ebook Prognozowanie trwałości łożysk tocznych Michał Libera

Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej

Rok wydania: 2013

Praca dotyczy zjawiska zmęczenia powierzchniowego łożysk tocznych w czasie ich pracy. Obecnie niewłaściwy dobór łożysk w budowie maszyn zaprzepaszcza około 80% ich potencjału. W pracy omówiono rozrzut powierzchniowej trwałości zmęczeniowej oraz początkowy okres niezawodnej pracy węzłów tocznych. Uporządkowano aparat matematyczny służący do estymacji ww. zjawisk, a w celu identyfikacji czynników wpływających na nie opracowano algorytm eksploracji danych, wykorzystując metody uczenia maszynowego oraz sztucznej inteligencji. Zaproponowano modyfikację procedury doboru łożysk tocznych.

Spis treści ebooka Prognozowanie trwałości łożysk tocznych

Wstęp 7
Spis ważniejszych oznaczeń 11

1. Wprowadzenie 13

1.1. Geneza tematu pracy 13
1.2. Rozrzut jako immanentna cecha Wszechświata 16
1.3. Sztuczna inteligencja jako metoda eksploracji danych 17

2. Analiza stanu wiedzy o trwałości zmęczeniowej łożysk tocznych 19

2.1. Rys historyczny rozwoju łożysk tocznych 19
2.2. Aktualna procedura doboru łożysk tocznych 21
2.2.1. Etapy projektowania węzła łożyskowego 21
2.2.2. Terminologia norm łożyskowych 22
2.2.3. Równanie trwałości nominalnej i modyfikowanej 24
2.3. Powierzchniowa trwałość zmęczeniowa (PTZ) 26
2.3.1. Zjawisko zmęczenia powierzchniowego 26
2.3.2. Hipotezy inicjacji pittingu 28
2.3.3. Mechanizmy towarzyszące dekohezji zmęczeniowej 30
2.3.4. Opis matematyczny powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 32
2.4. Rozrzut PTZ w świetle aktualnych teorii 37
2.4.1. Miara rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 37
2.4.2. Model Lundberga i Palmgrena 40
2.4.3. Model Ioannidesa i Harrisa 41
2.4.4. Model mikrogeometryczny SKF 2010 42
2.5. Podsumowanie analizy piśmiennictwa 43

3. Sformułowanie problematyki badawczej 47

3.1. Cel i zakres pracy 47
3.2. Zadania badawcze 48

4. Aplikacja metod sztucznej inteligencji do problematyki powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 51

4.1. Metodologia eksploracji danych dotyczących PTZ 51
4.1.1. Modelowanie systemowe jako sposób organizacji wiedzy 51
4.1.2. Sztuczna inteligencja 53
4.1.3. Problematyka PTZ w ujęciu metod eksploracji danych 54
4.1.4. Strategia eksploracji danych dotyczących PTZ 57
4.2. Zrozumienie uwarunkowań badawczych i wyników badań 58
4.2.1. Środowiska przetwarzania informacji ziarnistych 58
4.2.2. Analiza przedziałowa 58
4.2.3. Semantyka a matematyka – zmienna lingwistyczna 59
4.2.4. Teoria zbiorów rozmytych 60
4.2.5. Teoria zbiorów przybliżonych 61
4.3. Przygotowanie danych (preanaliza) 64
4.3.1. Eliminacja wyników wątpliwych 64
4.3.2. Transformacja danych 65
4.3.3. Redukcja wymiaru 66
4.4. Modelowanie 67
4.4.1. Statystyczne systemy uczące się 67
4.4.2. Reguły decyzyjne 70
4.4.3. Drzewa decyzyjne 71
4.4.4. Sieci neuronowe 72
4.4.5. Algorytmy genetyczne i immunologiczne 73
4.5. Ewaluacja modelu 74
4.5.1. Jakość estymacji parametrów regresji 74
4.5.2. Ocena trafności klasyfikacji 76
4.5.3. Sekwencyjna eliminacja atrybutów 76
4.6. Algorytmy eksploracji danych dotyczących PTZ 77
4.6.1. Ocena przydatności sztucznej inteligencji do analizy zagadnień PTZ 77
4.6.2. Algorytm generowania modelu PTZ 79
4.6.3. Algorytm generowanie modelu rozrzutu PTZ 82
4.6.4. Algorytm identyfikacji determinant rozrzutu PTZ 82

