滚动轴承振动测量方法：新国标介绍与分析

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　　我国滚动轴承振动测量方法

　　老行标：
　　· JB/T5313-2001《滚动轴承 振动(速度)测量方法》
　　· JB/T5314-2002《滚动轴承 振动(加速度)测量方法》

　　新国标：
　　· GB/T24610.1-2009 《滚动轴承振动测量方法 第1部分：基础》
　　· GB/T24610.2-2009 《滚动轴承振动测量方法分第2部：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心球轴承》
　　· GB/T24610.3-2009 《滚动轴承振动测量方法 第3部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的调心滚子轴承和圆锥滚子轴承》
　　· GB/T24610.4-2009 《滚动轴承振动测量方法 第4部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的圆柱滚子轴承》

　　国外情况简介

　　· 美国国家标准ANSI/AFBMA Std.13-1987(R1997) 《滚动轴承振动和噪声测量方法》
　　· 日本工业标准JISB1548-1995 《滚动轴承A计权声压级测量方法》
　　· 德国工业标准DIN5426/1-1995 《滚动轴承 轴承的运转噪声 第1部分：固体声测量方法》

　　· ISO 15242-1:2004 《滚动轴承 滚动测量方法 第1部分：基础》
　　· ISO 15242-2:2004 《滚动轴承 滚动测量方法 第2部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心球轴承》
　　· ISO 15242-3:2006 《滚动轴承 滚动测量方法 第3部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的调心滚子轴承和圆锥滚子轴承》
　　· ISO 15242-4:2007 《滚动轴承 滚动测量方法 第4部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的圆柱滚子轴承》

　　新国标和老行标范围的比较

　　表1 新国标和老行标规定的范围

　　· 新国标增加了“单列调心球轴承”、“双列向心球轴承”、“双列调心滚子轴承”、“双列圆锥滚子轴承”和“双列圆柱滚子轴承”五类;
　　· 尺寸段划分参数：新国标以外径来划分;
　　· 尺寸段范围新国标要小于老行标;
　　· 单列圆柱滚子轴承覆盖结构形式与老行标基本相同。

　　新国标介绍及与老行标的比较

　　按老行标的思路介绍新国标的四大部分：

　　1. 引言部分
　　· 滚动轴承旋转时的振动是与运转条件相关的一种复杂的物理现象;在某一组条件下测量的单套轴承的振动值并不一定表征另一组条件下或该轴承成为一较大部件中的一个零件时的振动值。
　　· 可以认为轴承的结构振动是最终导致空气噪声产生的驱动源。
　　· 本标准仅列入了经过选择的、适用范围广的轴承结构振动的测量方法。
　　· 本标准方法的测振目的是制造过程诊断或产品质量评定。

　　2. 轴承振动测量的基本因素及影响测量的因素
　　(1) 轴承本身因素
　　轴承本身的因素，指的是轴承结构振动。这是本标准方法测量的目的。

　　(2) 测量过程因素
　　① 测量转速：设定轴承振动测量状态为：外圈静止、内圈以某一恒定转速旋转状态下测量，转速误差规定为设定值的+1%~-2% 。

　　表2 振动测量转速及频段的设定值

　　② 测量载荷：规定测量过程中应对轴承加载。载荷不能过小，也不能过大 。

　　表3 轴承振动测量载荷及载荷设定值

　　表4 新国标与老行标测量载荷设定值的比较

　　③ 传感器
　　· 所测参量为轴承外圈的径向振动。
　　· 传感器类型可以是位移、速度、加速度传感器三种中的任一种。
　　· 传感器分接触式与非接触式两种。接触式传感器应注意传感器测头的接触力不能过小[应大于ma，以防脱离]，也不能过大 [以防外圈约束]。同时应考虑测头的接触谐振出现在所测频率范围内。
　　· 位移传感器很难测出高频振动信号。而加速度传感器很难测出低频信号。速度型传感器是较适用的传感器。

　　(3) 测量方法和评定方法因素
　　· 标准设定测量的物理量为振动速度，r.m.s，单位为μm/s。
　　· 在1800r/min的测量转速下，频率的范围为50Hz~10000 Hz。在900r/min的测量转速下，频率的范围为50Hz~5000 Hz。频带划分见上表2所示。
　　· 可以将峰值或尖锐脉冲的测量，作为一种补充选项。
　　· 传感器频响特性：机电传感器的频响应在图1规定的范围内。

　　X为频率，Hz;Y为输出信号/振动速度，dB

　　图1 传感器频率响应特性

　　· 传感器的幅值线性误差应≤10%
　　· 传感器的灵敏度：与电子装置匹配的传感器灵敏度应限定在±5%之内。
　　· 电子装置的滤波特性应在图2规定的极限范围内。

　　X为截止频率，Hz;Y为衰减量，dB

　　图2 滤波器特性

　　· 振动值应在振动达到稳定状态、测试时间大于0.5s时读取。
　　· 稳定状态：振动值在平均值附近只有偶然的随机波动。
　　· 平均值为均方根值(r.m.s.)。
　　· 应在开始测试的5min内达到稳定状态。
　　· 施加轴向载荷测振的各类轴承，应在外圈的一侧施加轴向载荷，然后在外圈的另一侧施加轴向载荷进行重复测试。单列圆锥滚子轴承和单列角接触球轴承在可承受轴向载荷的方向上进行测试。
　　· 施加径向载荷测振的各类轴承，在施加径向载荷的同时，应施加一个不大于 30N的轴向载荷，以确保轴承运转平稳。双列圆柱滚子轴承如果结构允许，在外圈的另一侧施加轴向载荷进行重复测试。
　　· 用于诊断分析时，应多点测试。
　　· 各面、各点中最大值作为评价值。

