軸承結構對振動與噪聲的影響
2016-01-13
1.滾道聲
滾道聲是由于軸承旋轉時滾動體在滾道中滾動而激發出一種平穩且連續性的噪聲，只有當其聲壓級或聲調極大時才引起人們注意。其實滾道聲所激發的聲能是有限的，如在正常情況下，優質的6203軸承滾道聲為25～27dB。這種噪聲以承受徑向載荷的單列深溝球軸承為最典型，它有以下特點：a.噪聲、振動具有隨機性；b.振動頻率在1kHz以上；c.不論轉速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級則隨轉速增加而提高；d.當徑向游隙增大時，聲壓級急劇增加；e. 軸承座剛性增大，總聲壓級越低，即使轉速升高，其總聲壓級也增加不大；f.潤滑劑粘度越高，聲壓級越低，但對于脂潤滑，其粘度、皂纖維的形狀大小均能影響噪聲值。
滾道聲產生源在于受到載荷后的套圈固有振動所致。由于套圈和滾動體的彈性接觸構成非線性振動系統。當潤滑或加工精度不高時就會激發與此彈性特征有關的固有振動，傳遞到空氣中則變為噪聲。眾所周知，即使是采用了當代最高超的制造技術加工軸承零件，其工作表面總會存在程度不一的微小幾何誤差，從而使滾道與滾動體間產生微小波動激發振動系統固有振動。盡管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正確選用軸承及精確使用軸承使之降噪減振。
2.落體滾動聲
該噪聲一般情況下，大都出現在低轉速下且承受徑向載荷的大型軸承。當軸承在徑向載荷下運轉，軸承內載荷區與非載荷區，若軸承具有一定徑向游隙時，非載荷區的滾動體與內滾道不接觸，但因離心力的作用則可能與外圈接觸，為此，在低轉速下，當離心力小于滾動體自重時，滾動體會落下并與內滾道或保持架碰撞且激發軸承的固有振動和噪聲，并且有以下特點：a.脂潤滑時易產生，油潤滑時不易產生。當用劣質潤滑脂時更易產生。b.冬季常常發生。c.對于只作用徑向載荷且徑向游隙較大時也易產生。d.在某特定范圍內也會產生且不同尺寸的軸承其速度范圍也不同。e.可能是連續聲亦可能是斷續聲。f.該強迫振動常激發外圈的二階、三階彎曲固有振動，從而發出該噪聲。通過采用預載荷方法可有效降低該噪聲，減少裝機后軸承工作徑向游隙，選用良好潤滑劑亦能有所改善，有些國外企業采用輕型滾動體，如陶瓷滾子或空心滾子等技術措施來防止這種噪聲的產生。
3.尖鳴聲
它是金屬間滑動摩擦產生相當劇烈的尖叫聲，盡管此時軸承溫升不高，對軸承壽命和潤滑脂壽命也無多大影響，也不影響旋轉，但不悅耳聲令人不安，尤其是承受徑向載荷的大型短圓柱滾子軸承常有此噪聲，其特點為：a.軸承徑向游隙大時易產生。b.通常出現在脂潤滑中，油潤滑則較罕見。c.隨著軸承尺寸增大而減小，且常在某轉速范圍內出現。d.冬季時常出現。e.它的出現是無規則的，和不可預知的，并且與填脂量及性能、安裝運轉條件有關。這種噪聲可采用減少軸承徑向游隙和采用淺度外圈滾道結構來防止。
4.保持架聲
在軸承旋轉過程中保持架的自由振動以及它與滾動體或套圈相撞擊就會發出此噪聲。它在各類軸承中都可能出現，但其聲壓級不太高而且是低頻率的。其特點是： a.沖壓保持架及塑料保持架均可產生。b.不論是稀油還是脂潤滑均會出現。c.當外圈承受彎矩時最易發生。d.徑向游隙大時容易出現。
由于保持架兜孔間隙及保持架與套圈間隙在軸承成品中不可避免的要存在，因此徹底消除保持架聲十分困難，但可通過減少裝配誤差，優選合理的間隙和保持架竄動量來改善。
