An investigation of a detection method for a subsurface crack in the outer race of a cylindrical roller bearing

As one of major failure modes of roller bearings due to periodic contact forces and external impulse loads, subsurface cracks caused by fatigues may produce catastrophic failures of rotating machines. Investigations of subsurface crack detection methods for roller bearings are very useful for maintenance purposes of these machines. In this study, a new detection method based on the curvature and power spectral density (PSD) of displacements is presented to detect a subsurface crack in the outer race of a cylindrical roller bearing. A dynamic finite element model of the cylindrical roller bearing with a subsurface crack in its outer race is developed using an explicit dynamics finite element software package to obtain the time-domain displacements. Differences of the curvature and PSD of displacements of the bearing without and with the subsurface crack are investigated, which are used to detect the location of the subsurface crack with different sizes in the outer race of the bearing. The results show that differences of the curvature and PSD of displacements from the measurement points on the outer race of the cylindrical roller bearing without and with the subsurface crack can be used to detect the location of the crack.

---

Zmęczeniowe pęknięcia podpowierzchniowe, stanowiące jedną z głównych przyczyn uszkodzeń łożysk tocznych powodowanych okresowym działaniem sił kontaktowych i zewnętrznych obciążeń impulsowych, mogą prowadzić do katastrofalnych awarii maszyn wirnikowych. Badania metod wykrywania podpowierzchniowych pęknięć łożysk tocznych mają niezwykle istotne znaczenie dla obsługi serwisowej tych urządzeń. W prezentowanym badaniu, zaproponowano nową metodę detekcji podpowierzchniowych pęknięć w zewnętrznej bieżni łożyska walcowego. Metoda ta opiera się na pomiarze krzywizny oraz gęstości widmowej mocy (PSD) przemieszczeń. Opracowano dynamiczny model łożyska walcowego, w którego zewnętrznej bieżni powstało pęknięcie podpowierzchniowe . Model stworzono przy użyciu pakietu oprogramowania do analizy zjawisk szybkozmiennych metodą elementów skończonych w celu określenia przemieszczeń w dziedzinie czasu. Badano różnice krzywizny i PSD przemieszczeń dla łożyska, w którym powstało pęknięcie podpowierzchniowe w bieżni zewnętrznej łożyska oraz łożyska bez takiego pęknięcia. Różnice te wykorzystano do lokalizacji pęknięć podpowierzchniowych różnych rozmiarów. Wyniki pokazują, że różnice krzywizny i PSD przemieszczeń względem punktów pomiarowych na bieżni zewnętrznej między łożyskami walcowymi, z których jedno charakteryzujące się pęknięciem w warstwie podpowierzchniowej, a drugie nie, mogą być wykorzystywane do wykrywania położenia pęknięcia.