Master's Thesis

Influence of grease filling on the operating parameters of rolling bearing

Final Thesis 3.93 MB

Author of thesis: Bc. Martin Gímeš

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Svoboda, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA

Abstract:

This diploma thesis deals with the influence of grease fill level on the operating parameters of a tapered roller bearing. Attention is primarily focused on the thermal behaviour of the bearing, churning behaviour, and grease leakage at different filling levels. Experimental measurements were carried out using a modified test rig enabling repeatable testing under defined conditions. Different grease filling levels were compared, and their influence on bearing behaviour was evaluated. The assessment was based on measurements of operating temperature and the amount of leaked grease. The results showed that grease filling level affects bearing operating behaviour, particularly during the churning phase. Higher filling levels resulted in greater grease leakage, while operating temperature did not show a clear dependence on grease quantity. Under the investigated conditions, a filling level of approximately 30 % of the free bearing volume provided the most favourable compromise between operating temperature and grease leakage. The results extend experimental knowledge of grease lubricated rolling bearings and create a basis for further research under different operating conditions and long term testing.

Keywords:

tapered roller bearing, grease lubrication, fill level, operating temperature, grease leakage

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své závěrečné práce a zodpověděl následující otázky oponenta: Otázka č. 1: Žádám diplomanta, aby detailně pojednal o rozdílech mezi kuželíkovými ložisky (tapered roller bearings), kterými se zabývá v experimentální části, oproti jednořadým kuličkovým ložiskům, (deep groove ball bearings), kterými se zabývá v obecné části, např. str. 22. - ZODPOVĚZENO; Otázka č. 2: Prosím o vysvětlení, proč je zajímavé se zabývat nezakrytovaným ložiskem s náplní plastického maziva, když uvážíme, že ložisko lze zakrytovat. - viz výzkumná otázka č. 2 - ZODPOVĚZENO; Otázka č. 3: Celková délka testu, pokud tomu správně rozumím, byla 10 hodin. Jak jste tuto dobu zvolil, respektive co k tomuto rozhodnutí vedlo? Čím si myslíte, že taková doba může být limitující pro výsledky, když uvážíme, že ložiska obvykle provozujeme podstatně delší dobu? - ZODPOVĚZENO; Otázka č. 4: Žádám diplomanta, aby vysvětlil, jak bylo ložisko v testu zatěžované. - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Je vám u kuželíkového ložiska znám jev pumping efektu a pozoroval jste ho ve své práci? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Dokázal byste popsat princip pumping efektu? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Mohl mít tento efekt vliv na úbytek maziva? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Proč jej nenajdeme u kuličkového ložiska? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Jak u nezakrytovaného ložiska zajistíte optimální hodnotu plnění maziva? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Jakou dobu bývají typicky ložiska provozována? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Napíšete vztah pro "L_10" a co tento vztah znamená? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Co je "C" v uvedeném vztahu a jaká je jeho definice? - ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Jakým zatížením zatížíme ložisko, pokud chceme urychlit experimentální testování? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Je standardní pravidelná výměna ložisek v osobních automobilech? - NEZODPOVĚZENO; prof. Hutař: Dá se efekt teploty korelovat s životností ložiska? - ZODPOVĚZENO; doc. Mazůrek: Je nárůst teploty způsoben úbytkem maziva? Byl by nárůst teploty pozorován i po pauze a zchladnutí systému? - ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO; doc. Mazůrek: Hraje degradace maziva roli na teplotu při testu? - ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO; prof. Hartl: Jaký je fyzikální příčina nárustu teploty maziva? - ČÁSTEČNĚ ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Jak byla realizovaná zatěžující síla? - ZODPOVĚZENO; Dr. Čermák: Můžete vyloučit zaseknutí kuželíku? - ZODPOVĚZENO;

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Machine and Industrial Design

Study programme

Mechanical Engineering Design (N-KSI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Daniel Koutný, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Mazůrek, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Hajžman, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Svoboda, Ph.D.

