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滾動軸承振動測量方法：新國標(biāo)介紹與分析

2018-10-31

我國滾動軸承振動測量方法

　　老行標(biāo)：
　　JB/T5313-2001《滾動軸承 振動（速度）測量方法》
　　JB/T5314-2002《滾動軸承 振動（加速度）測量方法》

　　新國標(biāo)：
　　GB/T24610.1-2009 《滾動軸承振動測量方法 第1部分：基礎(chǔ)》
　　GB/T24610.2-2009 《滾動軸承振動測量方法分第2部：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承》
　　GB/T24610.3-2009 《滾動軸承振動測量方法 第3部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承》
　　GB/T24610.4-2009 《滾動軸承振動測量方法 第4部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的圓柱滾子軸承》
　　國外情況簡介
　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AFBMA Std.13-1987（R1997） 《滾動軸承振動和噪聲測量方法》
　　日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISB1548-1995 《滾動軸承A計權(quán)聲壓級測量方法》
　　德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN5426/1-1995 《滾動軸承 軸承的運轉(zhuǎn)噪聲 第1部分：固體聲測量方法》

　　ISO 15242-1:2004 《滾動軸承 滾動測量方法 第1部分：基礎(chǔ)》
　　ISO 15242-2:2004 《滾動軸承 滾動測量方法 第2部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承》
　　ISO 15242-3:2006 《滾動軸承 滾動測量方法 第3部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承》
　　ISO 15242-4:2007 《滾動軸承 滾動測量方法 第4部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的圓柱滾子軸承》
　　新國標(biāo)和老行標(biāo)范圍的比較

表1 新國標(biāo)和老行標(biāo)規(guī)定的范圍

　　新國標(biāo)增加了“單列調(diào)心球軸承”、“雙列向心球軸承”、“雙列調(diào)心滾子軸承”、“雙列圓錐滾子軸承”和“雙列圓柱滾子軸承”五類；
　　尺寸段劃分參數(shù)：新國標(biāo)以外徑來劃分；
　　尺寸段范圍新國標(biāo)要小于老行標(biāo)；
　　單列圓柱滾子軸承覆蓋結(jié)構(gòu)形式與老行標(biāo)基本相同。
　　新國標(biāo)介紹及與老行標(biāo)的比較
　　按老行標(biāo)的思路介紹新國標(biāo)的四大部分：

　　1. 引言部分
　　滾動軸承旋轉(zhuǎn)時的振動是與運轉(zhuǎn)條件相關(guān)的一種復(fù)雜的物理現(xiàn)象；在某一組條件下測量的單套軸承的振動值并不一定表征另一組條件下或該軸承成為一較大部件中的一個零件時的振動值。
　　可以認為軸承的結(jié)構(gòu)振動是Z終導(dǎo)致空氣噪聲產(chǎn)生的驅(qū)動源。
　　本標(biāo)準(zhǔn)僅列入了經(jīng)過選擇的、適用范圍廣的軸承結(jié)構(gòu)振動的測量方法。
　　本標(biāo)準(zhǔn)方法的測振目的是制造過程診斷或產(chǎn)品質(zhì)量評定。

　　2. 軸承振動測量的基本因素及影響測量的因素
　　(1) 軸承本身因素
　　軸承本身的因素，指的是軸承結(jié)構(gòu)振動。這是本標(biāo)準(zhǔn)方法測量的目的。

　　(2) 測量過程因素
　?、?測量轉(zhuǎn)速：設(shè)定軸承振動測量狀態(tài)為：外圈靜止、內(nèi)圈以某一恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測量，轉(zhuǎn)速誤差規(guī)定為設(shè)定值的+1%~-2% 。

