Fram tills idag har stor del av kullagers tillståndsövervakning skett genom att analysera vibrationer som ökar i takt med att kullager slits. Tillståndsövervakning av maskinella komponenter är en viktig del för att åstadkomma hög tillgänglighet i maskiner där underhåll kan planeras in först när komponenter är slitna men innan de går sönder. I insamlingen av vibrationsdata är risken stor för att omgivningens vibrationer följer med i insamlingen vilket ställer krav på filtreringsmetoder som är beroende av att känna till omgivningens vibrationer. Studier har visat på att övervakning av kullagers friktionsmoment kan tillhandahålla samma värde utan att kräva input från den externa miljön. Tidigare studier har huvudsakligen studerat kullagers friktionsmoment i testriggar vilketmedför att aktuella metoder inte är tillämpbara i kullagrets verkliga kontext. Syftet med studien var att åstadkomma en kullagerinfästning som möjliggör för tillståndsbaserat underhåll genom mätning av friktionsmoment. Forskningsfrågan som därför avsågs besvaras löd: Hur kan en infästning för kullager konstrueras för att möjliggöra friktionsmätning av kullager i sin tänkta kontext? Det första målet för studien var att åstadkomma en fungerande prototyp för mätning av friktionsmoment, och det andra målet var att identifiera testmetoder av felkällor och uppnå likvärdig prestanda gentemot liknande studier för mätning av vridmoment.  Studiens metod utgjorde sig av en litteraturgranskning som huvudsakligen undersökte trådtöjningsgivare(töjningssensor), optiska sensorer, lastceller, Wheatstonebryggor och felkällor, samt en fallstudie. Fallstudien utgjorde sig av fyra produktutvecklingsfaser: planering, konceptutveckling, utveckling på detaljnivå och testning och vidareutveckling. Baserat på planeringsfasens benchmarking av sensorer och litteraturgranskningen valde studien implementera trådtöjningsgivare i en lastcell som bestod av ett kullagernav med ekrar. (En trådtöjningsgivare kan liknas vid en klisterlapp med metalltrådar som mäter töjningar i en lastcell genom att resistansen i metalltrådarna förändras). I konceptutvecklingen upprättades kravspecifikationer och ett flertal olika lastceller utvärderades genom 3D-utskrivna modeller. Utvecklingen på detaljnivå bestod av beräkningar och simuleringar av diverse hållfasthetsaspekter samt simulering av vridmotstånd för att uppnå rätt upplösning och mätområde. Lastcellen har på uppdrag av fallföretaget dimensionerats mot att ge ett sensorutslag på 1mV vid ett vridmoment på 0,146 Nm. Angivet vridmoment motsvarar i det här fall det största vridmomentet som tvåfriska kullager bör uppvisa. I den här fasen undersöktes ekrar som bestod av tunna flänsar eller olika hålgeometrier där de tunna flänsar uppvisade störst töjningar. Den resulterande lastcellen bestod av tre eker-par med tunna flänsar och hade en simulerad känslighet på 6,85 mV/Nm. I testning och vidareutvecklingsfasenanpassades lastcellen för implementering till en av fallföretagets produkter. Konceptet simulerades mot egensvängningar, axiella krafter, radiella krafter och vibrationer samt testades fysiskt mot mätområde,upplösning, linjäritet, hysteres, repeterbarhet och drift.  Studien har resulterat i en lastcell med två trådtöjningsgivare i en halv Wheatstonebrygga som kan mäta kullagers friktionsmoment med en upplösning noggrannare än 0,001 Nm. Det primära mätområdet är 0 - 0,146 Nm och inom intervallet uppvisar lastcellen en känslighet på 7,8 mV/Nm, ett linjäritetsfel på 0,65%, en hysteres på 2,32% och ett repeterbarhetsfel på 1,12%, där den största felkällan ger upphov till ett fel på 0,0034 Nm. Jämfört med liknande studier har fallstudiens lastcell uppnått en väsentligt högre hysteres då den bästa erhöll en hysteres på 0,15%. Den största skillnaden gentemot liknande studier var att ekrarna i aktuell studie bestod av tunna flänsar med hög flexibilitet, medan liknande studier bestod av styvare ekrar med hålgeometrier. En styv eker kan i teorin uppvisa samma töjning som en tunn fläns förutsatt att hålgeometrin kan göras tillräckligt stor,alternativt att ekerns djup kan göras tillräckligt litet. På grund av tillverkningstekniska aspekter i fallstudien kunde inte hålgeometrins väggar göras tunnare än 0,7mm. Hålgeometriernas estimerade töjningarna bedömdes därför bli för låga vilket resulterade i att studien gick vidare med tunna flänsar. En av de huvudsakliga fördelarna med hålgeometrier var däremot att de uppvisade väsentligt lägre deformation givet samma töjning. Baserat på resultatet för fallstudien drogs slutsatsen att stora deformationer medför en större hysteres. Fenomenet kan förklaras genom att en flexibel eker har en större deformation att återhämta sig ifrån jämfört med en styv. (Hysteres kan beskrivas som kvarliggande deformation/spänningar efter en lastcykel). En av de huvudsakliga slutsatserna från studien var därför att en lastcell bör implementera fler trådtöjningsgivare för att öka känsligheten framför att öka känsligheten genom att öka töjningarna. Ytterligare en slutsats var att en lastcell avsedd för mätning av kullagers friktionsmoment endast lämpar sig för applikationer där externa laster inte överstiger kullagrets utmattningsgräns.