5. Identyfikacja determinant rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 86

5.1. Metodyka badań powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 86
5.1.1. Stanowiska do badań powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 86
5.1.2. Badania pełne i skrócone 91
5.2. Opis matematyczny rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 92
5.2.1. Estymacja przedziałowa rozrzutu PTZ 92
5.2.2. Estymacja rozrzutu trwałości na podstawie badań skróconych 99
5.3. Analiza konstrukcyjnych aspektów rozrzutu PTZ 100
5.3.1. Wpływ rodzaju łożyska i geometrii styku na rozrzut PTZ 100
5.3.2. Wpływ korekcji profilu bieżni na rozrzut PTZ 102
5.4. Analiza technologicznych aspektów rozrzutu PTZ 105
5.4.1. Wpływ właściwości materiału na rozrzut PTZ 105
5.4.2. Wpływ rozrzutu średnicy elementów tocznych na rozrzut PTZ 124
5.4.3. Wpływ struktury geometrycznej powierzchni na rozrzut PTZ 124
5.4.4. Kompleksowa ocena wpływu stanu technologicznej WW na PTZ 126
5.5. Analiza eksploatacyjnych aspektów rozrzutu PTZ 137
5.5.1. Transformacja technologicznej WW w eksploatacyjną 137
5.5.2. Wpływ czynników eksploatacyjnych na rozrzut PTZ 141
5.5.3. Badania wpływu rodzaju tarcia na rozrzut PTZ 143

6. Początkowy okres niezawodnej pracy węzłów tocznych (PONP) 153

6.1. Przesłanki wskazujące na istnienie początkowego okresu niezawodnej pracy 153
6.1.1. Zdefiniowanie pojęcia początkowego okresu niezawodnej pracy 153
6.1.2. Okres niezawodnej pracy a niezawodność w okresach gwarancyjnych 153
6.1.3. Okres niezawodnej pracy a graniczne obciążenie zmęczeniowe 154
6.1.4. Przesłanki literaturowe sugerujące istnienie PONP 155
6.1.5. Początkowy okres niezawodnej pracy w świetle ISO 281:2007 156
6.2. Opis matematyczny początkowego okresu niezawodnej pracy 159
6.2.1. Miara początkowego okresu niezawodnej pracy (M) 159
6.2.2. Estymacja przedziałowa parametru M 160
6.2.3. Estymacja parametru M na podstawie badań eksploatacyjnych 167
6.2.4. Implementacja matematycznego opisu PTZ (program ML-Weibull) 170
6.3. Analiza wpływu czynników konstrukcyjnych na PONP 172
6.3.1. Wpływ rodzaju łożyska i geometrii styku na PONP 172
6.3.2. Wpływ korekcji profilu bieżni na początkowy okres niezawodnej pracy 174
6.4. Analiza wpływu czynników technologicznych na PONP 176
6.4.1. Materiałowy aspekt początkowego okresu niezawodnej pracy 176
6.4.2. Badania wpływu dyspersji węglików na PONP 177
6.4.3. Badania wpływu wtrąceń niemetalicznych na PONP 178
6.4.4. Badania wpływu struktury geometrycznej na PONP 179
6.5. Analiza wpływu czynników eksploatacyjnych na PONP 180
6.5.1. Wpływ obciążenia na początkowy okres niezawodnej pracy 180
6.5.2. Badania wpływu smarowania na PONP 181

7. Propozycja modyfikacji procedury doboru łożysk tocznych 182

7.1. Uwzględnienie rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 182
7.1.1. Opis zakresu zmiany procedury doboru ŁT 182
7.1.2. Wyznaczanie wartości parametru B 183
7.1.3. Wyznaczanie współczynnika niezawodności a1 z uwzględnieniem parametru B 184
7.2. Wykorzystanie początkowego okresu niezawodnej pracy ŁT 186
7.2.1. Opis zakresu zmiany procedury doboru ŁT 186
7.2.2. Wyznaczanie wartości parametru M 186
7.2.3. Wyznaczenie zależności na współczynnik a₁ uwzględniającej parametry B i M 188
7.3. Rozwinięcie aparatu matematycznego opisującego PTZ 195
7.3.1. Miara rozrzutu PTZ R jako funkcja parametrów B i M 195
7.3.2. Miara PONP M jako funkcja parametrów A, B i E 196
7.3.3. Parametr B jako funkcja R i M 197
7.3.4. Współczynnik niezawodności a₁ jako funkcja R i M 197
7.4. Konsekwencje stosowania proponowanego sposobu obliczania trwałości 198
7.4.1. Porównanie wartości współczynników niezawodności 198
7.4.2. Porównanie obliczonej trwałości łożysk tocznych 200

8. Podsumowanie 204

8.1. Synteza rozważanych aspektów PTZ 204
8.1.1. Determinanty rozrzutu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej 204
8.1.2. Czynniki wpływające na początkowy okres niezawodnej pracy 205
8.2. Zmodyfikowana procedura doboru łożysk tocznych 206
8.2.1. Algorytm obliczeń trwałości łożysk tocznych 206
8.2.2. Ograniczenia proponowanej modyfikacji procedury doboru ŁT 206
8.3. Zakończenie 208
8.3.1. Perspektywa dalszych badań 208
8.3.2. Konkluzja dotycząca algorytmów eksploracji danych 209
8.3.3. Możliwości poprawy jakości węzłów tocznych 209
8.3.4. Rozrzut potrzeb 210

Bibliografia 212
Streszczenie 229
Summary 230