另一種保持架特殊聲是由于保持架與其他軸承零件引導面間的摩擦引發保持架的自激振動而發生的喧囂聲。深溝球軸承的沖壓保持架較薄，在徑向和軸向平面內的彎曲剛度較低，整體穩定性差，軸承高速旋轉時就會因彎曲變形而產生自激振動，引起“蜂鳴聲”。
當軸承在徑向載荷作用下且油脂性能差的情況下，運轉初期會聽到“咔嚓、咔嚓”的噪聲，這主要是由于滾動體在離開載荷區后，滾動體突然加速而與保持架相撞而發出的噪聲，這種撞擊聲不可避免但隨著運轉一段時間后會消失。
防止保持架噪聲措施如下：
a.為使保持架公轉運動穩定，應盡量采用套圈引導方式并注意給予引導面的充分潤滑，對高速工況下的圓錐滾子軸承結構給予改進，將滾子引導的L型保持架改為套圈擋邊引導的Z型保持架。
b.軸承高速旋轉時，兜孔間隙大的軸承其保持架振動振幅遠大于兜孔間隙小的保持架振動振幅，所以兜孔間隙取值尤為重要。
c.要注意盡量減小徑向游隙。
d.盡量提高保持價制造精度，改善保持架表面質量，有利于減小滾動體與保持架發生碰撞或摩擦產生的噪聲。
e.積極采用先進的清洗技術，對零配件和合套后的產品進行有效徹底的清洗，提高軸承的潔凈度。
5.滾動體通過振動
當軸承在徑向載荷作用下運轉，其內部只有若干個滾動體承受載荷，由于與套圈的彈性接觸構成的“彈簧”支承使滾動體在通過徑向載荷作用線產生了周期性振動，而轉軸中心因此會上下垂直移動或做水平方向移動，同時引發噪聲。這類振動稱之為滾動體通過振動，尤其是在低速運轉時表現更為明顯。
而其振幅則與軸承類型、徑向載荷、徑向游隙及滾動體數目有關。通常該振幅較小，若振幅大時才形成危害，為此常采用減小徑向游隙或施加適當的預載荷來降低。
滾道聲是由于軸承旋轉時滾動體在滾道中滾動而激發出一種平穩且連續性的噪聲，只有當其聲壓級或聲調極大時才引起人們注意。其實滾道聲所激發的聲能是有限的，如在正常情況下，優質的6203軸承滾道聲為25～27dB。這種噪聲以承受徑向載荷的單列深溝球軸承為最典型，它有以下特點：a.噪聲、振動具有隨機性；b.振動頻率在1kHz以上；c.不論轉速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級則隨轉速增加而提高；d.當徑向游隙增大時，聲壓級急劇增加；e. 軸承座剛性增大，總聲壓級越低，即使轉速升高，其總聲壓級也增加不大；f.潤滑劑粘度越高，聲壓級越低，但對于脂潤滑，其粘度、皂纖維的形狀大小均能影響噪聲值。
滾道聲產生源在于受到載荷后的套圈固有振動所致。由于套圈和滾動體的彈性接觸構成非線性振動系統。當潤滑或加工精度不高時就會激發與此彈性特征有關的固有振動，傳遞到空氣中則變為噪聲。眾所周知，即使是采用了當代最高超的制造技術加工軸承零件，其工作表面總會存在程度不一的微小幾何誤差，從而使滾道與滾動體間產生微小波動激發振動系統固有振動。盡管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正確選用軸承及精確使用軸承使之降噪減振。
2.落體滾動聲