Denna rapport behandlar arbetet kring att ta fram åtgärder för förebyggande underhåll på en kanal för tillverkning av rullar till rullager, vid SKF i Göteborg. Målet har varit att upprätta ett grundläggande underhållsprogram, med fokus främst på operatörsunderhåll, med syftet att få ner antalet oplanerade driftstopp. Upplägget var att först knyta samman den kunskap som fanns samlad på företaget, många av kanalens maskiner var av äldre modell och har funnits i produktionen i många år, varför det visade sig finnas många personer med erfarenhet på dem på olika positioner. Samtal fördes med främst operatörer, tekniker och mekaniker, då det är dessa personer som arbetar närmast och mest med maskinerna, i syfte att isolera de mest frekventa felområdena. Analysen resulterade i en lista med förslag på åtgärder, vilken gicks igenom grundligt med, på maskinerna, kunnig och erfaren  personal.  Detta  ledde till att listan så småningom kom att omfatta till synes relevanta underhållspunkter, med förslag på åtgärd, intervall och utförare. Nästa steg var att gå djupare i komponentnivå på en enstaka maskin, den viktigaste och mest kritiska på kanalen, nämligen själva pressen, med vilken man pressar råmaterial, kallat kuts, till rullar. Vilka efter slipning/polering monteras tillsammans med ytter- och innerring till att bilda ett komplett rullager. Pressen var av modell äldre, från någon gång under 70-talet, en tid då man hade en helt annan underhållsfilosofi,  vilket  för med sig att underlag för förebyggande underhåll är bristfällig i sin natur, eller saknas helt. Analysen utfördes i form av en så kallad RCM-analys, en process där man bryter ner maskinen på komponentnivå och genom en FMEA-kategorisering avgör huruvida komponenten är kritisk på någon av punkterna; tillgänglighet, produktivitet, kvalitet, säkerhet, miljö eller ekonomi. Utifrån detta tar man fram åtgärder till de kritiska komponenterna. Tillsammans med punkterna från det första steget bildades en ganska omfattande lista med underhållsåtgärder, vilket innefattade åtgärd, intervall och utförare. Sista steget innan implementering var att sammanställa åtgärdslistan i ett av företaget standardiserat format, vilket innebär att man vill kunna skriva ut åtgärderna tillsammans med bilder för att sätta i pärmar och förvara i kanalen, för lätt åtkomst för kanalens personal. Själva slutresultatet,  tillika underhållsprogrammet, återfinns i bilaga C och D i denna rapport.