Diplomová práce (DP) se zabývá vlivem plnění plastického maziva na chování valivého ložiska v otevřené konfiguraci. Práce přináší experimentální data a hodnotí několik typů plastických maziv. Nově ukazuje, jak různé procento počátečního plnění ovlivňuje teplotu, únik maziva a tvorbu „rezervoárů“, což dosud nebylo komplexně popsáno. Práce potvrzuje, že vyšší plnění může vést k vyšším provozním teplotám a větším únikům maziva, a identifikuje 30% plnění jako kompromis mezi dostatečným mazáním a nízkými únikem maziva. Hlavní a dílčí cíle DP byly splněny; provedené experimenty odpovídají stanoveným cílům. Použité metody jsou adekvátní a rozsah experimentů (tři typy maziv, různé úrovně plnění) je přiměřený, byť z časových důvodů omezen pouze na jednu rychlost a zatížení. Originální je zaměření na otevřené kuželíkové ložisko a kvantifikaci optimálního plnění. Přínos spočívá v praktických doporučeních pro plnění valivých ložisek plastickým mazivem v záběhové fázi, kterou literatura dosud postrádala.

Mezi silné stránky patří důkladná rešerše a prokazatelné splnění cílů, pokročilý experimentální přístup a jasné vyhodnocení výsledků. Autor ukázal, že lze významně snížit objem maziva (z 2,95 g na 1,47 g) bez zhoršení funkce ložiska v záběhové fázi, což je prakticky cenné zjištění. Experimenty jsou provedeny opakovaně a výsledky jsou prezentovány přehledně. Získané výsledky jsou také shrnuty do vědeckého článku, který je vhodný k publikování v Jimp nebo Jsc časopise. Mezi slabiny lze uvést omezenou škálu testovaných podmínek, což limituje zobecnitelnost výsledků. Nicméně větší variabilita testovaných parametrů a časově náročných experimentů by již byly nad rámec DP. Rovněž diskuse mohla více porovnat získané hodnoty s daty z literatury (kde to bylo možné). Avšak identifikovaná slabá místa nesnižují celkovou kvalitu práce. DP působí systematicky, diskuze a závěry jsou podloženy daty. Celkově práce obohacuje poznání o mazání valivých ložisek plastickými mazivy a zaslouží si hodnocení „B“ dle ECTS.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jan Čermák, Ph.D., MBA

Práce se zabývá vlivem úrovně plnění valivého ložiska (kuželíkového ložiska) plastickým mazivem na jeho provozní chování. Oblast výzkumu je z praktického hlediska velmi zajímavá, i když bylo již mnoho napsáno k tomuto tématu. Jedná se o experimentální práci s použitím zkušebního zařízení pro valivá ložiska. Součástí práce byla úprava testovacího zařízení.


Práce má přehledné členění a kvalitní rešerši s použitím metody PRISMA. 
Práce se zabývá konkrétně ložiskem ZKL 30205 A bez zakrytování, jako mazivo byly použity SHC100, SHC220 a XHP222. Experiment je systematický a je zde poměrně vysoká aplikační hodnota, protože doporučení pro optimální plnění mají přímé využití v průmyslové praxi. Také je pravdou, že přeplňování ložiska vede k větší spotřebě maziva (ekologcké i ekonomické hledisko) a k horší funkci ložiska (ekonomické hledisko), přičemž cena poškozeného ložiska je zpravidla řádově nižší, než ztráty z prodlevy v provozu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Žádám diplomanta, aby detailně pojednal o rozdílech mezi kuželíkovými ložisky (tapered roller bearings), kterými se zabývá v experimentální části, oproti jednořadým kuličkovým ložiskům, (deep groove ball bearings), kterými se zabývá v obecné části, např. str. 22.
  2. Prosím o vysvětlení, proč je zajímavé se zabývat nezakrytovaným ložiskem s náplní plastického maziva, když uvážíme, že ložisko lze zakrytovat. - viz výzkumná otázka č. 2
  3. Celková délka testu, pokud tomu správně rozumím, byla 10 hodin. Jak jste tuto dobu zvolil, respektive co k tomuto rozhodnutí vedlo? Čím si myslíte, že taková doba může být limitující pro výsledky, když uvážíme, že ložiska obvykle provozujeme podstatně delší dobu?
  4. Žádám diplomanta, aby vysvětlil, jak bylo ložisko v testu zatěžované.

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová