軸承振動(dòng)與噪聲的綜合控制

軸承振動(dòng)與噪聲的綜合控制河南科技大學(xué)夏新濤浙江新昌2004.11（拋磚引玉，僅供參考）HAUST主要內(nèi)容序言軸承零件的質(zhì)量要求軸承裝配軸承潤滑軸承測(cè)量注意事項(xiàng)圓錐滾子軸承問題1序言基本概念低振動(dòng)軸承？低噪聲軸承？國外情況（日本等）異常聲定義？影響振動(dòng)值的主要因素綜合質(zhì)量反映！某一個(gè)因素的改善可以徹底解決軸承振動(dòng)問題？影響異常聲的主要因素誤差構(gòu)成（誤差三要素：幅值，頻率，方向）表面質(zhì)量構(gòu)成（加工質(zhì)量越高越好？）2軸承零件的質(zhì)量要求

鋼球問題鋼球制造業(yè)發(fā)展迅速，G10、G5等級(jí)儲(chǔ)備100%以上。主要問題在于表面和清潔度。Dw<6mm的小球Rz（0.015~0.025μm）。表面黑皮、褶皺、傷痕（細(xì)條，網(wǎng)狀，竹葉狀，太陽狀放射斑，500×干涉顯微鏡）。嚴(yán)重影響軸承音質(zhì)，要向鋼球廠提出供貨要求！要使用強(qiáng)化鋼球。2軸承零件的質(zhì)量要求套圈問題和鋼球質(zhì)量相比，套圈質(zhì)量對(duì)噪聲的影響明顯突出。套圈問題包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造質(zhì)量。制造質(zhì)量包括：加工精度，表面質(zhì)量。表面質(zhì)量包括：粗糙度，燒傷，創(chuàng)傷等表面缺陷。2軸承零件的質(zhì)量要求套圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外圈溝曲率半徑

Re<0.535Dw？

研究表明Re和Z關(guān)系如圖所示。2軸承零件的質(zhì)量要求內(nèi)圈溝曲率半徑

Ri<0.515Dw?

研究表明Re和Z的關(guān)系如圖所示。2軸承零件的質(zhì)量要求外圈擋邊直徑對(duì)噪聲的影響2軸承零件的質(zhì)量要求溝道直徑對(duì)于給定的軸承外部尺寸，溝道直徑過大或過小都使軸承噪聲增大，存在一個(gè)最佳溝道直徑，使軸承噪聲為最小。軸承噪聲溝道直徑2軸承零件的質(zhì)量要求游隙變化2軸承零件的質(zhì)量要求b.套圈的制造問題雙端面（基準(zhǔn)面）磨削與研磨平行度：<1μm，尺寸公差：<10μm。注：有利于無基準(zhǔn)磨削——后續(xù)磨削和超精加工溝道時(shí)，兩個(gè)端面均可以做定位基準(zhǔn)。

該要求使溝道質(zhì)量好（無砂輪花等）。2軸承零件的質(zhì)量要求外徑和內(nèi)外徑做定位表面時(shí)的要求

2-15濾波圓度誤差：0.3~2μm15~500濾波圓度誤差：0.07~0.5μm

注：在溝道磨削之前，定位表面要進(jìn)行精研加工。

2軸承零件的質(zhì)量要求溝道超精參數(shù)選擇

油石具有切削和光整的雙重能力。切削角的概念油石最大速度工件線速度θmax2軸承零件的質(zhì)量要求如何改善油石的切削能力？↑壓力、振動(dòng)頻率、擺角?！ぜD(zhuǎn)速?！河偷暮?。背景：大切削角，20°~40°，粗超精加工。2軸承零件的質(zhì)量要求如何改善油石的光整能力？↓壓力、振動(dòng)頻率、擺角?！ぜD(zhuǎn)速。↑機(jī)油的含量。背景：小切削角，5°~10°，精超精加工。絲紋的形成在超精結(jié)束前的2~4s，盡量減小振動(dòng)頻率。2軸承零件的質(zhì)量要求溝道宏觀誤差問題（單位：mm）

溝位置尺寸ae和ai公差：±0.01~±0.03

溝曲率半徑公差：±0.01~±0.03

溝道直徑公差：±0.006~±0.01~±0.015

溝道直徑的嚴(yán)重分散，意味著結(jié)構(gòu)尺寸的變更，可以改變鋼球的理想運(yùn)動(dòng)，改變鋼球和保持架的相對(duì)位置，導(dǎo)致音質(zhì)不穩(wěn)定。2軸承零件的質(zhì)量要求溝道粗糙度和波紋度問題（μm）