Detta kandidatexamensarbete syftar till att konstruera ett förslag på en lagerlösning till en generator av typen TFM [1], utvecklad av Anders Hagnestål vid KTH, som är tänkt att användas i vind- eller vågkraft. Generatorn alstrar inre elektromagnetiska krafter som ger upphov till påfrestningar på dess konstruktion, inte minst på de kullager som håller generatorns struktur på plats. Valet av lager föll på ett axialkullager i hybridutförande då den betydande delen av den elektromagnetiska kraften verkar rent axiellt. Hybridlagret består av keramiska kulor mot en kulbana av lagerstål, en kombination som motstår högre tryck än axialkullager med stålkulor. Keramiska kulor används främst för att undvika problem med elektriska urladdningar mellan lagerbana och kula, vilka uppkommer på grund av switchtransienter i strömmen från kraftelektroniksystemet. Lagrets placering i generatorn är av stor vikt, något som togs i beaktning för att minimera utböjningen i konstruktionen. Fokus har lagts på att analysera utböjningen av rotorskivan och de punkter där trycket på kullagret är som störst, dvs i kontaktytan mellan kulan och lagerbanan. Hertz yttryck användes för att beräkna kontakttrycket mellan kula och lagerbana och Finita Element Metoden för att beräkna utböjningen av rotorskivan. / The purpose of this Bachelor thesis project is the design of a bearing solution for a TFM generator [1], developed by Anders Hagnestål at KTH, suitable for windand wave power. The generator produces inner electromagnetic forces that puts stress on the generators architecture. The bearings will have an essential role in withstanding the force from the electromagnets. The most suitable solution was a hybrid axial bearing since the electromagnetic forces are mainly in the axial direction. The hybrid bearing consists of ceramic balls and a steel bearing race, a combination being able to withstand pressures better than axial bearings with steel balls. Ceramic balls are mainly used to avoid electrical discharges between the bearing race and balls. These discharges occur due to switchtransients in the current from the powerelectronic system. The placement of the bearing in the generator is of great importance and has to be considered to minimize the displacement of the rotor discs. The project is focused on analyzing the displacement of the rotor disc and the area with greatest pressure in the bearing, this area occurs in the contact point between the ceramic ball and the steel bearing race. Hertzian contact pressure was used for the contact pressure between the ball and the bearing race and the Finite Element Method for calculating the displacement of the rotor disc.

The demand for reliable condition monitoring systems on rotating machinery for power generation is continuously increasing due to a wider use of wind power as an energy source, which requires expertise in the diagnostics of these systems. An alternative to the limited availability of diagnostics and maintenance experts in the wind energy sector is to use unsupervised machine learning algorithms as a support tool for condition monitoring. The way condition monitoring systems can employ unsupervised machine learning algorithms consists on prioritizing the assets to monitor via the number of anomalies detected in the vibration signals of the rolling element bearings. Previous work has focused on the detection of anomalies using features taken directly from the time or frequency domain of the vibration signals to determine if a machine has a fault. In this work, I detect outliers using features derived from encoded vibration signals via sparse coding with dictionary learning. I investigate multiple outlier detection algorithms and evaluate their performance using different features taken from the sparse representation. I show that it is possible to detect an abnormal behavior on a bearing earlier than reported fault dates using typical condition monitoring systems.

The choice of the topic addressed in this thesis aims to improve the service and maintenance on ceramic ball bearings in a specific test dynamometer and through an engineering approach develop tools for condition monitoring. The company connected to this thesis, AVL, is the world's largest privately owned company for development, simulation and testing technology of powertrains for passenger cars, trucks and large engines. Engine testing is a critical part of the business at AVL Sweden and unexpected bearing failure can result in long repair times and great economic losses due to loss of the testing time. In short terms, the methodological approach followed the following steps; first a thorough information retrieval regarding bearings and analysis was conducted. The search was deepened around areas such as hybrid ball bearings, bearing failure mechanisms, bearing defect frequencies, signal analysis and condition monitoring. After this a table for bearing damage detection was developed and a “step by step” guidance for condition monitoring. The tools where afterwards verified by simple testing to detect complications within the chosen system. The existing condition monitoring system that is used today revealed weaknesses as it lacked the feature of taking preventive measures. The system that is based on temperature measurements isn’t satisfactory enough, especially when it’s missing visual clarity. Service and maintenance according to specifications from the manufacturer should be scheduled to ensure operational and guarantees. Currently mounted accelerometers on the housing of the Dynas3 engine should be connected for collecting data and the total sum of energy