該噪聲一般情況下，大都出現在低轉速下且承受徑向載荷的大型軸承。當軸承在徑向載荷下運轉，軸承內載荷區與非載荷區，若軸承具有一定徑向游隙時，非載荷區的滾動體與內滾道不接觸，但因離心力的作用則可能與外圈接觸，為此，在低轉速下，當離心力小于滾動體自重時，滾動體會落下并與內滾道或保持架碰撞且激發軸承的固有振動和噪聲，并且有以下特點：a.脂潤滑時易產生，油潤滑時不易產生。當用劣質潤滑脂時更易產生。b.冬季常常發生。c.對于只作用徑向載荷且徑向游隙較大時也易產生。d.在某特定范圍內也會產生且不同尺寸的軸承其速度范圍也不同。e.可能是連續聲亦可能是斷續聲。f.該強迫振動常激發外圈的二階、三階彎曲固有振動，從而發出該噪聲。通過采用預載荷方法可有效降低該噪聲，減少裝機后軸承工作徑向游隙，選用良好潤滑劑亦能有所改善，有些國外企業采用輕型滾動體，如陶瓷滾子或空心滾子等技術措施來防止這種噪聲的產生。
3.尖鳴聲
它是金屬間滑動摩擦產生相當劇烈的尖叫聲，盡管此時軸承溫升不高，對軸承壽命和潤滑脂壽命也無多大影響，也不影響旋轉，但不悅耳聲令人不安，尤其是承受徑向載荷的大型短圓柱滾子軸承常有此噪聲，其特點為：a.軸承徑向游隙大時易產生。b.通常出現在脂潤滑中，油潤滑則較罕見。c.隨著軸承尺寸增大而減小，且常在某轉速范圍內出現。d.冬季時常出現。e.它的出現是無規則的，和不可預知的，并且與填脂量及性能、安裝運轉條件有關。這種噪聲可采用減少軸承徑向游隙和采用淺度外圈滾道結構來防止。
4.保持架聲
在軸承旋轉過程中保持架的自由振動以及它與滾動體或套圈相撞擊就會發出此噪聲。它在各類軸承中都可能出現，但其聲壓級不太高而且是低頻率的。其特點是： a.沖壓保持架及塑料保持架均可產生。b.不論是稀油還是脂潤滑均會出現。c.當外圈承受彎矩時最易發生。d.徑向游隙大時容易出現。
由于保持架兜孔間隙及保持架與套圈間隙在軸承成品中不可避免的要存在，因此徹底消除保持架聲十分困難，但可通過減少裝配誤差，優選合理的間隙和保持架竄動量來改善。
另一種保持架特殊聲是由于保持架與其他軸承零件引導面間的摩擦引發保持架的自激振動而發生的喧囂聲。深溝球軸承的沖壓保持架較薄，在徑向和軸向平面內的彎曲剛度較低，整體穩定性差，軸承高速旋轉時就會因彎曲變形而產生自激振動，引起“蜂鳴聲”。
當軸承在徑向載荷作用下且油脂性能差的情況下，運轉初期會聽到“咔嚓、咔嚓”的噪聲，這主要是由于滾動體在離開載荷區后，滾動體突然加速而與保持架相撞而發出的噪聲，這種撞擊聲不可避免但隨著運轉一段時間后會消失。
防止保持架噪聲措施如下：
a.為使保持架公轉運動穩定，應盡量采用套圈引導方式并注意給予引導面的充分潤滑，對高速工況下的圓錐滾子軸承結構給予改進，將滾子引導的L型保持架改為套圈擋邊引導的Z型保持架。
b.軸承高速旋轉時，兜孔間隙大的軸承其保持架振動振幅遠大于兜孔間隙小的保持架振動振幅，所以兜孔間隙取值尤為重要。
c.要注意盡量減小徑向游隙。
d.盡量提高保持價制造精度，改善保持架表面質量，有利于減小滾動體與保持架發生碰撞或摩擦產生的噪聲。
e.積極采用先進的清洗技術，對零配件和合套后的產品進行有效徹底的清洗，提高軸承的潔凈度。
5.滾動體通過振動
當軸承在徑向載荷作用下運轉，其內部只有若干個滾動體承受載荷，由于與套圈的彈性接觸構成的“彈簧”支承使滾動體在通過徑向載荷作用線產生了周期性振動，而轉軸中心因此會上下垂直移動或做水平方向移動，同時引發噪聲。這類振動稱之為滾動體通過振動，尤其是在低速運轉時表現更為明顯。
而其振幅則與軸承類型、徑向載荷、徑向游隙及滾動體數目有關。通常該振幅較小，若振幅大時才形成危害，為此常采用減小徑向游隙或施加適當的預載荷來降低。