Validation of tapered roller bearing preload in maritime thruster
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2024-08-19
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
41+6
Series
Abstract
Tapered roller bearings are widely employed in maritime thruster applications, where large axial and radial are present caused by thrust generation and gear contact. Withstanding these forces is essential for the employed bearings, and a method to bolster bearing lifetime is bearing preloading. When the bearings are preloaded properly, the lifetime of the propeller shaft assembly is maximized. However, excess preload causes the rollers to experience ever increasing friction among other adverse effects. Thus, there is a sweet spot between having too much or too little preload. Reaching this level of preload reliably is the motivation behind this thesis. The validation is completed by disassembling a maritime thruster, and conducting preload measurements on its propeller shaft assembly, and comparing these results to a finite element method simulation. The means of determining preload is done by examining relative axial displacements between bearing inner and outer rings, which are probed with dial gauges. Similarly, the corresponding surfaces are monitored in finite element method software, and their displacements are simulated. The key unknown factor in the pre-loading process prior to validation is the effect of pressure oil release, which relieves a shrink fit between bearing inner ring and propeller shaft. The results indicate that the preload is applied successfully, and the phenomena behind pressure oil releasing is verified. The results differ around 10-30% on their preload magnitude based on selected friction coefficient inside the bearings. The values obtained from finite element method simulations are more conservative and measurements indicate higher displacements due to preload.Kartiorullalaakerit ovat laajalti käytössä potkurilaitteissa, joissa on suuria aksiaali- ja radiaalivoimia työnnön ja hammaskosketuksen seurauksena. Kyseisten voimien kestäminen on elintärkeää, ja kestävyyttä voidaan parantaa esikiristämällä laakerit. Kun oikea esikiristys saavutetaan, potkuriakseliroottorin kestoikä saavuttaa huippunsa. Kuitenkin on otettava huomioon, että liian suuri määrä laakerin esikiristystä aiheuttaa liiallista kitkaa ja muita haitallisia vaikutuksia. Täten on oleellista, että laakerit esikiristetään juuri oikean verran. Oikean esikiristyksen luotettava aikaansaanti on tämän diplomityön motivaatio. Esikiristyksen todentaminen alkaa potkurilaitteen purkamisesta, jonka jälkeen potkuriakseliroottorille tehdään mittauksia, joita verrataan elementtimenetelmäsimulaation tuloksiin. Esikiristyksen määrä tässä diplomityössä määritetään kartiorullalaakerin sisä- ja ulkokehän välisenä aksiaalisiirtymänä, jota mitataan mittakelloilla. Elementtimenetelmäsimulaatiossa mitataan näiden samojen pintojen siirtymät. Suurin epävarmuus esikiristyksessä ennen todentamista on paineistetun öljyn tarkka vaikutus laakerin sisäkehän ja potkuriakselin välisen kutistusliitoksen avaamisessa. Tulokset viittaavat siihen, että esikiristyksen asettaminen onnistuu halutusti, ja paineistetun öljyn vaikutus kutistusliitoksen avaamisessa on varmistettu. Esikiristyksen määrä poikkeaa 10-30% vertaillessa mittaustulosten ja elementtimenetelmäsimulaation välillä riippuen käytetystä kitkakertoimesta laakerien sisällä. Elementtimenetelmäsimulaatio tuottaa konservatiivisempia esikiristysarvoja ja mittaustulokset suurempia esikiristysarvoja.Description
Supervisor
Viitala, RaineThesis advisor
Rytömaa, SamuliRauti, Timo
Keywords
tapered roller bearing, bearing preload, finite element method, finite element analysis