滚动轴承振动、噪声及异音系统测试技术研究

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摘　要：本文论述了滚动轴承（以下简称轴承）振动、噪声和异音测试系统技术（BVT+BANT），介绍了我中心根据此技术研制的BVT系列轴承振动（速度）测量仪和BANT系列轴承异音测量仪。该测试系统1985年经原机械工业部鉴定，其主要性能指标达到国外同类仪器的先进水平。该测试系统自问世以来，经过近二十年的推广，已有近二千台套被一千余家国内外用户采用，深受用户好评。广泛适用于轴承生产企业对轴承振动的检测以及家电、电机、机床、冶金、纺织、石化等轴承用户对轴承产品的验收，也适合大专院校和科研单位对轴承振动的分析与研究。本文同时介绍了由我中心制定的相关技术标准。　　1　引言
" M0 N3 I& L! M　　随着家电等行业对轴承振动、噪声和异音要求的不断提高，对轴承振动、噪声和异音的控制、检测以及评定已成为各轴承及轴承用户企业越来越关注的问题。本文结合BVT系列轴承振动（速度）测量仪和BANT系列轴承异音测量仪来着重讨论轴承振动、噪声和异音测试的有关技术问题。
　　2　轴承振动与噪声测试
8 j/ N/ r7 x! y* e- u　　2.1轴承振动与噪声的概念
　　轴承在运转过程中，除轴承零件间的一些固有的、由功能所要求的运动以外的其他一切偏离理想位置的运动均称为轴承振动。
9 t! G9 K* a1 `9 Y　　当滚动轴承的振动传播到辐射表面，振动能量转换成压力波，经空气介质再传播出去即为声辐射。其中20—20000Hz部分为人耳可接收到的声辐射，即为滚动轴承噪声。
4 R9 P  _+ z8 n. l/ p$ y* k　　滚动轴承噪声测量应在特殊的消音室内进行，消音室的背景噪声较低，可以把轴承噪声和环境噪声区分开来，但其建造成本高，且不能在现场测试。滚动轴承的振动是产生噪声的主要根源，与噪声表现为强相关特征，因此一般用振动测量代替噪声测量。
* z* D" |3 ~% D( n- L, l% W　　2.2 BVT系列轴承振动（速度）测量仪测试原理
　　被测轴承的内圈端面紧靠芯轴轴肩，并以某一恒定的规定转速旋转，外圈不转并承受一定的径向或轴向载荷，用传感器测头摄取滚道中心截面与外圈外圆柱面相交线上的轴承外圈振动（速度）分量，将该径向振动（速度）分量转变成电信号并将该电信号输入到测量放大系统，对其进行信号处理并同步显示轴承低、中、高三个频段的径向振动速度均方根值（μm/s）。
　　2.3 BVT系列轴承振动（速度）测量仪主要技术参数及性能特点
　　BVT系列轴承振动（速度）测量仪主要技术参数见表1，它与国内原先使用的轴承振动测量仪相比具有以下特点：
　　⑴ 速度型传感器谐振频率大于13kHz，能满足50Hz—10000Hz频段测试的要求。
, a6 `0 V) v/ R# J& Z; ], [8 u　　⑵ 液体动静压主轴旋转精度高，启动温度低，隔振效果好，能满足生产现场使用。
: F& m7 w4 y2 t  T% d9 g6 I　　⑶ 测量电箱采用模块化设计生产，维修方便。
1 @7 a1 j6 a* ?# p. f4 T* T　　⑷ 设有预置定值电路，可对轴承进行快速筛选。
　　⑸ 带有扬声器，可对轴承噪声进行监听，同时可外接示波器，对振动异音波形进行监视。
6 i  q0 S8 k6 P8 p! {　　⑹ 自带校准电路，对测量放大器进行校准。
　　⑺ 气动轴向加载，快速、轻便。
　　⑻ 三块表头同时显示三个频带振动均方根值。
2 E0 j5 Y/ S% z0 Z& G. z& y. d　　⑼ 低、中、高及通频带均有输出接口，可与其它仪器对接，对轴承振动作进一步分析研究。
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' y* u2 U! L* C　　表1 BVT系列轴承振动（速度）测量仪主要技术参数
　　2.4 BVT系列轴承振动（速度）测量仪系统简介
  x+ D# O1 e; X2 e1 C　　BVT系列轴承振动（速度）测量仪主要由传感器、测量放大器、驱动主轴、加载器等系统部件组成。本文着重介绍传感器和驱动主轴两个系统（均获国家专利）。
: P) K0 O( x9 _) ~. {　　⑴ 传感器系统
　　传感器系统由电动式传感器和传感器位置调整装置两部分构成。传感器将拾取到的轴承外圈径向振动转变为电信号输出，其输出的电信号与振动速度成正比。该传感器具有灵敏度高、频响宽等特点。传感器位置调整装置可调整传感器在水平和垂直方向上的位置。
　　⑵ 驱动主轴
