滚动轴承振动与噪声

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《轴承》 2001. №. 9
周期和轴承规格 、 转速及损伤位置有关 ,可通过包 络分析或共振协调技术予以诊断 。 近期研究表明 ,对有一个或多个损伤时 ,其振 动与噪声关系一致 ,频谱特征相同 ,但振动特征表 现更为明显 ,因此故障诊断及异常声检测多采用 测振技术来实现 。 轴承零件圆周上有损伤的振动频率 ( 外圈固 定) 见表 1 。
( 6) 该强迫振动常激发外圈的二阶 、 三阶弯曲固有
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滚道声在各类型轴承中均可发生 , 是轴承不 可避免的特有固性 。它是由于轴承旋转时滚动体 在滚道中滚动而激发出一种平稳且连续性的噪 声 ,只有当其声压级或声调极大时才引起人们注 意 。其实滚道声所激发的声能是有限的 , 如在正 常情况下 ,优质的 6203 轴承滚道声为 25～27 dB 。
2. 3. 1 损伤噪声
当轴承滚动面有各种伤痕 、 压痕 、 腐蚀等情况 时 ,会产生一定周期性的振动与噪声 。当转速一 定时 , 其周期保持不变 ; 随着转速的降低 , 其周期 变得更长 ,若滚道有伤其声连续不断 ; 若滚动体有 伤则其声或无或间断出现 ,但他必是周期性的 ,其
当轴承在径向载荷作用下运转 , 其内部只有
表1
损伤部位 内滚道 外滚道 滚动体 脉冲频率/ Hz
Dw 1 α Z f 1+ cos 2 r dp Dw 1 α Z f 1cos 2 r dp dp f 1Dw r Dw dp
2
壁厚差等偏差引起与转轴同频率的振动 ;f c 振动 则是由于滚动体尺寸相互差或分布不均而引起与 滚动体公转频率相同的振动 ;f r - 2f c 振动是由于 滚动体直径相互差导致转轴刚性变化引起的振 动。
2. 3 使用过程对振动与噪声的影响
在轴承旋转过程中保持架的自由振动以及它 与滚动体或套圈相撞击就会发出此噪声 。它在各 类轴承中都可能出现 , 但其声压级不太高而且是 低频率的 。其特点为 : ( 1) 冲压保持架及塑料保持 架均可产生 。( 2) 不论是稀油还是脂润滑均会出 现 。( 3) 当外圈承受弯矩时最易发生 。( 4) 径向游 隙大时容易出现 。 由于保持架兜孔间隙及保持架与套圈间隙在 轴承成品中不可避免地要存在 , 因此彻底消除保 持架声十分困难 ,但可通过减少装配误差 ,优选合 理的间隙和保持架窜动量来改善 。 另一种保持架特殊声是由于保持架与其他轴 承零件引导面间的摩擦引发保持架的自激振动而 发生的喧啸声 。为此可设计特殊保持架结构和选 用精良的润滑剂来有效防止 。 当轴承在径向载荷作用下且油脂性能差的情 况下 ,运转初期会听到 “咔嚓 、 咔嚓” 噪声 , 这主要 是由于滚动体在离开载荷区后 , 滚动体突然加速 而与保持加相撞而发出的噪声 , 这种撞击声不可 避免但随着运转一段时间后会消失 。
2. 4 其他原因对振动与噪声的影响
1 பைடு நூலகம் 2
kg ( Hz) W
( 1)
图2
式中 W
k
外圈质量 弹性系数 ( 与轴向力 、 轴承尺寸及 材质有关 , 尤其是径向游隙影响最 大)
g
重力加速度
如果外圈视为弹性体则构成套圈的弯曲固有 振动 。它可分为两种 : 套圈圆环平面内的弯曲振 动即径向弯曲固有振动和伴随着垂直于圆环平面 的变形 、 扭曲的振动即轴向弯曲固有振动 。其固 有频率近似计算如下 : ( 1) 径向弯曲固有频率
