаров С.Ю., Сыромятников В.С. Экспериментальное определение температуры в подшипниках качения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 10. С. 3–9.Fomin M.V. Determination of equivalence coefficients for variable loading modes of gears and rolling bearings. SPRAVOCHNIK. Inzhenernyi Zhurnal. 2007;8(125):39-48. (In Russ.)Фомин М.В. Определение коэффициентов эквивалентности для переменных режимов нагружения зубчатых передач и подшипников качения // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2007. № 8 (125). С. 39–48.Matvienko Yu.G., Bubnov M.A. Contact interaction and destruction of the surface layer under conditions of rolling friction and jamming. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2009;(4):43-49. (In Russ.)Матвиенко Ю.Г., Бубнов М.А. Контактное взаимодействие и разрушение поверхностного слоя в условиях трения качения и заклинивания // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 4. С. 43–49.Nakhatakyan F.G. Mechanics of contact convergence of elastic bodies in the Hertz problem. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2010;(5):48-56. (In Russ.)Нахатакян Ф.Г. Механика контактного сближения упругих тел в задаче Герца // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. № 5. С. 48–56.Nakhatakyan F.G. Calculation determination of elastic compliance of roller bearings on the basis of the Hertz theory]. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2011;(1):28-32. (In Russ.)Нахатакян Ф.Г. Расчетное определение упругой податливости роликовых подшипников на основе теории Герца // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2011. № 1. С. 28–32.Orlov A.V. Evaluation of the reliability of a ball bearing according to the criterion of clutch stability. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2004;(4):77-83. (In Russ.)Орлов А.В. Оценка надежности шарикоподшипника по критерию стабильности сцепления // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 4. С. 77–83.Orlov A.V. The effect of wear on the performance of rolling bearings. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2007;(5):71-79. (In Russ.)Орлов А.В. Влияние износа на работоспособность опор качения // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 5. С. 71–79.Pavlov V.G. Service life of a deep groove ball bearing according to the condition of maximum permissible wear. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2007;(6):102-111. (In Russ.)Павлов В.Г. Ресурс работы радиального шарикоподшипника по условию предельно допустимого износа // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 6. С. 102–111.Orlov A.V. Increasing the static load capacity of ball bearings. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin. 2009;(5):67-70. (In Russ.)Орлов А.В. Повышение статической грузоподъемности шарикоподшипников // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 5. С. 67–70.Vijay A., Sadeghi F. A continuum damage mechanics framework for modeling the effect of crystalline anisotropy on rolling contact fatigue. Tribology International. 2019;140:105845. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.105845Vijay A., Sadeghi F. A continuum damage mechanics framework for modeling the effect of crystalline anisotropy on rolling contact fatigue // Tribology International. 2019. Vol. 140. 105845. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.105845Paulson N.R., Evans N.E., Bomidi J.A.R., Sadeghi F., Evans R.D., Mistry K.K. A finite element model for rolling contact fatigue of refurbished bearings. Tribology International. 2015;85:1-9. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.12.006Paulson N.R., Evans N.E., Bomidi J.A.R., Sadeghi F., Evans R.D., Mistry K.K. A finite element model for rolling contact fatigue of refurbished bearings // Tribology International. 2015. Vol. 85. Pp. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.12.006Golmohammadi Z., Sadeghi F. A 3D finite element model for investigating effects of refurbishing on rolling contact fatigue. Tribology Transactions. 2020;63(2):251-264. https://doi.org/10.1080/10402004.2019.1684606Golmohammadi Z., Sadeghi F. A 3D finite element model for investigating effects of refurbishing on rolling contact fatigue // Tribology Transactions. 2020. Vol. 63. Issue 2. Pp. 251–264. https://doi.org/10.1080/10402004.2019.1684606Weinzapfel N., Sadeghi F., Bakolas V. A 3D finite element model for investigating effects of material microstructure on rolling contact fatigue. Tribology and Lubrication Technology. 2011;67(1):17-19.Weinzapfel N., Sadeghi F., Bakolas V. A 3D finite element model for investigating effects of material microstructure on rolling contact fatigue // Tribology and Lubrication Technology. 2011. Vol. 67. Issue 1. Pp. 17–19.Belousov Y.V., Rekach F.V., Shambina S.L. Modelling of the tools’ power interaction during mechanical machining by cutting. International Journal of Recent Technolody and Endineering. 2018;7(4):132-134.Belousov Yu.V., Rekach F.V., Shambina S.L. Modelling of the tools’ power interaction during mechanical machining by cutting // International Journal of Recent Technology and Engineering. 2018. Vol. 7. No. 4. Pp. 132–134.Abdullah M.U., Khan Z.A., Kruhoeffer W., Blass T. A 3D finite element model of rolling contact fatigue for evolved material response and residual stress estimation. Tribology Letters. 2020;68:122. https://doi.org/10.1007/s11249-020-01359-wAbdullah M.U., Khan Z.A., Kruhoeffer W., Blass T. A 3D finite element model of rolling contact fatigue for evolved material response and residual stress estimation // Tribology Letters. 2020. Vol. 68. P. 122. https://doi.org/10.1007/s11249-020-01359-wBogdański S., Trajer M. A dimensionless multi-size finite element model of a rolling contact fatigue crack. Wear. 2005;258(7-8):1265-1272. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.036Bogdański S., Trajer M. A dimensionless multi-size finite element model of a rolling contact fatigue crack // Wear. March 2005. Vol. 258. Issue 7–8. Pp. 1265–1272. https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.036Jiaxian C., Wentao M., Yuejian Ch. Transferable health indicator for rolling bearings: a new solution of cross-working condition monitoring of degradation process. 2020 Asia-Pacific International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM). 2020:1-6. https://doi.org/10.1109/APARM49247.2020.9209439Jiaxian C., Wentao M., Yuejian Ch. Transferable health indicator for rolling bearings: a new solution of cross-working condition monitoring of degradation process // 2020 Asia-Pacific International Symposium on Advanced Reliability and Maintenance Modeling (APARM). 2020. Pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/APARM49247.2020.9209439Wang H., Du W. A new K-means singular value decomposition method based on self-adaptive matching pursuit and its application in fault diagnosis of rolling bearing weak fault. International Journal of Distributed Sensor Networks. 2020;16:155014772092078. https://doi.org/10.1177/1550147720920781Wang H., Du W. A new K-means singular value decomposition method based on self-adaptive matching pursuit and its application in fault diagnosis of rolling bearing weak fault // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2020. Vol. 16. 155014772092078. https://doi.org/10.1177/1550147720920781Lin H., Wu F., He G. Rolling bearing fault diagnosis using impulse feature enhancement and nonconvex regularization. International Journal of Mechanical Systems and Signal Processing. 2020;142:106790. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106790Lin H., Wu F., He G. Rolling bearing fault diagnosis using impulse feature enhancement and nonconvex regularization // Mechanical Systems and Signal Processing. 2020. Vol. 142. 106790. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106790Smith W.A., Randall R.B. Diagnostics using the case western reserve university data: a benchmark study. Mechanical Systems and Signal Processing. 2015:64-65:130-131. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.04.021Smith W.A., Randall R.B. Diagnostics using the case western reserve university data: a benchmark study // Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. Vols. 64–65. Рp. 100–131. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.04.021Gaikwad J.A., Gholap Y.B., Kulkarni J.V. Bearing fault detection using Thomson's multitaper periodogram. 2018 Second International Conference on Intelligent Computing and Control Systems (ICICCS). 2018:1135-1139. https://doi.org/10.1109/ICCONS.2018.8663183Gaikwad J.A., Gholap Y.B., Kulkarni J.V. Bearing fault detection using Thomson’s multitaper periodogram // 2018 Second International Conference on Intelligent Computing and Control Systems (ICICCS). 2018. Pp. 1135–1139. https://doi.org/10.1109/ICCONS.2018.8663183Gao Z., Jing Lin J., Wang X., Xu X. Bearing fault detection based on empirical wavelet transform and correlated kurtosis by acoustic emission. Materials. 2017;10(6):571. https://doi.org/10.3390/ma10060571Gao Z., Lin J., Wang X., Xu X. Bearing fault detection based on empirical wavelet transform and correlated kurtosis by acoustic emission // Materials. 2017. Vol. 10. Issue 6. P. 571. https://doi.org/10.3390/ma10060571Polubaryev I.N., Dvoryaninov I.N., Saliev E.R. Experimental verification of a new approach to determining the loads acting on ball radia. Forum Molodyh Uchenyh. 2017;9(13):591-600.Полубарьев И.Н., Дворянинов И.Н., Салиев Е.Р. Экспериментальная проверка нового подхода к определению нагрузок, действующих на шариковые радиальные однорядные подшипники // Форум молодых ученых. 2017. № 9 (13). C. 591–600.