表2 振動測量轉(zhuǎn)速及頻段的設(shè)定值

　?、?測量載荷：規(guī)定測量過程中應(yīng)對軸承加載。載荷不能過小，也不能過大 。

表3 軸承振動測量載荷及載荷設(shè)定值

表4 新國標(biāo)與老行標(biāo)測量載荷設(shè)定值的比較

　?、?傳感器
　　所測參量為軸承外圈的徑向振動。
　　傳感器類型可以是位移、速度、加速度傳感器三種中的任一種。
　　傳感器分接觸式與非接觸式兩種。接觸式傳感器應(yīng)注意傳感器測頭的接觸力不能過小[應(yīng)大于ma，以防脫離]，也不能過大 [以防外圈約束]。同時應(yīng)考慮測頭的接觸諧振出現(xiàn)在所測頻率范圍內(nèi)。
　　位移傳感器很難測出高頻振動信號。而加速度傳感器很難測出低頻信號。速度型傳感器是較適用的傳感器。

　　(3) 測量方法和評定方法因素
　　標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定測量的物理量為振動速度，r.m.s，單位為μm/s。
　　在1800r/min的測量轉(zhuǎn)速下，頻率的范圍為50Hz~10000 Hz。在900r/min的測量轉(zhuǎn)速下，頻率的范圍為50Hz~5000 Hz。頻帶劃分見上表2所示。
　　可以將峰值或尖銳脈沖的測量，作為一種補充選項。
　　傳感器頻響特性：機電傳感器的頻響應(yīng)在圖1規(guī)定的范圍內(nèi)。

X為頻率，Hz；Y為輸出信號/振動速度，dB
圖1 傳感器頻率響應(yīng)特性

　　傳感器的幅值線性誤差應(yīng)≤10%
　　傳感器的靈敏度：與電子裝置匹配的傳感器靈敏度應(yīng)限定在±5%之內(nèi)。
　　電子裝置的濾波特性應(yīng)在圖2規(guī)定的極限范圍內(nèi)。

X為截止頻率，Hz；Y為衰減量，dB
圖2 濾波器特性

　　振動值應(yīng)在振動達到穩(wěn)定狀態(tài)、測試時間大于0.5s時讀取。
　　穩(wěn)定狀態(tài)：振動值在平均值附近只有偶然的隨機波動。
　　平均值為均方根值（r.m.s.）。
　　應(yīng)在開始測試的5min內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　施加軸向載荷測振的各類軸承，應(yīng)在外圈的一側(cè)施加軸向載荷，然后在外圈的另一側(cè)施加軸向載荷進行重復(fù)測試。單列圓錐滾子軸承和單列角接觸球軸承在可承受軸向載荷的方向上進行測試。
　　施加徑向載荷測振的各類軸承，在施加徑向載荷的同時，應(yīng)施加一個不大于   30N的軸向載荷，以確保軸承運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。雙列圓柱滾子軸承如果結(jié)構(gòu)允許，在外圈的另一側(cè)施加軸向載荷進行重復(fù)測試。
　　用于診斷分析時，應(yīng)多點測試。
　　各面、各點中Z大值作為評價值。

　　(4) 潤滑和清潔度因素
　　預(yù)潤滑軸承，應(yīng)在供貨狀態(tài)下測試。
　　清洗：未經(jīng)預(yù)潤滑的軸承，應(yīng)進行有效清洗。不要引入污染物或其它振源。
　　潤滑：測試前，軸承應(yīng)使用清潔的（過濾精度不低于0.8μm）、公稱粘度在10mm²/S~100 mm²/S之間的潤滑油進行充分潤滑。
　　清洗和潤滑，也適用于對預(yù)潤滑軸承的診斷分析測試。

　　(5) 測試環(huán)境
　　不影響振動測試的室溫環(huán)境。

　　(6) 測試裝置因素 　
　　要求主軸（包括心軸）和軸承內(nèi)圈之間的振動傳遞與所測量的振動速度相比，可以忽略不計。
　　心軸的公差為f5級，且具有Z小的幾何誤差，確保心軸以滑配裝入軸承內(nèi)孔。
　　加載機構(gòu)：施加載荷的加載系統(tǒng)的設(shè)計與結(jié)構(gòu)，不應(yīng)約束外圈的振動， 使外圈的振動本質(zhì)上處于自由狀態(tài)。
　　軸向載荷的對中精度