f =
α cos
α为轴承接触角 。 注:
如果轴承应用高粘度油脂 , 有时噪声会被掩 盖且声压级不高 ,但振动十分明显 ,此时只有更换 新轴承才能解决 ,防止措施是文明作业和生产 。
2. 3. 2 污物噪声
当轴承清洗不净 ,润滑剂含有灰尘 、 污物或有 异物侵入时会造成非周期性振动和噪声 , 其噪声 无规则 ,不固定 。尤其是小型和微型轴承对它十 分敏感 。当有污物存在时 ,不仅会损伤滚动面 ,而 且还会降低轴承使用寿命 。为此可采取 : ( 1) 采用 高纯净度润滑剂 。( 2) 改进清洗方法 ,提高轴承洁 净度 。( 3) 提高轴承部件密封性能等措施予以防 止。
3 轴承振动与噪声频率
3. 1 套圈的固有频率
前面所述的众多振动大部分 是由轴承套圈固有频率形成的 , 而外圈的固有频率比内圈低得
图1
多 ,因此更易激发振动 , 而成为更重要的研究对 象 。套圈的固有振动包括 : ( 1) 外圈惯性矩系统角 向固有振动 ( 如图 1 所示 ) 。 ( 2) 外圈质量系统的 轴向固有振动 ( 如图 2 所示 ) 。 ( 3) 套圈弯曲固有 振动 。 图 1 和图 2 的振动均把外 圈 视 为 刚 体 。 图1 是由于外圈径向惯性矩和轴承倾 斜方向的弹性形成角向固有振 动 ;图 2 是以外圈质量和轴承轴 向弹性形成的轴向固有振动 , 其 频率近似为
2. 1. 5 滚动体通过振动
一般地说 ,轴承零件工作表面相当坚硬 ,其硬 度在 60 HRC 以上 ,但是 ,若表面在精加工后受到 磕碰 、 外物撞击或使用过程中磨损 、 剥落 、 锈蚀及 外物锓入等引起损伤 , 即使是微小的伤痕也会引 发轴承的强迫振动 。这一类属于使用维护不当造 成的 , 此外防尘盖 、 密封圈压入不当引起滚道变 形 ,也是此类问题 。
2. 1. 2 落体滚动声
2 轴承振动与噪声的分类
不论当代轴承制造技术如何先进 , 轴承在运 转过程中总会出现振动与噪声 ,如滚道声 ,这种噪 声是轴承固有的 , 是轴承运行时不可避免的基本 特性 ,常称为基础噪声 。此外轴承结构设计 、 制造 过程中滚动表面几何形状误差 、 轴承洁净度 、 滚动 表面磕碰伤以及安装使用均会引发轴承振动与噪 声。
f = Zf c ( Hz)
它是金属间滑动摩擦产生相当剧烈的尖叫 声 ,尽管此时轴承温升不高 ,对轴承寿命和润滑脂 寿命也无多大影响 ,也不影响旋转 ,但不悦耳声令 人不安 ,尤其是承受径向载荷的大型短圆柱滚子 轴承常有此噪声 , 其特点为 : ( 1) 轴承径向游隙大 时易产生 。( 2) 通常出现在脂润滑中 ,油润滑则较 罕见 。( 3) 随着轴承尺寸增大而减小 ,且常在某转 速范围内出现 。( 4) 冬季时常出现 。( 5) 它的出现 是无规则的和不可预知的 ,并且与填脂量及性能 、 安装运转条件有关 。 这种噪声可采用减小轴承径向游隙和采用浅 度外圈滚道结构来防止 。
2. 1. 4 保持架声
式中 Z
滚动体数量
而其振幅则与轴承类型 、 径向载荷 、 径向游隙及滚 动体数目有关 。通常该振幅较小 , 若振幅大时才 形成危害 ,为此常采用减小径向游隙或施加适当 的预载荷来降低 。
2. 2 轴承的加工对振动与噪声的影响
