滾動(dòng)軸承的振動(dòng)噪聲與控制研究

高雙 楊慧穎

摘要：現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展離不開機(jī)械設(shè)備的高效運(yùn)行，滾動(dòng)軸承作為機(jī)械設(shè)備構(gòu)成的重要部件，其性能一直是學(xué)者和軸承行業(yè)研究的重點(diǎn)問題。特別是隨著社會(huì)各領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，軸承與人們的日常生產(chǎn)生活的關(guān)聯(lián)性越來越高，各類辦公設(shè)備、家用電器等的有序運(yùn)作都離不開軸承。然而，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲是其性能優(yōu)劣的重要方面。本文中，筆者就軸承振動(dòng)和噪聲展開研究，就其產(chǎn)生機(jī)理、控制等進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；振動(dòng)；噪聲；控制

引言

滾動(dòng)軸承是機(jī)械制造領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的零部件，其主要作用是將各類零部件連接在一起實(shí)現(xiàn)機(jī)械化運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪聲，這些振動(dòng)和噪聲會(huì)帶動(dòng)相鄰部件的振動(dòng)與噪聲，從而產(chǎn)生較大的噪聲，不僅形成噪聲污染，而且對(duì)設(shè)備本身來講也會(huì)有一定的損害。因此，軸承振動(dòng)與噪聲的降低一直是行業(yè)研究的重要內(nèi)容。

1電機(jī)滾動(dòng)軸承現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)備的有序運(yùn)轉(zhuǎn)離不開電動(dòng)機(jī)的有效驅(qū)動(dòng)，而電動(dòng)機(jī)也是由多種部件組合構(gòu)成的，其中一個(gè)重要的部件是滾動(dòng)軸承。通常，可以通過滾動(dòng)軸承的噪聲判斷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，若滾動(dòng)軸承發(fā)出較大噪聲，則表示電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了一定故障，若不及時(shí)處理則會(huì)引發(fā)一定的安全生產(chǎn)事故。因此，電機(jī)滾動(dòng)軸承異常振動(dòng)所產(chǎn)生的噪音，是一個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)燈。作為電機(jī)是否正常工作的信號(hào)燈，不僅是反應(yīng)電機(jī)的表面問題，還蘊(yùn)含著大量的電機(jī)工作信息，為了得到電機(jī)工作相關(guān)信息，需要相關(guān)人員不斷進(jìn)行分析和總結(jié)。通過對(duì)滾動(dòng)噪聲電機(jī)情況的觀察，記錄下此時(shí)的所有故障信息，通過深入的探索，找出滾動(dòng)軸承異常振動(dòng)的原因，并通過經(jīng)驗(yàn)積累做出合理的處理，從而有效規(guī)避滾動(dòng)軸承出現(xiàn)同樣的問題。

2滾動(dòng)軸承噪聲產(chǎn)生的機(jī)理

其一，保持架噪聲。這一噪聲主要是保持架和滾動(dòng)體相互碰撞而發(fā)出的噪聲。當(dāng)出現(xiàn)這種噪聲時(shí)，保持架振動(dòng)幅度會(huì)增大，這一振動(dòng)通常情況下被認(rèn)為是滾動(dòng)體和保持架之間產(chǎn)生的一種自激振動(dòng)。潤滑不好、徑向間隙過大等原因都會(huì)導(dǎo)致保持架產(chǎn)生噪聲；其二，與軸承相關(guān)的振動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)座圈上特定點(diǎn)的受力和變形情況則類似于滾動(dòng)體的受力和變形，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過程中。會(huì)產(chǎn)生與滾動(dòng)體節(jié)拍一致的軸承線的運(yùn)動(dòng)，這樣的振動(dòng)在低速、徑向游隙大、且載荷角越小時(shí)，表面愈明顯；其三，軸承環(huán)的噪聲。軸承環(huán)噪聲是滾動(dòng)軸承最為常見的一種。這一噪聲和軸承安裝條件、剛度和精度等因素相關(guān)。如果軸承內(nèi)環(huán)滾道上徑向波紋較大，當(dāng)滾珠軸承的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)到此處時(shí)，滾珠就處在波峰峰頂上，不僅會(huì)引起外環(huán)的徑向振動(dòng)，而且也將引起外環(huán)的軸向振動(dòng)。

3滾動(dòng)軸承產(chǎn)生異常振動(dòng)的原因

3.1軸承質(zhì)量問題

軸承質(zhì)量問題是導(dǎo)致滾動(dòng)軸承產(chǎn)生異常振動(dòng)的原因之一。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，滾動(dòng)軸承質(zhì)量會(huì)影響軸承噪聲的大小。軸承質(zhì)量問題包括軸承本身所帶的缺陷，比如一些軸承滾珠加工精度較差、滾珠表面有刮痕、軸承套的波度和圓度比較粗糙、保持架定位不準(zhǔn)等。軸承質(zhì)量問題還包括保存或者安裝過程中產(chǎn)生的品質(zhì)性缺陷，例如腐蝕、壓斷、摩擦等，這些軸承質(zhì)量問題都會(huì)導(dǎo)致異常噪聲的產(chǎn)生。