should be calculated for simple monitoring of historical progression. This should be done by following the guidance in order to ensure proper data acquisition. The best way to implement condition monitoring showed to be by performing multi-parameter monitoring. The design of the condition monitoring system is highly connected to what to monitor and at what stage. One main consideration to keep in mind is that it’s very rare that manufacturing defects are the reason for bearing failure. Instead it derives from improper storage, transport, handling or dimensional errors and even in some cases by improperly implemented force analysis prior to bearing selection. / Huvudämnet som behandlas i detta examensarbete syftar till att förbättra service och underhåll på keramiska kullager i en viss testdynamometer och genom ett ingenjörsmässigt tillvägagångsätt utveckla verktyg för tillståndsövervakning. Företaget som är ansluten till detta examensarbete är AVL som är världens största privatägda företag för utveckling, simulering och testteknik för drivlinor för personbilar, lastbilar och stora motorer. Motorprovning är en viktig del av verksamheten vid AVL Sverige, och ett oväntat lagerhaveri kan leda till långa reparationstider och stora ekonomiska förluster på grund av utebliven test tid. I korta termer följde den metod som använts följande steg, först genomfördes en grundlig informationssökning om lager och tillhörande analyser. Efter det fördjupades sökande kring områden som hybrida kullager, lagerskademekanismer, frekvenser kopplade till lagerskador, signalanalys och tillståndsövervakning. Efter detta framställdes en tabell för detektering av lagerskador, samt en ”steg för steg” guide för tillståndsövervakning. Verktygen för tillståndsövervakning kontrolleras efteråt, genom att enkla tester genomfördes för att upptäcka komplikationer inom det valda systemet. Det övervakningssystem som används idag avslöjade svagheter genom att sakna funktionen att vidta förebyggande åtgärder. System som är baserat på temperaturmätningar är inte tillräckligt tillfredsställande, speciellt när det saknar en visuell tydlighet. Den service och underhåll som enligt tillverkarens föreskrifter påvisas bör planeras för att säkerställa drift och garantier. Nuvarande monterade accelerometrar fästa vid motorhöljet bör anslutas för att insamla data, och den totala summan av energin bör beräknas för en enkel övervakning av det historiska utvecklingsförloppet. Detta bör göras genom att följa de riktlinjer som framställts för att säkerställa korrekt datainsamling. Det bäst passande sättet att genomföra tillståndsövervakning på i detta fall visade sig vara att utföra multiparameterövervakning. Framställningen av tillståndsövervakningssystemet är starkt förknippat med vad som skall övervakas och i vilket skede. En huvudsaklig bidragande faktor att komma ihåg är att det är mycket ovanligt att fabrikationsfel är orsaken till lagerhaveri. Istället härstammar haveriet från felaktig förvaring, transportering, hantering eller dimensioneringsfel och i vissa fall av felaktigt genomförd kraftanalys inför lagerval.

Försäljningen av trehjuliga motorcyklar beräknas att öka de kommande åren. Efterfrågan ökar framför allt på eldrivna trehjuliga motorcyklar. För att lyckas i fordonsbranschen behöver fordonen som utvecklas vara säkra. Säkerhet är av hög prioritet i utvecklingen av Omotion AB:s fordon. OMotion har två problem med sin senaste trehjuliga motorcykel där lösningarna kan bidra till ökad säkerhet. Instrumentpanel bakom ratt skyms när ratten vrids. Föregående modell av styrsystemet interagerar ej med 3D-modellen av fordonet på ett verklighetstroget sätt. Nytt koncept med prototyp av display tas fram med en produktutvecklingsprocess. Produktutvecklingsprocessen innefattar en konceptutveckling, utveckling på systemnivå, detaljutveckling och testning. 3D-modell för nytt styrsystem som interagerar på ett korrekt sätt tas fram med CAD-programmet SolidWorks. Enklare fysikaliska beräkningar utförs med kunskap inom hållfasthetslära och maskinelement. Resultatet är lösningar på OMotions två problem. En fysisk och analytisk prototyp för rattens integrerade display är framtagen samt en verklighetstrogen 3D-modell av styrsystemet. Styrsystemsmodellen möjliggör styrning av motorcykelmodellen i SolidWorks. / Sales of three-wheeled motorcycles are expected to increase in the coming years. Demand is increasing, especially for electric tricycles. To succeed in the automotive industry, the vehicles that are developed need to be safe. Safety is a high priority in the development of Omotion AB’s vehicles. OMotion has two problems with its latest three-wheeled motorcycle Where the solutions can contribute to increased safety. The dashboard behind the steering wheel is obscured when the steering wheel is turned. The previous model of the steering system does not interact with the 3D model of the vehicle realistically. New concept with prototype of display is developed with a product development process. The product development process includes a concept development, development at system level, detailed development and testing. 3D model för a new control system that interacts correctly is developed with the CAD program SolidWorks. Simpler physical calculations are performed with knowledge in solid mechanics and machine elements.The results are solutions to OMotion’s two problems. A physical and analytical prototype for the steering wheel’s integrated display has been developed, as well as a realistic 3D model of the steering system. The steering system model enables control of the motorcycle model in SolidWorks