Ra<0.025;Ry

<0.25;Rz

<0.15。（對(duì)應(yīng)拉絲工藝、成品軸承潤滑等）

疏波波紋度<0.2;密波波紋度<0.02。

2軸承零件的質(zhì)量要求溝道缺陷問題

嚴(yán)重影響軸承音質(zhì)的因素：清洗不干凈，超精瘤，砂輪花，磨粒劃痕，燒傷點(diǎn)，短絲和斷絲等缺陷。應(yīng)用案例江蘇某軸承廠用磨削自動(dòng)線生產(chǎn)6305軸承，ZV4組達(dá)到85%，其中有異常聲的占37.5%，比例很高。經(jīng)拆套在40×顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)：2軸承零件的質(zhì)量要求表面缺陷分類件數(shù)合計(jì)內(nèi)圈溝道細(xì)劃痕：圓周3和軸向1417超精瘤7砂輪花6外圈溝道劃碰痕：竹葉狀，細(xì)條和黑印922超精瘤3溝邊缺陷，黑點(diǎn)，金屬夾雜物6清洗不干凈42軸承零件的質(zhì)量要求砂輪花控制油石切削能力不足↑油石壓力、頻率和擺角?！ぜD(zhuǎn)速、油石硬度。用粗粒度油石。磨削原因砂輪磨粒太粗，溝位置誤差太大，Se和Si太大。油石夾持松，擺動(dòng)中心不合適等。2軸承零件的質(zhì)量要求超精瘤控制超精瘤顏色和成因白瘤：研削屑燒結(jié)。黑瘤：油石金剛砂燒結(jié)。主要原因：溫度過高，>200℃措施↑煤油含量?！ぜD(zhuǎn)速、油石壓力?！ハ鞔植诙取埓?。盡量不使用白剛玉油石。2軸承零件的質(zhì)量要求拉絲問題

斷絲和短絲：油石太軟，工件轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，油石夾持松動(dòng)。

紋路粗細(xì)不均勻：油石磨粒粒度不均勻。2軸承零件的質(zhì)量要求絲子線狀淺劃痕1~1.5μm深。

油石或清洗液有雜質(zhì)，油石磨粒不均勻、有硬粒。溜子淺暗色條紋。

油石堵塞，由磨粒和鐵屑劃傷。應(yīng)選軟油石，應(yīng)增加煤油含量。亮帶發(fā)亮帶狀。

油石表面有粘結(jié)物。應(yīng)增加煤油含量。2軸承零件的質(zhì)量要求蝌蚪蝌蚪狀傷痕。

油石硬磨粒脫落后壓入。應(yīng)減小壓力，重選油石。拖尾尾巴狀劃痕。

油石松動(dòng)、超精結(jié)束時(shí)油石退回速度太慢造成。油石印圓周表面的有規(guī)律白色痕跡。油石松動(dòng)，工件轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，磨削振紋太深（油石切削能力太弱）。2軸承零件的質(zhì)量要求加工質(zhì)量與影響因素類型

實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來說，影響軸承噪聲的因素排序：結(jié)構(gòu)尺寸最大，宏觀誤差次之，微觀誤差最小。

內(nèi)圈和外圈居相同地位，鋼球次之。內(nèi)圈和外圈加工質(zhì)量要匹配好。2軸承零件的質(zhì)量要求

實(shí)驗(yàn)研究案例考慮三種因素，影響軸承噪聲因素排序：

溝曲率半徑（結(jié)構(gòu)尺寸）最大；

溝形誤差（宏觀誤差）次之；溝道表面粗糙度Ra（微觀誤差）最小。

原因分析：噪聲設(shè)計(jì)和疲勞壽命設(shè)計(jì)不同?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不是噪聲設(shè)計(jì)，使然。2軸承零件的質(zhì)量要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量

必須注意，目前，并非加工質(zhì)量越高越好，滿足一定的質(zhì)量即可。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性是最重要的。在正常潤滑條件下，由結(jié)構(gòu)本身問題產(chǎn)生的噪聲是基本噪聲，制造質(zhì)量問題使噪聲分散范圍增大。2軸承零件的質(zhì)量要求

一個(gè)無任何制造誤差的軸承也會(huì)產(chǎn)生噪聲和異常聲音，這和軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。一個(gè)重要原因是共振、阻尼振動(dòng)、摩擦、碰撞等。

