fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2026-47-3-226-236fwj-119Research ArticleСтатьиИдентификация повреждений на поверхности тел качения шариковых подшипников методами вибрационной диагностики в процессе испытаний на контактную усталостьIdentification of Surface Damages of Rolling Bodies of Ball Bearings Using Vibration Diagnostics under Contact Fatigue TestingСудаковИ. А.SudakovI. A.

Комсомольский проспект, 29, Пермь 614990

Komsomolsky prospekt, 29, Perm 614990

sudakov-ia@yandex.ruШобейМ. М.ShobeiM. M.

Комсомольский проспект, 29, Пермь 614990

Komsomolsky prospekt, 29, Perm 614990

РозовС. Г.RozovS. G.

Комсомольский проспект, 29, Пермь 614990

Komsomolsky prospekt, 29, Perm 614990

ПанинС. В.PaninS. V.

пр. Академический, 2/4, Томск 634055

pr. Akademichesky, 2/4, Tomsk 634055

Пермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian FederationИнститут физики прочности и материаловедения им. В.Е. Панина СО РАНРоссияV.E. Panin Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202630092026473226236Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/119

Одной из основных задач, которые решаются в процессе разработки специализированных стендов для испытаний на контактную усталость, является выбор достоверного метода идентификации повреждений на поверхности испытываемых образцов. В работе представлены результаты тестирования метода спектрального анализа вибрационных сигналов и огибающей их высокочастотных составляющих на стенде для испытаний тел качения шариковых подшипников. Для определения и выбора достоверных вибродиагностических параметров, соответствующих различной степени развития контактно-усталостного разрушения, проведены испытания калибровочных образцов с искусственно нанесёнными повреждениями различных размеров. В частотном диапазоне 10—10000 Гц определены наиболее чувствительные к разрушению вибродиагностические параметры и установлены их уровни в зависимости от размеров повреждений при использованном расположении вибропреобразователей. Установлены критерии полуавтоматического завершения испытания по достижении критической стадии развития разрушения образцов. Экспериментально обоснована достоверность методики диагностики и мониторинга состояния поверхности образца в процессе работы опытного (нестандартизированного) испытательного стенда. Полученные результаты интегрированы в систему вибромониторинга для испытательных стендов, а также использованы для разработки методик исследовательских, контрольных, сравнительных и других видов лабораторных испытаний на контактную усталость деталей подшипников качения.

One of the main tasks that are solved in the process of developing specialized contact fatigue test rigs is the choice of a reliable method for identifying damage on the specimen surface. The paper presents the results of testing the method of spectral analysis of vibration signals and the envelope of their high-frequency components on a test rig for rolling bodies of ball bearings. For determine and select reliable vibration diagnostic parameters corresponding to various degrees of development of contact fatigue failure, calibration samples with artificially inflicted damage of various sizes were tested. In the frequency range 10—10,000 Hz range the most damage-sensitive vibration parameters were identified and their threshold levels were established relative to damage size and the used placement of transducer. Criteria for semi-automatic test termination upon reaching the critical stage of specimen failure were defined. The validity of the methodology for surface condition diagnostics and monitoring during the operation of a pilot (non-standardized) test rig has been experimentally substantiated. Results from a series of tests confirm the effectiveness of the selected and implemented approaches. The findings have been integrated into a vibration monitoring system and used to develop methods for research, quality control, comparative, and other types of laboratory contact fatigue testing of rolling bearing elements.

