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滚动轴承振动测试仪简论

发布时间：2010-10-18 浏览次数：1420

作者：楼望建　单位：宁波科技园区中策仪器厂

　　一﹑滚动轴承振动基本原理
　　滚动轴承的振动是非常复杂的随机的机械现象。迄今为止，总的轴承振动理论还未建立，轴承振动理论是公认的尚不成熟的轴承基础理论之一。振动既是一种质量评判标准，依据它，可以为轴承质量划分等级，振动又是轴承制造过程中的一种质量控制手段。在轴承领域，低振动低噪音轴承技术在全球范围内是一门热门技术。
　　轴承振动理论要解决的基本问题是，依据滚道和滚动体表面缺陷的谐波频谱来确定整个轴承的振动频谱。轴承振动频谱的特点是谱线处处密实，个别频点幅值明显，轴承振动频谱的同一种谐波可由滚道和滚动体波纹度谐波的各种组合及单一缺陷决定。因此，按照轴承振动频谱的参数来确定引起振动的那些缺陷问题是多值性的，不是单值性的，因而也是不可解的。
　　引起滚动轴承振动的原因很复杂，大量理论研究和试验研究表明，滚动轴承的基本振源是：滚道和滚动体的圆形偏差及波纹度；破坏接触区润滑油膜的滚道和滚动体粗糙表面相互作用的微观凸起；污染杂质颗粒；轴承旋转时刚度的变化；保持架旋转时的摆动。
　　深沟球轴承使用面Z广使用量Z大，如何减小深沟球轴承的振动和噪音有许多成熟的措施。这些措施包括：提高滚道的圆度，波纹度和粗糙度；采用波纹度，粗糙度和球形偏差较好的且经过表面强化的钢球；控制好内外径，内外沟径，钢球规值和轴承游隙的尺寸公差误差；采用低振动低噪音的润滑油脂；采用内外滚道不同的沟曲率半径和提高沟形偏差；提高清洁度；采用塑料保持架；采用兜孔形状为真圆，兜孔间隙较小，板宽尺寸较大的冲压保持架；采用外径尺寸与形状严加控制的密封圈或防尘圈；严格控制零件表面的磕碰伤。
　　二、轴承测振仪测量原理
　　轴承在测量时内圈以某一恒定转速旋转，外圈被固定，传感器接触到轴承外圈并跟随外圈一起振动。传感器把拾取到的机械信号转化成电子信号并输送给电子测量仪器，经过运算处理后，电子测量仪器把振动数值（有效值，峰值）显示在表头上，把振动波形显示在示波器上，把振动噪音通过喇叭发声出来。
　　轴承测振仪主要由五个部分组成：一是主轴系统，作用是驱动轴承内圈旋转。二是径向和轴向加载装置，作用是固定轴承外圈，并给予一定的预紧力。测深沟球轴承，只需轴向加载，测圆柱滚子轴承，还需径向加载。三是传感器调整装置，作用是使传感器上下前后灵活移动，测量时传感器应处在适当位置。四是传感器，作用是拾取轴承振动信号。五是电子测量仪器，作用是运算振动信号，并以数值﹑波形和声音的方式显示出来。
　　三、轴承测振仪分类
　　轴承测振仪按被测轴承类型分，可分为深沟球轴承测振仪﹑圆锥滚子轴承测振仪﹑轴连轴承测振仪等。
　　轴承测振仪按被测轴承尺寸大小分，可分为微型轴承测振仪、小型轴承测振仪，中型轴承测振仪，大型轴承测振仪。大型测振仪主轴尺寸大、转速低。
　　轴承测振仪按表示振动的物理参数分，可分为加速度测振仪和速度测振仪。前者采用速度传感器拾取轴承振动信号，电子测量仪器分成三个频带；后者采用加速度计，电子测量仪器频带为单个频带（50Hz-10KHz）。
　　四、轴承测振仪的基本要求
　　测振仪的基本要求，概括起来一句话：测值要准，听噪音要清晰。要做到这一点，须注重以下几个方面：
　　1、轴承测振仪自身振动即基础振动要低。
　　2、主轴回转精度要高，测低噪音，特别是静音轴承的测振仪，主轴回转精度一般要控制在径向跳动误差<1um，轴向跳动误差<3um，非常高的主轴回转精度是测值真实可信的保证。
　　3、主轴刚度要大，主轴刚度好，意味着测值稳定且重复性好。
　　4、主轴转动要灵活轻便，不能有阻滞现象，主轴转动灵活性好的测振仪分辨力高，噪音听起来清晰逼真。
　　5、轴向负荷与主轴回转中心线同轴度要好，径向负荷须经过轴承的几何圆心，确保被测轴承运转平稳。
　　6、电子测量仪器抗干拢能力要强，随着轴承质量的提高，振动信号愈来愈小了，特别是静音轴承，振动信号更加弱小,这对电子仪器的抗干扰性能提出了更高要求。
　　7、电子测量仪器的标定要正确，测值要真实，既不能偏大，也不能人为缩小。
　　8、传感器的幅频特性在50Hz到10KHz范围内要平坦。
　　五、轴承测振仪的发展趋势
　　目前国内测振仪大都手动操作，随着测试技术的发展和轴承振动理论的完善，未来的测振仪朝着自动化和智能化方向发展。自动化是指轴承自动上料下料，自动反转，自动多点测试。要做到这一点并不是高不可攀，事实上，半自动化的测振仪已研发成功并投入使用，但要开发完善的自动化测振仪，还有很长的路要走。智能化测振仪要解决的基本问题是如何自动识别轴承的制造缺陷。导致轴承振动偏大的问题在内圈还是外圈？是滚动体还是油脂？如测振仪能自动识别这一点，这对轴承制造商控制质量来说是个福音。遗憾的是尽管许多人在探索这个问题，但迄今为止，在全球还未有成功案例，关键原因是轴承振动基础理论还未完善建立，已有的诸多轴承振动数学模型都有一定的局限性。分析轴承的特征频率有助于进一步认识振动的本质，时域和频域的信号分析方法为研究轴承振动信号提供了方便，借助它们来研发智能化测振仪还处于偿试阶段。