　　(4) 润滑和清洁度因素
　　· 预润滑轴承，应在供货状态下测试。
　　· 清洗：未经预润滑的轴承，应进行有效清洗。不要引入污染物或其它振源。
　　· 润滑：测试前，轴承应使用清洁的(过滤精度不低于0.8μm)、公称粘度在10mm2/S~100 mm2/S之间的润滑油进行充分润滑。
　　· 清洗和润滑，也适用于对预润滑轴承的诊断分析测试。

　　(5) 测试环境
　　不影响振动测试的室温环境。

　　(6) 测试装置因素
　　· 要求主轴(包括心轴)和轴承内圈之间的振动传递与所测量的振动速度相比，可以忽略不计。
　　· 心轴的公差为f5级，且具有最小的几何误差，确保心轴以滑配装入轴承内孔。
　　· 加载机构：施加载荷的加载系统的设计与结构，不应约束外圈的振动， 使外圈的振动本质上处于自由状态。
　　· 轴向载荷的对中精度

　　图3 载荷轴线相对于轴承内圈旋转轴线的偏差

　　· 轴向载荷的对中精度

　　表5 载荷轴线相对于轴承内圈旋转轴线的偏差值

　　· 径向载荷的对中精度

　　图4 径向载荷的加载方向及轴向位置的偏差

　　· 径向载荷的对中精度

　　表6 径向载荷的加载方向和轴向位置的偏差值

　　· 传感器的轴向位置和测量方向
　　设定的轴向位置：在外圈外表面上且对应于受载外圈滚道与滚动体接触处的中部平面上

　　(a) 向心球轴承

　　(b) 调心和圆锥滚子轴承

　　(c) 圆柱滚子轴承

　　图5 传感器设定的轴向位置

　　· 传感器的轴向位置和测量方向：替代位置【仅适用于角接触球轴承和双列调心球轴承】：外圈宽度的中心位置。

　　图6 传感器设定的替代位置

　　· 传感器的轴向位置偏差和测量方向
　　轴向位置偏差：
　　B≤70mm：±0.5mm
　　B>70mm：±1.0mm

　　测量方向：
　　施加轴向载荷测量时：垂直于旋转轴线，在任何方向与径向中心线的偏差不应超过5°

　　图7 施加轴向载荷测量时传感器的方向

　　· 施加径向载荷测量时：在径向载荷合力方向的轴向平面上，垂直于旋转轴线，在任何方向与径向中心线的偏差不应超过5°

　　图8 施加径向载荷测量时传感器的方向

　　(7) 系统部件和系统性能因素
　　① 需标定的部件及项目
　　a. 驱动单元
　　  · 主转速速
　　  · 主转的运动误差和残余振动
　　  · 心轴

　　b. 加载单元
　　  · 载荷大小
　　  · 加载方向的对中
　　  · 加载点的位置

　　c. 传感器
　　  · 灵敏度和幅值线性度
　　  · 频率响应
　　  · 方向和位置

　　d. 电子单元
　　  · 放大倍数和线性度
　　  · 频率特性
　　  · 仪表或数字显示器的指示精度(示值误差)

　　② 仪器的标定应有文件化的标定程序管理，振动测量时，仪器的标定应在标定有效期内。

　　③ 标定或校准应追溯到国际或国家测量标准。系统中的每一部分应保持在原设计状态。

　　④ 系统性能：测量的重复性应在平均测值的±10%以内。

　　速度型测振仪对新国标适应性

　　1. 传感器
　　各项性能与要求均能满足新国标的要求。

　　2. 电子装置
　　用于1800r/min和900r/min条件下测试的电子装置，均能满足新国标的要求。
　　  · 轴向载荷力：BVT-1A型和BVT-5型基本能满足外径≤Φ100mm的轴承振动测量;外径大于Φ100mm的轴承，目前尚不能完全满足新国标的要求。
　　  · 径向载荷力：目前HBRC的BVT-5型和BVT-6型均基本能满足新国标的要求。
　　  · 转速：BVT-6型仪器转速能提到1800 r/min，只要通过更换皮带轮或增加变频器就行了。转速能满足新国标要求。

　　新国标实施的可能性与应该注意的问题

　　该四项新国标是非常优秀的标准，考虑因素较全面，也较合适。能给轴承制造厂和用户提供一个较完善、较合适的测振方法。但应注意以下几点：
　　  · 轴承振动技术条件标准匹配的问题
　　  · 新国标中许多地方出现了“由制造厂和客户协商确定”的条款，在技术条件标准中，必须申明、讲明某些协商条款的确定性。
　　  · 由于评定值定义的变化，故用现有技术条件标准考核，合格率会下降。

　　本文根据杭州轴承试验研究中心检测实验室陈芳华的PPT讲义《“滚动轴承振动测量方法”新国标介绍与分析》编辑而成