當(dāng)制造和潤滑條件不變時(shí)，若噪聲不穩(wěn)定，則很有可能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，例如，軸承剛度沒有壓倒一切。3軸承裝配裝配車間環(huán)境

溫度（25℃左右），相對(duì)濕度（50%左右），清潔無灰塵。

分選與合套由儀器自動(dòng)完成，自動(dòng)裝配，以避免人為因素的干擾。合理設(shè)計(jì)注脂頭，注脂于溝道而非過梁。高速均勻油脂。3軸承裝配

最佳游隙。例如（僅供參考）：

6203軸承，一般合套游隙5~18μm，用于電機(jī)時(shí)4~11μm，加載游隙9~14μm。

4軸承潤滑注意油脂性質(zhì)

稠度，滴點(diǎn)，基礎(chǔ)油粘度。油脂性質(zhì)要和溝道質(zhì)量相匹配

例如，溝道粗糙度不是越小越好。拉絲工藝要滿足Ry要求。軸承設(shè)計(jì)與制造越精良，基礎(chǔ)油粘度可以越低，反之越高。潤滑脂因廠而宜。4軸承潤滑國外進(jìn)口潤滑脂與國內(nèi)潤滑脂

有優(yōu)劣區(qū)別嗎？

發(fā)達(dá)國家與落后國家軸承品質(zhì)不同，油品質(zhì)也不同。

專供中國市場(chǎng)！

猶如：國產(chǎn)DVD可以適應(yīng)國產(chǎn)盜版影碟，而進(jìn)口DVD僅和正版影碟相適應(yīng)。4軸承潤滑彈性流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)工作

無量綱潤滑膜參數(shù)Λ=h0/R0

h0為最小潤滑膜厚度，R0為摩擦副綜合粗糙度值。

接近流體潤滑：1.5<Λ<3

幾乎為流體潤滑：3<Λ<44軸承潤滑納米技術(shù)的應(yīng)用納米材料的基本概念磨粒尺寸1~100nm。

高擴(kuò)散性，易燒結(jié)性，低熔點(diǎn)，硬度大。

滾珠軸承作用（硬卵石般）。

薄膜潤滑作用。4軸承潤滑納米粒子添加劑潤滑材料

油酸修飾TiO2納米粒子添加劑，可以有效地提高GCr15軸承鋼的抗磨損能力。添加適量的經(jīng)修飾的5~50nm的TiO2納米粒子，可以修復(fù)表面缺陷，改善軸承振動(dòng)和音質(zhì)。

在重載軸承滾動(dòng)表面進(jìn)行Al2O3納米固體干膜處理后，顯著降低汽車軸承磨損。

……4軸承潤滑納米粒子添加劑超精液

在超精加工過程中，軸承零件滾動(dòng)表面會(huì)形成納米材料薄膜。常用的納米材料粒子

MoS2，WS2，TiO2，Al2O3，PbS……常用二烷基二硫代磷酸，二乙基已酸，油酸等做修飾劑4潤滑問題納米材料薄膜的作用

填補(bǔ)與修復(fù)表面的一些缺陷。減小摩擦因（系）數(shù)，減小摩擦力矩，減小摩擦與磨損。

改善高頻音質(zhì)。降低振動(dòng)和噪聲。

提高疲勞壽命。5軸承測(cè)量推薦三波段測(cè)量

50~300Hz,300~1800Hz,1800~10000Hz人耳聽閾范圍

20~20000Hz影響因素一一對(duì)應(yīng)？

圓度→低頻段，波紋度→中頻段，粗糙度→高頻段？5軸承測(cè)量誤差三要素

幅值（大小），頻率（狀態(tài)構(gòu)成），相位（方向）。對(duì)目前軸承的制造質(zhì)量而言，幅值已經(jīng)很小，而頻率成為影響噪聲和音質(zhì)的主要因素之一。（牛和驢的叫聲不同）

一個(gè)新概念：諧波。5軸承測(cè)量諧波

圓度、波紋度和粗糙度表示誤差的大小，不能表示誤差的構(gòu)成狀態(tài)。

諧波是誤差三要素的充分和統(tǒng)一體現(xiàn)。諧波幅值Fi描述誤差大小，諧波次數(shù)

i

描述誤差頻率，諧波也有相位αi。目前，諧波概念已經(jīng)出現(xiàn)在工藝文件中。5軸承測(cè)量

諧波應(yīng)用案例（608外圈）序號(hào)工序名稱要求（μm）1精磨外徑低次諧波<0.12精研外徑低次諧波<0.053精磨溝道低次諧波<0.14超精溝道低次諧波<0.05低次諧波：2~15（10）次諧波5軸承測(cè)量關(guān)于異常聲（特別提醒：僅供參考）

