滾動(dòng)軸承振動(dòng)、噪聲和異音測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)研究

杭州軸承試驗(yàn)研究中心（浙江，杭州，310022）

李興林 陳芳華 沈云同 張燕遼 張永恩

摘要：本文論述了滾動(dòng)軸承（以下簡(jiǎn)稱軸承）振動(dòng)、噪聲和異音測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)（BVT+BANT），介紹了我中心根據(jù)此技術(shù)研制的BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x和BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x。該測(cè)試系統(tǒng)1985年經(jīng)原機(jī)械工業(yè)部鑒定，其主要性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類儀器的先進(jìn)水平。該測(cè)試系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近二十年的推廣，已有近二千臺(tái)套被一千余家國(guó)內(nèi)外用戶采用，深受用戶好評(píng)。廣泛適用于軸承生產(chǎn)企業(yè)對(duì)軸承振動(dòng)的檢測(cè)以及家電、電機(jī)、機(jī)床、冶金、紡織、石化等軸承用戶對(duì)軸承產(chǎn)品的驗(yàn)收，也適合大專院校和科研單位對(duì)軸承振動(dòng)的分析與研究。本文同時(shí)介紹了由我中心制定的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.引言

    隨著家電等行業(yè)對(duì)軸承振動(dòng)、噪聲和異音要求的不斷提高，對(duì)軸承振動(dòng)、噪聲和異音的控制、檢測(cè)以及評(píng)定已成為各軸承及軸承用戶企業(yè)越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。本文結(jié)合BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x和BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x來(lái)著重討論軸承振動(dòng)、噪聲和異音測(cè)試的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。

2. 軸承振動(dòng)與噪聲測(cè)試

2.1軸承振動(dòng)與噪聲的概念

軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，除軸承零件間的一些固有的、由功能所要求的運(yùn)動(dòng)以外的其他一切偏離理想位置的運(yùn)動(dòng)均稱為軸承振動(dòng)。

當(dāng)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)傳播到輻射表面，振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成壓力波，經(jīng)空氣介質(zhì)再傳播出去即為聲輻射。其中20—20000Hz部分為人耳可接收到的聲輻射，即為滾動(dòng)軸承噪聲。

滾動(dòng)軸承噪聲測(cè)量應(yīng)在特殊的消音室內(nèi)進(jìn)行，消音室的背景噪聲較低，可以把軸承噪聲和環(huán)境噪聲區(qū)分開(kāi)來(lái)，但其建造成本高，且不能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)是產(chǎn)生噪聲的主要根源，與噪聲表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)特征，因此一般用振動(dòng)測(cè)量代替噪聲測(cè)量。

2.2 BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x測(cè)試原理

    被測(cè)軸承的內(nèi)圈端面緊靠芯軸軸肩，并以某一恒定的規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，外圈不轉(zhuǎn)并承受一定的徑向或軸向載荷，用傳感器測(cè)頭攝取滾道中心截面與外圈外圓柱面相交線上的軸承外圈振動(dòng)（速度）分量，將該徑向振動(dòng)（速度）分量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并將該電信號(hào)輸入到測(cè)量放大系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理并同步顯示軸承低、中、高三個(gè)頻段的徑向振動(dòng)速度均方根值（μm/s）。

2.3 BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)及性能特點(diǎn)

    BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，它與國(guó)內(nèi)原先使用的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x相比具有以下特點(diǎn)：

⑴ 速度型傳感器諧振頻率大于13kHz，能滿足50Hz—10000Hz頻段測(cè)試的要求。

⑵ 液體動(dòng)靜壓主軸旋轉(zhuǎn)精度高，啟動(dòng)溫度低，隔振效果好，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。

⑶ 測(cè)量電箱采用模塊化設(shè)計(jì)生產(chǎn)，維修方便。

⑷ 設(shè)有預(yù)置定值電路，可對(duì)軸承進(jìn)行快速篩選。

⑸ 帶有揚(yáng)聲器，可對(duì)軸承噪聲進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)可外接示波器，對(duì)振動(dòng)異音波形進(jìn)行監(jiān)視。

⑹ 自帶校準(zhǔn)電路，對(duì)測(cè)量放大器進(jìn)行校準(zhǔn)。

⑺ 氣動(dòng)軸向加載，快速、輕便。

⑻ 三塊表頭同時(shí)顯示三個(gè)頻帶振動(dòng)均方根值。

⑼ 低、中、高及通頻帶均有輸出接口，可與其它儀器對(duì)接，對(duì)軸承振動(dòng)作進(jìn)一步分析研究。

表1 BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)

2.4 BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x系統(tǒng)簡(jiǎn)介

BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x主要由傳感器、測(cè)量放大器、驅(qū)動(dòng)主軸、加載器等系統(tǒng)部件組成。本文著重介紹傳感器和驅(qū)動(dòng)主軸兩個(gè)系統(tǒng)（均獲國(guó)家專利）。

⑴ 傳感器系統(tǒng)

    傳感器系統(tǒng)由電動(dòng)式傳感器和傳感器位置調(diào)整裝置兩部分構(gòu)成。傳感器將拾取到的軸承外圈徑向振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，其輸出的電信號(hào)與振動(dòng)速度成正比。該傳感器具有靈敏度高、頻響寬等特點(diǎn)。傳感器位置調(diào)整裝置可調(diào)整傳感器在水平和垂直方向上的位置。

⑵ 驅(qū)動(dòng)主軸

    采用新型液體動(dòng)靜壓主軸，由370w電機(jī)通過(guò)多楔帶傳動(dòng)，具有旋轉(zhuǎn)精度高，隔振效果好，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