圖3 載荷軸線相對于軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)軸線的偏差

　　軸向載荷的對中精度

表5  載荷軸線相對于軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)軸線的偏差值

　　徑向載荷的對中精度

圖4 徑向載荷的加載方向及軸向位置的偏差
 

　　徑向載荷的對中精度

表6 徑向載荷的加載方向和軸向位置的偏差值

　　傳感器的軸向位置和測量方向
　　設(shè)定的軸向位置：在外圈外表面上且對應(yīng)于受載外圈滾道與滾動體接觸處的中部平面上

圖5 傳感器設(shè)定的軸向位置

　　傳感器的軸向位置和測量方向：替代位置【僅適用于角接觸球軸承和雙列調(diào)心球軸承】：外圈寬度的中心位置。

圖6 傳感器設(shè)定的替代位置

　　傳感器的軸向位置偏差和測量方向
　　軸向位置偏差：
　　B≤70mm：±0.5mm   
　　B>70mm：±1.0mm

　　測量方向：
　　施加軸向載荷測量時：垂直于旋轉(zhuǎn)軸線，在任何方向與徑向中心線的偏差不應(yīng)超過5°

圖7 施加軸向載荷測量時傳感器的方向

　　施加徑向載荷測量時：在徑向載荷合力方向的軸向平面上，垂直于旋轉(zhuǎn)軸線，在任何方向與徑向中心線的偏差不應(yīng)超過5°

圖8 施加徑向載荷測量時傳感器的方向

　　(7) 系統(tǒng)部件和系統(tǒng)性能因素
　?、?需標(biāo)定的部件及項目
　　a. 驅(qū)動單元
　　主轉(zhuǎn)速速
　　主轉(zhuǎn)的運動誤差和殘余振動
　　心軸

　　b. 加載單元
　　載荷大小
　　加載方向的對中
　　加載點的位置

　　c. 傳感器
　　靈敏度和幅值線性度
　　頻率響應(yīng)
　　方向和位置

　　d. 電子單元
　　放大倍數(shù)和線性度
　　頻率特性
　　儀表或數(shù)字顯示器的指示精度（示值誤差）

　?、?儀器的標(biāo)定應(yīng)有文件化的標(biāo)定程序管理，振動測量時，儀器的標(biāo)定應(yīng)在標(biāo)定有效期內(nèi)。

　　③ 標(biāo)定或校準(zhǔn)應(yīng)追溯到或國家測量標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)中的每一部分應(yīng)保持在原設(shè)計狀態(tài)。

　　④ 系統(tǒng)性能：測量的重復(fù)性應(yīng)在平均測值的±10%以內(nèi)。
　　速度型測振儀對新國標(biāo)適應(yīng)性
　　1. 傳感器
　　各項性能與要求均能滿足新國標(biāo)的要求。

　　2. 電子裝置
　　用于1800r/min和900r/min條件下測試的電子裝置，均能滿足新國標(biāo)的要求。 
　　軸向載荷力：BVT-1A型和BVT-5型基本能滿足外徑≤Φ100mm的軸承振動測量；外徑大于Φ100mm的軸承，目前尚不能完全滿足新國標(biāo)的要求。
　　徑向載荷力：目前HBRC的BVT-5型和BVT-6型均基本能滿足新國標(biāo)的要求。
　　轉(zhuǎn)速：BVT-6型儀器轉(zhuǎn)速能提到1800 r/min，只要通過更換皮帶輪或增加變頻器就行了。轉(zhuǎn)速能滿足新國標(biāo)要求。
　　新國標(biāo)實施的可能性與應(yīng)該注意的問題
　　該四項新國標(biāo)是非常優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，考慮因素較全面，也較合適。能給軸承制造廠和用戶提供一個較完善、較合適的測振方法。但應(yīng)注意以下幾點：
　　軸承振動技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)匹配的問題
　　新國標(biāo)中許多地方出現(xiàn)了“由制造廠和客戶協(xié)商確定”的條款，在技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)中，必須申明、講明某些協(xié)商條款的確定性。
　　由于評定值定義的變化，故用現(xiàn)有技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)考核，合格率會下降。

　　本文根據(jù)杭州軸承試驗研究中心檢測實驗室陳芳華的PPT講義《“滾動軸承振動測量方法”新國標(biāo)介紹與分析》編輯而成。

（來源：聲振之家）