контактная усталостьэлементы подшипниковтела каченияиспытания на контактную усталостьвибрационная диагностикаконтактно-усталостное разрушениеcontact fatiguebearing elementsrolling elementscontact fatigue testingvibration diagnosticscontact fatigue failureReferencesRolling Contact Fatigue Testing of Bearing Steels: A Symposium Sponsored by ASTM Committee A-1 on Steel, Stainless Steel and Related Alloys / ed. by Hoo J.J.C. — Philadelphia, Pa.: ASTM, corp. — 1982. DOI: 10.1520/STP36153SRolling Contact Fatigue Testing of Bearing Steels: A Symposium Sponsored by ASTM Committee A-1 on Steel, Stainless Steel and Related Alloys / ed. by Hoo J.J.C. — Philadelphia, Pa.: ASTM, corp. — 1982. DOI: 10.1520/STP36153SСтенд для испытаний на контактную усталость тел качения шариковых подшипников: пат. РФ № 2848426, МПК G01M 13/04 (2006.01); G01N 3/02 (2006.01): № 2024135381: заявл. 26.11.2024: опубл. 17.10.2025, Бюл. № 29 / В.Н. Яковкин, М.М. Шобей, И.А. Судаков, С.Г. РозовStend dlya ispytanii na kontaktnuyu ustalost' tel kacheniya sharikovykh podshipnikov [Test rig for contact fatigue testing of ball bearing rolling elements]: pat. RU, № 2848426 С1, 2025 / V.N. Yakovkin, M.M. Shobei, I.A. Sudakov, S.G. Rozov (in Russian)Wrzochal M. New Method of Metrological Evaluation of Industrial Rolling Bearing Vibration Measurement Systems // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2023 (124), 587—600. DOI:10.21203/rs.3.rs-1787445/v1Wrzochal M. New Method of Metrological Evaluation of Industrial Rolling Bearing Vibration Measurement Systems // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. — 2023 (124), 587—600. DOI:10.21203/rs.3.rs-1787445/v1Панов А.Н., Бодров Е.Е., Лысенко А.А., Кривошеев Д.А., Киртянов Н.И. Применение направленного микрофона для диагностики технического состояния электропривода по его акустической вибрации // Электротехнические системы и комплексы. — 2019 (4), № 45, 58—63. DOI: 10.18503/2311-8318-2019-4(45)-58-6Panov A.N., Bodrov E.E., Lysenko A.A., Krivosheev D.A., Kirtyanov N.I. Diagnostics of electric drive by its acoustic vibration using a condenser microphone // Electrotechnical Systems and Complexes. — 2019 (4), № 45, 58—63. DOI: 10.18503/2311-8318-2019-4(45)-58-63 (in Russian)Храмцов И.В., Шобей М.М., Судаков И.А., Ершов В.Е., Панин С.В. Диагностика дефектов подшипников качения методом анализа спектра огибающей вибрационных и акустических сигналов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2025 (91), № 10, 50—58. DOI: 10.26896/1028-6861-2025-91-10-50-58Khramtsov I.V., Shobei M.M., Sudakov I.A., Ershov V.V., Panin S.V. Diagnostics of rolling bearing defects using envelope spectrum analysis of vibration and acoustic signals method // Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials. — 2025 (91), № 10, 50—58. DOI: 10.26896/1028-6861-2025-91-10-50-58 (in Russian)Маркова Л.В. Диагностика изнашивания узлов трения с использованием индуктивного счетчика частиц износа // Трение и износ. — 2018 (39), № 4, 421—427Markova L.V. Diagnostics of the Wear of Tribological Assemblies Using an Inductive Wear Debris Counter // Journal of Friction and Wear. — 2018 (39), no. 4, 265—273. DOI: 10.3103/S1068366618040104Andric P., Brizmer V., Minov B., Nuijten T., Van der Zwaan R., Guillermo E., Morales-Espejel G.E., and Vieillard C. Predicting Resistance of Bearing Steels to Surface Initiated Fatigue: Application to Hybrid Contact // Tribology International. — 2025 (201), 110225. DOI: 10.1016/j.triboint.2024.110225Andric P., Brizmer V., Minov B., Nuijten T., Van der Zwaan R., Guillermo E., Morales-Espejel G.E., and Vieillard C. Predicting Resistance of Bearing Steels to Surface Initiated Fatigue: Application to Hybrid Contact // Tribology International. — 2025 (201), 110225. DOI: 10.1016/j.triboint.2024.110225Р 50-54-30-87. Расчеты и испытания на прочность. Методы испытаний на контактную усталость: рекомендации. — М: Изд-во стандартов. — 1988R 50-54-30-87. Raschety i ispytaniya na prochnost'. Metody kontrol'nykh ispytaniy mashinostroitel'nykh materialov na kontaktnuyu ustalost'. [Methodology 50-54-30-87. Strength calculations and tests. Test methods for contact fatigue]. — Moscow: Izd-vo standartov. — 1988 (in Russian)ГОСТ 34510—2018. Колеса зубчатые тяговых передач тягового подвижного состава. Методы определения изгибной и контактной усталостной прочности. — М: Стандартинформ. — 2019GOST 34510—2018. Kolesa zubchatye tyagovykh peredach tyagovogo podvizhnogo sostava. Metody opredeleniya izgibnoy i kontaktnoy ustalostnoy prochnosti [Transmission tooth gears of the traction main railway stock. Methods for determination of bending and contact fatigue strength]. — Moscow: Standartinform. — 2019 (in Russian)Randall R.B. Vibration-Based Condition Monitoring: Industrial, Automotive and Aerospace Applications. — Chichester: John Wiley & Sons. — 2011. DOI: 10.1002/9780470977668Randall R.B. Vibration-Based Condition Monitoring: Industrial, Automotive and Aerospace Applications. — Chichester: John Wiley & Sons. — 2011. DOI: 10.1002/9780470977668Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. — СПб.: Изд. центр СПбГМТУ. — 2000Barkov A.V., Barkova N.A., Azovtsev A.Yu. Monitoring i diagnostika rotornykh mashin po vibratsii [Monitoring and diagnostics of rotary machines by vibration]. — St. Petersburg: SPbGMTU Publ. — 2000 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.