MICRO-CONTAMINATION CONTROL TEST RIG AS A TOOL FOR QUALITY DIAGNOSTICS OF MINIATURE BALL BEARINGS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18372/0370-2197.3(112).21605

Keywords:

incoming inspection test rig, bearing micro-contamination, pulse magnetic-turbulent cleaning, ultrasonic cleaning, testing, coefficient of variation, vibration diagnostics, bronze lapping effect, economic effect, miniature bearings, aviation hardware

Abstract

Проведено оцінку конструктивних особливостей, науково-практичного потенціалу та ефективності застосування новоствореного чотириканального вимірювального стенду вхідного контролю мікрозабруднень мініатюрних і прецизійних кулькових підшипників, призначених для прецизійних механічних систем авіаційної та оборонної техніки. Проаналізовано негативний вплив сторонніх твердих і м'яких мікрочастинок на деградацію робочих поверхонь доріжок кочення, що призводить до локальних надвисоких контактних напружень, абразивного зносу, заклинювання та інтенсивного втомного викришування. Обґрунтовано впровадження інвертованої кінематичної схеми стенду, за якої обертається зовнішнє кільце підшипника, а датчики монтуються на нерухомому внутрішньому валу, що забезпечує безконтактний магнітний розгін, виключення сторонніх завад, максимальну чутливість до мікрочастинок бруду та захист сенсорів від динамічних похибок обертання. Описано технічні характеристики синхронного чотириканального збору даних, який об'єднує оптичний канал для фіксації частоти обертання і часу вибігу, вібраційний канал для цифрової обробки сигналів і обчислення пік-фактора й ексцесу, акустичний канал на базі датчика акустичної емісії та мікрофона, а також силовий канал для точної реєстрації чистого моменту тертя методом реакції корпусу. Проведено серію експериментальних порівняльних вимірювань двох партій мініатронних підшипників NTN 61901ZZ/5K та FAG 6001–C–2HRS до та після проведення процедури реновації. Одержано позитивні результати відновлення віброакустичних характеристик деталей за допомогою комбінованого імпульсно магнітно-турбулентного та ультразвукового очищення в розчиннику нефрас. Доведено, що використання такого комбінованого впливу знижує показники вібропришвидшення підшипників на 66–75%, а коефіцієнт варіації часу вибігу зменшується з початкових 38–42% до 9–28%, забезпечуючи високу однорідність відновленої партії. Одержано підтвердження ефективності методу вільного вибігу як самостійного первинного інструменту експрес-діагностики промислової чистоти та виявлення незворотних геометричних дефектів без залучення складного спектрального аналізу. Проведено оцінку економічного ефекту від впровадження розробленого стенду на авіаремонтних підприємствах за рахунок автоматизації контролю, відновлення придатних деталей та уникнення передчасних відмов навігаційних приладів.

Author Biographies

Oleksandr Stelmakh, National University “Kyiv Aviation Institute”

Doctor of Technical Sciences, senior researcher of the Laboratory of Nanotribotechnologies of the State University "Kyiv Aviation Institute", visiting professor of the Beijing Institute of Technology, National Aviation University, 1 Lubomyra Huzar Ave., Kyiv, Ukraine, 03058

Ruslan Kostyunik, National University “Kyiv Aviation Institute”

Сandidate of Technical Sciences, senior researcher of the Laboratory of Nanotribotechnologies, State University "Kyiv Aviation Institute", 1 Lubomyra Huzar Ave., Kyiv, Ukraine, 03058

Rudolf Mnatsakanov, National University “Kyiv Aviation Institute”

Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of  Department of Air Transport, State University "Kyiv Aviation Institute", 1 Lubomyra Huzar Ave., Kyiv, Ukraine, 03058

Oleksiy Kuschev, National University “Kyiv Aviation Institute”

researcher of the Laboratory of Nanotribotechnologies, State University "Kyiv Aviation Institute", 1 Lubomyra Huzar Ave., Kyiv, Ukraine, 03058

Serhii Shymchuk, Lutsk National Technical University

PhD, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering, Lutsk National Technical University, Lvivska St., 75, Lutsk, Ukraine, 43018

References

1. Stelmakh O. U., Kostyunik R. E., Shymchuk S. P., Kushchev O. V. Renovation of vibration characteristics of miniature ball bearings of precision mechanical systems of aerospace and military equipment. Advances in Mechanical Engineering and Transport. 2024. Vol. 1(22). P. 314–319. https://doi.org/10.36910/automash.v1i22.1374