3. 軸承異音測(cè)試

    軸承異聲是軸承噪聲的一部分，它是指疊加在軸承基礎(chǔ)噪聲中的各種不悅耳的聲音。其種類很多，產(chǎn)生的原因也較多，如滾動(dòng)表面磕碰傷、雜質(zhì)進(jìn)入滾動(dòng)表面、引導(dǎo)表面配合不良以及保持架的振動(dòng)、保持架與鋼球碰撞等等。目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的軸承異聲檢測(cè)方法和規(guī)程。但從軸承振動(dòng)波形來(lái)看，無(wú)異音和低噪聲軸承其波形都沒(méi)有起伏很大的尖峰脈沖，凡出現(xiàn)較大的尖峰脈沖時(shí)便就能聽(tīng)到不悅耳的聲音，即常說(shuō)的異音。BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x就是根據(jù)這一原理來(lái)定量地測(cè)出軸承的異聲等級(jí)。

3.1 BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x測(cè)試原理

    BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x與BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x配套使用。它的輸入信號(hào)分別來(lái)自BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x電箱的通頻帶和低、中、高頻帶輸出口。接近開(kāi)關(guān)安裝在測(cè)振儀加載器后端，測(cè)試時(shí)，當(dāng)加載器向前接觸軸承瞬間，發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)脈沖，經(jīng)延時(shí)躲避加載時(shí)產(chǎn)生的沖擊脈沖，然后開(kāi)始實(shí)時(shí)測(cè)量。采樣時(shí)間到，測(cè)試結(jié)果保持不變直到下一次啟動(dòng)脈沖到來(lái)。對(duì)因軸承零件缺陷或油脂中的雜質(zhì)顆粒而引起的異音大小進(jìn)行判斷，也可用于評(píng)判低噪聲潤(rùn)滑脂。

3.2 BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)及性能特點(diǎn)

BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，其性能特點(diǎn)如下：

⑴ 能測(cè)量通頻帶（50Hz—10kHz）的最大峰值（Peak value），有預(yù)置功能。

⑵ 能記錄產(chǎn)生的異聲，幅值超過(guò)設(shè)定“閥值”的脈沖數(shù)（Pulse），有預(yù)置功能。有兩種設(shè)置脈沖閥值方式，可用于評(píng)選低異常聲潤(rùn)滑脂。

⑶ 能測(cè)量低、中、高頻帶的波峰因數(shù)（Crest factor），有預(yù)置功能。

⑷ 測(cè)量值超過(guò)預(yù)置值時(shí)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警，便于生產(chǎn)線快速測(cè)量。

⑸ 配置嵌入式示波器，能分頻段實(shí)時(shí)監(jiān)視異聲狀態(tài)。

表2 BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x主要技術(shù)參數(shù)

4.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定

    在本領(lǐng)域，由全國(guó)滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出由我中心制定并已被批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

⑴ JB/T 5313—2001   滾動(dòng)軸承 振動(dòng)（速度）測(cè)量方法

⑵ JB/T 10187—2000   滾動(dòng)軸承 深溝球軸承振動(dòng)（速度）技術(shù)條件

⑶ JB/T 8922—1999   滾動(dòng)軸承 圓柱滾子軸承振動(dòng)（速度）技術(shù)條件

⑷ JB/T 10236—2001   滾動(dòng)軸承 圓錐滾子軸承振動(dòng)（速度）技術(shù)條件

5.相關(guān)測(cè)試技術(shù)

我中心根據(jù)實(shí)際需求以及發(fā)展趨勢(shì)，不斷完善和拓展新的關(guān)于滾動(dòng)軸承振動(dòng)、噪聲及異音的研究，目前已成功開(kāi)發(fā)出與BVT系列軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x和BANT系列軸承異音測(cè)量?jī)x配套使用的計(jì)算機(jī)測(cè)量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

⑴ 記錄并保存測(cè)試點(diǎn)各頻段的振動(dòng)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可在以后的分析中隨時(shí)調(diào)用。

⑵ 振動(dòng)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可顯示并可打印振動(dòng)有效值、振動(dòng)峰值、波峰因數(shù)和脈沖數(shù)等參數(shù)以及振動(dòng)的三頻段時(shí)域和頻域波形。

另外，由我中心根據(jù)相關(guān)測(cè)試技術(shù)研制開(kāi)發(fā)的儀器有：

⑴ BWT—2A型三波段波紋度測(cè)量?jī)x，用于測(cè)量?jī)?nèi)圈（內(nèi)徑5—100mm）、外圈（外徑22—200 mm）和滾動(dòng)體（直徑3—50mm）的波紋振動(dòng)速度有效值。其測(cè)量值與成品軸承振動(dòng)值密切相關(guān)。

⑵ SBV—1型鋼球振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x，示波器顯示鋼球振動(dòng)時(shí)域波形。其測(cè)量值與成品軸承振動(dòng)值密切相關(guān)。測(cè)試范圍：鋼球直徑：Φ3—Φ31mm。

⑶ GFD—1，2型潤(rùn)滑脂過(guò)濾器，用于過(guò)濾潤(rùn)滑脂中的機(jī)械雜質(zhì)，可有效降低軸承的振動(dòng)和異音。過(guò)濾精度≤5μm。

6. 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)軸承生產(chǎn)廠對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)的控制已取得了一定的成效，這主要得益于BVT系列滾動(dòng)軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量?jī)x和我中心制定的滾動(dòng)軸承振動(dòng)（速度）測(cè)量方法及技術(shù)條件等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用。但大批量生產(chǎn)的軸承振動(dòng)穩(wěn)定性以及軸承噪聲控制方面與國(guó)外先進(jìn)的軸承生產(chǎn)企業(yè)的差距仍需引起我們的高度重視。

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