) Y( y) w* \* Z( I　　采用新型液体动静压主轴，由370w电机通过多楔带传动，具有旋转精度高，隔振效果好，寿命长等特点。
! F% J* c( |" A　　3　轴承异音测试
　　轴承异声是轴承噪声的一部分，它是指叠加在轴承基础噪声中的各种不悦耳的声音。其种类很多，产生的原因也较多，如滚动表面磕碰伤、杂质进入滚动表面、引导表面配合不良以及保持架的振动、保持架与钢球碰撞等等。目前还没有标准的轴承异声检测方法和规程。但从轴承振动波形来看，无异音和低噪声轴承其波形都没有起伏很大的尖峰脉冲，凡出现较大的尖峰脉冲时便就能听到不悦耳的声音，即常说的异音。BANT系列轴承异音测量仪就是根据这一原理来定量地测出轴承的异声等级。
/ L. _( s! P$ ]: O　　3.1 BANT系列轴承异音测量仪测试原理
　　BANT系列轴承异音测量仪与BVT系列轴承振动（速度）测量仪配套使用。它的输入信号分别来自BVT系列轴承振动（速度）测量仪电箱的通频带和低、中、高频带输出口。接近开关安装在测振仪加载器后端，测试时，当加载器向前接触轴承瞬间，发出一个启动脉冲，经延时躲避加载时产生的冲击脉冲，然后开始实时测量。采样时间到，测试结果保持不变直到下一次启动脉冲到来。对因轴承零件缺陷或油脂中的杂质颗粒而引起的异音大小进行判断，也可用于评判低噪声润滑脂。
　　3.2 BANT系列轴承异音测量仪主要技术参数及性能特点
　　BANT系列轴承异音测量仪主要技术参数见表2，其性能特点如下：
( c+ `6 E% X, L4 T6 N* Q　　⑴ 能测量通频带（50Hz—10kHz）的最大峰值（Peak value），有预置功能。
　　⑵ 能记录产生的异声，幅值超过设定“阀值”的脉冲数（Pulse），有预置功能。有两种设置脉冲阀值方式，可用于评选低异常声润滑脂。
$ e( A: x' l5 i) w　　⑶ 能测量低、中、高频带的波峰因数（Crest factor），有预置功能。
! u/ k' C+ F, t% f" L　　⑷ 测量值超过预置值时自动发出声光报警，便于生产线快速测量。
　　⑸ 配置嵌入式示波器，能分频段实时监视异声状态。
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　　表2 BANT系列轴承异音测量仪主要技术参数
& M! f0 J1 ~5 ]　　4　相关标准制定
& w) j' g+ j1 ~& M　　在本领域，由全国滚动轴承标准化技术委员会提出由我中心制定并已被批准的标准如下：
9 @) x7 \. z' I3 T　　⑴ JB/T 5313—2001   滚动轴承 振动（速度）测量方法
& X0 |% Y# ^6 T  W- x$ L0 k8 F0 M　　⑵ JB/T 10187—2000   滚动轴承 深沟球轴承振动（速度）技术条件
　　⑶ JB/T 8922—1999   滚动轴承 圆柱滚子轴承振动（速度）技术条件
6 X- G& \/ F. k- ^- ~9 w　　⑷ JB/T 10236—2001   滚动轴承 圆锥滚子轴承振动（速度）技术条件
3 P" Y# d; J0 m& J2 P/ H% Z1 c7 i　　5　相关测试技术
9 d. C* m: ~8 {; s　　我中心根据实际需求以及发展趋势，不断完善和拓展新的关于滚动轴承振动、噪声及异音的研究，目前已成功开发出与BVT系列轴承振动（速度）测量仪和BANT系列轴承异音测量仪配套使用的计算机测量分析系统，该系统特点如下：
　　⑴ 记录并保存测试点各频段的振动数据，该数据可在以后的分析中随时调用。
　　⑵ 振动数据经处理后，可显示并可打印振动有效值、振动峰值、波峰因数和脉冲数等参数以及振动的三频段时域和频域波形。
5 g: z0 A5 ?+ b# ~# ?7 p) S) w　　另外，由我中心根据相关测试技术研制开发的仪器有：
　　⑴ BWT—2A型三波段波纹度测量仪，用于测量内圈（内径5—100mm）、外圈（外径22—200 mm）和滚动体（直径3—50mm）的波纹振动速度有效值。其测量值与成品轴承振动值密切相关。
　　⑵ SBV—1型钢球振动（速度）测量仪，示波器显示钢球振动时域波形。其测量值与成品轴承振动值密切相关。测试范围：钢球直径：Φ3—Φ31mm。
　　⑶ GFD—1，2型润滑脂过滤器，用于过滤润滑脂中的机械杂质，可有效降低轴承的振动和异音。过滤精度≤5μm。
　　6　结束语
　　目前，国内轴承生产厂对滚动轴承振动的控制已取得了一定的成效，这主要得益于BVT系列滚动轴承振动（速度）测量仪和我中心制定的滚动轴承振动（速度）测量方法及技术条件等行业标准的广泛应用。但大批量生产的轴承振动稳定性以及轴承噪声控制方面与国外先进的轴承生产企业的差距仍需引起我们的高度重视。