定義定義？感覺不舒服？疊加于固有聲和基礎(chǔ)聲之上？無定義則無標(biāo)準(zhǔn)，無標(biāo)準(zhǔn)則無指標(biāo)。測(cè)量指標(biāo)？峰值，峰值因數(shù)，峭度，脈沖因子，波形因子等？來自故障診斷理論！新軸承有故障？很多實(shí)驗(yàn)研究證明：耳聽為實(shí)，眼見為虛！6注意事項(xiàng)異曲同工與細(xì)微差別

不同的工藝可以生產(chǎn)出相似的產(chǎn)品，同樣的工藝可以生產(chǎn)出不盡相同的產(chǎn)品，這是因?yàn)橛泻芏鄦栴}的復(fù)雜性往往是無法預(yù)料和理解的。有時(shí)候，具體操作中的細(xì)微差別可能是最重要的原因。

許多問題的關(guān)鍵往往不在于技術(shù)本身，而在于人。6注意事項(xiàng)案例1軸承中含有硫物質(zhì)。原因1）高速磨削時(shí)，磨削熱高，滲硫砂輪中的硫和金屬發(fā)生反應(yīng)，生成化學(xué)反應(yīng)膜，該膜會(huì)脫落。原因2）該膜在超精時(shí)未被徹底去除掉。背景：某些含有硫、磷等活性元素的添加劑可能會(huì)對(duì)摩擦副產(chǎn)生腐蝕。

超精研時(shí)，一定要切除10μm厚的金屬層。6注意事項(xiàng)案例2軸承中含有銅物質(zhì)。原因：軸承裝配時(shí)，用銅金屬棒撥鋼球，使球均勻分布。銅金屬微粒粘附在鋼球和溝道表面，沒有清洗干凈。背景：銅金屬微粒混入潤滑脂中，使軸承產(chǎn)生異常聲響。6注意事項(xiàng)勤三上

古人云，凡事勤三上，即馬上、廁上、床上。下功夫，勤思考，善于學(xué)習(xí)，事半功倍。案例1磨削后溝道為何溝形誤差很大？砂輪磨損不均勻？砂輪質(zhì)量有問題？修整器有問題？修整器位置，受力，鋼帶打滑。6注意事項(xiàng)案例2超精后溝道為何溝形誤差大？磨削誤差的傳遞，包角太大，油石夾持問題。案例3溝道為何超不動(dòng)？鋼太硬？熱處理問題？油石太軟？太硬？磨削粗糙度太小？油石切削能力太弱？6注意事項(xiàng)知己知彼，百戰(zhàn)不殆

當(dāng)用戶反映軸承有問題時(shí)，要檢查自己設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)軸承的情況，也要了解用戶使用軸承情況。案例密封軸承為何漏油（脂）？原因1）潤滑脂滴點(diǎn)低。原因2）軸承實(shí)際工作溫度高于正常溫度。原因3）熱處理使套圈變形或膨脹變大。

6注意事項(xiàng)技術(shù)共享

在我國軸承行業(yè)，一般沒有可以保得住的技術(shù)秘密，除非你閉門謝客、孤芳自賞。天上有天，人上有人，最好是敞開胸懷，技術(shù)共享，相互促進(jìn)。

6注意事項(xiàng)

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，慘不忍睹，人在江湖，身不由己……

技術(shù)可以共享，但市場(chǎng)必須競(jìng)爭(zhēng)。7圓錐滾子軸承問題滾子軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滾子個(gè)數(shù)的增加。

大油溝的設(shè)計(jì)（要考慮滾子）。無大油溝結(jié)構(gòu)。

滾道和擋邊的凸度設(shè)計(jì)對(duì)回轉(zhuǎn)中心的影響。7圓錐滾子軸承問題滾子軸承的宏觀誤差

實(shí)驗(yàn)研究表明，在目前制造水平下，影響振動(dòng)和噪聲的宏觀誤差主要有：內(nèi)滾道尺寸誤差，Ke，Sd，內(nèi)圈溝道圓度誤差，內(nèi)圈波紋度等。