3.2軸承的潤滑和清潔問題

潤滑油的使用是保證電機(jī)和軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提和保障。如果軸承間，潤滑油過少，就會(huì)導(dǎo)致摩擦力的產(chǎn)生，在這種作用下就會(huì)產(chǎn)生噪聲。對(duì)于不同的部件，所選擇的潤滑油是不同的，如果選擇的潤滑油不合理也會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)軸承發(fā)出異常噪聲。另外，保持清潔也是減少軸承噪聲的一種措施。這是因?yàn)椋诒容^臟亂的環(huán)境下，很容易使一些灰塵顆粒進(jìn)入軸承間隙，滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致這些顆粒被碾壓從而黏貼在軸承工作面，隨之滾動(dòng)軸承異常噪聲產(chǎn)生。

3.3軸承的配合及裝配問題

軸承的內(nèi)外圈與電機(jī)軸及軸承室配合精度至關(guān)重要。軸承在裝入電機(jī)后，因軸承內(nèi)外圈與軸及軸承室有一定的配合公差，使軸承產(chǎn)生徑向變形，引起游隙減小，故運(yùn)行時(shí)另有一個(gè)工作游隙值，試驗(yàn)研究表明，當(dāng)工作游隙為10μm左右時(shí)，對(duì)噪聲來說是最佳值。過大會(huì)使振動(dòng)加大，過小則使噪聲加大。工作游隙與原始游隙的差值主要與軸承內(nèi)外圈、軸及軸承室的加工精度有關(guān)，如果配合選擇的過緊，加工精度過低，致使大部分軸承工作游隙偏小，甚至造成無間隙運(yùn)行，導(dǎo)致軸承產(chǎn)生噪聲。軸承裝配時(shí)由于不按軸承裝配工藝要求進(jìn)行，野蠻裝配，而造成的軸承損傷，也會(huì)引起軸承異常振動(dòng)噪聲。

4滾動(dòng)軸承異常振動(dòng)噪聲控制對(duì)策

4.1嚴(yán)格控制軸承本身的質(zhì)量問題

為了減少滾動(dòng)異常噪聲的產(chǎn)生，應(yīng)該嚴(yán)格對(duì)軸承的質(zhì)量進(jìn)行控制，防止其出現(xiàn)腐蝕和磨損等情況。在購置滾動(dòng)軸承以前要對(duì)其合格證書和軸承的型號(hào)、尺寸進(jìn)行仔細(xì)的審查，并要一一核實(shí)，保證軸承數(shù)量的完整和功能的齊全。另外，為了避免滾動(dòng)軸承品質(zhì)性缺陷的產(chǎn)生，還要做好滾動(dòng)軸承的保養(yǎng)和維護(hù)工作，避免由于人為原因而影響滾動(dòng)軸承的質(zhì)量。滾動(dòng)軸承使用之后要做好相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)和調(diào)查工作，保證滾動(dòng)軸承不存在潛在故障。

4.2適當(dāng)提高軸承精度

試驗(yàn)已驗(yàn)證，提高軸承的滾動(dòng)體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)的精度可降低軸承的噪聲。軸承各零件對(duì)軸承的振動(dòng)影響大致是：滾子、內(nèi)外環(huán)及保持架約為4：3：1的關(guān)系，所以要降低軸承振動(dòng)和噪聲，首先要提高滾動(dòng)體的精度，把滾子精度由原來的Ⅱ級(jí)提高到I級(jí)，軸承在主軸1250r/min時(shí)，其噪聲可降低約10dB（A）。

4.3嚴(yán)格控制軸承清潔度

電機(jī)行業(yè)有許多企業(yè)不重視清洗，大多數(shù)企業(yè)沒有專門的清洗設(shè)備，靠手工吹、掃或隨意清洗一下，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在一個(gè)不干凈的條件下裝配，既影響電動(dòng)機(jī)的內(nèi)表觀質(zhì)量，又會(huì)使軸承產(chǎn)生異響。為了控制清潔度，在電動(dòng)機(jī)裝配時(shí)，要對(duì)裝配的零部件，如機(jī)座、端蓋、軸承套、轉(zhuǎn)子及軸等進(jìn)行清洗。只有清洗干凈、通過驗(yàn)收合格的零部件才能裝配。

4.4保證配合適當(dāng)

外環(huán)在支承孔中的配合將直接影響固體聲的傳播。配合過緊不但提高了傳聲性，而且會(huì)使?jié)L道變形，影響其形狀誤差，使徑向間隙減小，噪聲增大。因而外環(huán)與支承孔的配合宜松些，同時(shí)合適的配合能使軸承與支承孔接觸處的油膜對(duì)外圈振動(dòng)產(chǎn)生阻尼。與軸承內(nèi)環(huán)相配合的軸頸的表面粗糙度和公差，應(yīng)符合所用軸承精度等級(jí)的要求，如不符合要求的軸頸上過緊的安裝了滾動(dòng)軸承，即使軸承零件制造精良，但軸頸的誤差不可避免會(huì)傳遞給內(nèi)環(huán)滾道，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)出顫振聲。因此，消除這類噪聲除了控制軸承本身的制造質(zhì)量外，還應(yīng)考慮軸頸的加工和裝配時(shí)的過盈量的控制。

結(jié)語

軸承振動(dòng)與噪聲的控制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響軸承振動(dòng)與噪聲的因素很多，各種因素可能會(huì)相互作用，試圖通過改善某一個(gè)影響因素而徹底解決軸承振動(dòng)與噪聲問題是不可能的，不能盲目而過分地強(qiáng)調(diào)某一個(gè)因素的作用，應(yīng)當(dāng)綜合分析，綜合控制。