除轴承结构影响振动与噪声外 , 轴承零件的 加工精度误差 ( 沟形偏差 、 圆形偏差 、 滚动体相互 差、 套圈壁厚差 、 波纹度和粗糙度等 ) 都会引起轴 承的振动与噪声 ,因此 ,在某种程度上说是难于避 免的 。 轴承零件工作表面精加工 ( 指内滚道 、 外滚 道、 滚动体表面) 即便采用最精密的加工技术也会 存在波纹度 、 圆度 、 表面粗糙度等微观几何形状误 差 ,当轴承运转时 , 若上述参数较大时 , 由于弹性 支承的作用便形成一定频率的振动与噪声 , 有时 称它为波纹度声 。其频率与转速有关 , 这是它与 其他噪声的不同之处 。转速一定时 , 它具有一定 的振动频率且有时相当刺耳 , 当转速加快或减慢 时噪声更为敏感且频率随转速增高或降低 。
化 ,噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加 而提高 。( 4) 当径向游隙增大时 , 声压级急剧增 加 。( 5) 轴承座刚性增大 , 总声压级越低 , 即使转 速升高 ,其总声压级也增加不大 。( 6) 润滑剂粘度 越高 ,声压级越低 ,但对于脂润滑 ,其粘度 、 皂纤维 的形状大小均能影响噪声值 。 滚道声产生源在于受到载荷后的套圈固有振 动所致 。由于套圈和滚动体的弹性接触构成非线 性振动系统 。当润滑或加工精度不高时就会激发 与此弹性特征有关的固有振动 , 传递到空气中则 变为噪声 。众所周知 , 即使是采用了当代最高超 的制造技术加工轴承零件 , 其工作表面总会存在 程度不一的微小几何误差 , 从而使滚道与滚动体 间产生微小波动激发振动系统固有振动 。尽管它 是不可避免的 , 然而可采取高精度加工零件工作 表面 ,正确选用轴承及精确使用轴承使之降噪减 振。
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滚动轴承振动与噪声
洛阳轴承 ( 集团) 公司 ( 河南洛阳 471039) 赖俊贤 徐惠娟 一 拖 工 程 机 械 公 司 ( 河南洛阳 471039) 刘海婴 这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最 典型 , 它有以下特点 : ( 1) 噪声 、 振动具有随机性 。
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振动 ,从而发出该噪声 。 通过采用预载荷方法可有效降低该噪声 , 减 少装机后轴承工作径向游隙 , 选用良好润滑剂亦 能有所改善 ,有些国外企业采用轻型滚动体 ,如陶 瓷滚子或空心滚子等技术措施来防止这种噪声的 产生 。
2. 1. 3 尖鸣声
若干个滚动体承受载荷 , 由于与套圈的弹性接触 构成的 “弹簧” 支承使滚动体在通过径向载荷作用 线时产生了周期性振动 , 而转轴中心因此会上下 垂直移动或作水平方向移动 , 同时引发噪声 。这 类振动称之为滚动体通过振动 , 尤其是在低速运 转时表现更为明显 。理论和实验表面其振动频率 与滚动体公转频率 f c 有关 ,即
f rn =
在注有润滑脂的接触式密封轴承中 , 由于密 封唇与套圈沟槽间接触而摩擦 , 有时会形成自激 振动和噪声 。最好的办法是设计不同型式的密封 圈或选用良好的润滑剂解决 。近期国外轴承企业 已开发检测仪器以诊断和监测该类噪声 。 有时在采用脂润滑时 , 运转初期会听到某种 异常声 ,它是由于滚动体与滚道间的润滑剂被搅 拌而产生不规则的噪声 , 当运行终止时该噪声也 终止 ,这是一种不令人注意的润滑剂声 ,其声压级 极低而不引人关注 。 第三种类型的振动是产生 f r 、 f c 及 f r - 2f c 频 率的振动 ,其中 f r 振动是由于转轴不平衡或内圈