2. Kostyunik R., Mikosianchyk O., Stelmakh A. et al. An innovative approach to non-contact cleaning of mini-ball bearings. Journal of Engineering Sciences. 2025. Vol. 12(2). P. A10–A19. https://doi.org/10.21272/jes.2025.12(2).a2

3. Stelmakh A., Kostyunik R., Mikosianchyk O. et al. Improvement of operational parameters for precision rolling bearings by cleaning working surfaces from micro pollution of various nature. Journal of Engineering Sciences. 2023. Vol. 10(1). P. A31–A40. https://doi.org/10.21272/jes.2023.10(1).a5

4. Ikhsan A., Gasnia D., Rusli M. Wear Patterns on Ball Bearings Lubricated by Grease under Different Solid Contaminants. Tribology in Industry. 2025. Vol. 47(2). P. 202–216. DOI: 10.24874/ti.1893.02.25.04

5. Gupta A. et al. Friction torque prediction of precision ball bearing unit for reaction wheel actuators for spacecraft applications. Int. J. System Assurance Engineering and Management. 2025. https://doi.org/10.1007/s13198-024-02699-9

6. Wrzochal M. Comparative analysis of the structural solutions of bearing vibration test equipment used in quality control procedures. Int. J. Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 125(9). P. 4047–4063. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11029-5

7. Wrzochal M. New method of metrological evaluation of industrial rolling bearing vibration measurement systems. Int. J. Advanced Manufacturing Technology. 2023. Vol. 124. P. 587–600. https://doi.org/10.1007/s00170-022-10359-0

8. Geonea I., Dumitru N., Dumitru I. Experimental Analysis of Frictional Torque from Radial Ball Bearings. Proc. CONAT 2024 International Congress of Automotive and Transport Engineering. Springer, Cham, 2025. https://doi.org/10.1007/978-3-031-77627-4_19

9. Burda E. A., Zusman G. V., Kudryavtseva I. S., Naumenko A. P. An overview of vibration analysis techniques for the fault diagnostics of rolling bearings in machinery. Shock and Vibration. 2022. P. 1–14. https://doi.org/10.1155/2022/6136231

10. Tiboni M., Bussola R., Remino C., Amici C. A review on vibration based condition monitoring of rotating machinery. Applied Sciences. 2022. Vol. 12(3). Art. 972. https://doi.org/10.3390/app12030972

11. ISO 15242-1:2004. Rolling bearings – Measuring methods for vibration – Part 1: Fundamentals. Geneva: ISO, 2004.

12. Kemet International Ltd. Ultrasonic cleaning solutions for the aerospace and aviation industry. Technical Report. Kemet, UK, 2024. URL: https://www.kemet.co.uk/blog/cleaning/ultrasonic-cleaning-aerospace

13. UPC Corp. How Ultrasonic Cleaning Reduces High Aerospace Labor Costs without Eliminating Jobs. Technical Article. 2024. URL: https://www.upcorp.com/blog

14. Tovatech LLC. Ultrasonic Cleaning for Aerospace and Defense: non-abrasive cleaning, micron-level particle removal. Product Overview. 2024. URL: https://www.tovatech.com/aerospace

15. Wu P. L., He C. L., Chang Z. et al. Theoretical calculation models and measurement of friction torque for rolling bearings: state of the art. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022. Vol. 44. Art. 435. https://doi.org/10.1007/s40430-022-03726-1

16. Tiwari M., Rath K. Effect of Surface Roughness on the Friction Moment in a Lubricated Deep Groove Ball Bearing. Lubricants. 2024. Vol. 12(12). Art. 443. https://doi.org/10.3390/lubricants12120443

17. Bhandare R. V. et al. Fault Diagnosis and Prediction of Remaining Useful Life (RUL) of Rolling Element Bearing: A review. Tribologia – Finnish Journal of Tribology. 2024. Vol. 41(1–2).

18. ISO 15242-1:2004. Rolling bearings – Measuring methods for vibration – Part 1: Fundamentals. Geneva: ISO, 2004.

19. DSTU GOST 520:2014. Rolling Bearings. General Technical Specifications (GOST 520-2011, IDT; ISO 492:2002, NEQ; ISO 199:2005, NEQ). Kyiv: SE “UkrNDNC”, 2014. 70 p.

Published

2026-10-18

How to Cite

Stelmakh, O., Kostyunik, R., Mnatsakanov, R., Kuschev, O., & Shymchuk, S. (2026). MICRO-CONTAMINATION CONTROL TEST RIG AS A TOOL FOR QUALITY DIAGNOSTICS OF MINIATURE BALL BEARINGS. Problems of Friction and Wear, (3(112), 90–103. https://doi.org/10.18372/0370-2197.3(112).21605

Issue

Section

Проблеми тертя та зношування