深沟球轴承振动测试参数与轴承异常声关系的研究.docx

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深沟球轴承振动测试参数与轴承异常声关系的研究

深沟球轴承振动测试参数与轴承异常声关系的研究及

振动加速度级峰值技术条件制定

一、前言

近些年来，随着轴承行业的发展，轴承异常声的控制、检测和评定已成为国内轴承行业需要解决的重要问题之一，由于目前国内轴承行业还没有制订轴承异常声的测量方法和相应的规范，各生产厂实际采用的轴承异常声的检测手段和评定方法也不尽相同，从而导致检测结果缺乏一致性和可比性，容易造成用户和生产厂家产生不必要的矛盾。

为解决轴承异常声检测和评定问题，国内有关研究机构在测试技术、测量参数等方面做了大量的研究工作，特别在轴承异常声测试参数的研究上，进行了广泛和深入的研究，提出了振动峰值（正/负峰值）、波峰因数（正/负波峰因数）、脉冲数、峭度、峭度系数等测试参数，并对这些参数与轴承的异常声的关系进行了试验研究，试验分析结果表明用轴承振动加速度级峰值、波峰因数、峭度等对轴承异常声的检测和评定具有良好的效果，在此基础上，制订滚动轴承深沟球轴承振动加速度级峰值技术条件，这对规范深沟球轴承异常声的检测和评定具有重要的实用价值。

二、轴承振动、噪声测量的国内外标准

1、国际标准ISO/CD15242－1

关于轴承振动与噪声，ISO至今尚无正式标准，但以ISO/TC4N1235

文件的形式，于2000年1月颁布了最新版本的标准草案ISO/CD15242－1《滚动轴承－振动测量方法－第1部分：

原理》。

该标准草案适用范围为向心球轴承、推力球轴承、向心滚子轴承和推力滚子轴承，提及的测量物理量有振动位移、速度和加速度，但主要推荐的是振动速度，对径向和角接触轴承频率范围：

50Hz～300Hz、300Hz～1800Hz和1800Hz～10000Hz三个频段。

2、日本国家标准JISB1548

日本国家标准JISB1548－1995《滚动轴承声压级测量方法》首次制定于1960年，修订于1976年和1995年。

该标准适用范围为深沟球轴承、角接触球轴承和圆锥滚子轴承，测量物理量为噪声声压级，采用标准规定的声压计或具有同等综合功能的仪器在消声室来测量轴承的噪声。

测量方法中的主要内容见表2-1。

表2-1

轴承外径D（mm）

测量转速

（r/min）

深沟球轴承

角接触球轴承

圆锥滚子轴承

超过

到

传声器

距离（mm）

轴向载荷

（N）

传声器

距离（mm）

轴向载荷

（N）

－

30（不包括30）

3600

－

1800

100

1800

100

120

1800

100

120

180

1200

150

注：

传声器方向为传声器中心线通过轴承前端中心,且与转轴轴心线成45°

3、美国国家标准ANSI/AFBMAStd.13

美国国家标准即减摩轴承制造商协会标准ANSI/AFBMAStd.13－1987（R1993）《滚动轴承振动与噪声（测量方法）》首次制定于1970年，修订于1987年和1993年。

该标准适用范围为非仪器球轴承和仪器球轴承，其中非仪器球轴承的振动测量方法主要内容是，测量物理量：

振动速度，均方根值；频率范围:

50Hz～300Hz、300Hz～1800Hz和1800Hz～10000Hz三个频段；测量转速:

1800r/min±2%；测量载荷：

见表2-2.

表2-2

轴承内径d

（mm）

轴向载荷（N/lb）

径向接触球轴承

角接触球轴承

超过

到

10°﹤α≦22°

α﹥22°

22.2/5

31.1/7

44.5/10

66.7/15

89.0/20

111.2/25

155.7/35

177.9/40

130

222.4/50

311.4/70

444.8/100

4、德国国家标准DIN5426—1

德国国家标准DIN5426—1：

1995《滚动轴承—滚动轴承运转噪声－第一部分：

固体声测量方法》，主要适用范围为深沟球轴承，测量物理量：

振动速度或加速度，均方根值；频率范围：

见表2-3；测量转速：

当轴承内径d=1～8mm时为3000r/min±2%，当d=1～8mm时为1800r/min±2%（对于d=8～20mm，允许采用两种转速）；测量载荷：

见表2-4。

表2-3

加速度

速度

一个频段

二个频段

三个频段

频率下限fL

频率上限fH

频率下限fL

频率上限fH

频率下限fL

频率上限fH

2800

450

1400

300

—

1400

4500

300

1800

—

1800

10000

注：

当加速度传感器测头的运动质量m≧10g时，选用一个频段；m﹤10g时，选用二个频段

表2-4

轴承内径d（mm）

轴向载荷（N）

超过

到

±10%

100

220

5、其他国家标准

其他有关轴承振动与噪声的国家标准还有和俄罗斯、波兰和捷克等国的国家标准。

6、国内相关标准

（1）JB/T5313-2001滚动轴承振动（速度）测量方法

（2）JB/T10187-2000滚动轴承深沟球轴承振动（速度）技术条件

（3）JB/T8922-1999滚动轴承圆柱滚子轴承振动（速度）技术条件

（3）JB/T10236-2001滚动轴承圆锥滚子轴承振动（速度）技术条件

（5）JB/T5314-2002滚动轴承振动（加速度）测量方法

（6）JB/T7047-1999滚动轴承深沟球轴承振动（加速度）技术条件

（7）JB/T10237-2001滚动轴承圆锥滚子轴承振动（加速度）技术条件

（8）CSBTSTC98．80-2002滚动轴承深沟球轴承振动（加速度）峰值技术条件

三、测试参数的概念及定义

1．轴承振动加速度级峰值：

在给定时间间隔内,轴承振动加速度最大值所对应的加速度级。

2．轴承振动加速度波峰因数：

轴承振动加速度峰值（m/s2）与轴承振动加速度均方根值（m/s2）之比。

3．脉冲数：

在某一规定时间内，振动超过门槛值的正峰值个数

4．峭度：

5．峭度系数：

四、测试仪器

由于测试仪器对振动参数的测试结果影响较大，考虑到仪器的通用性和可靠性，试验采用S092型轴承振动（异音）测量仪和S0910-VI轴承振动加速度和异常声测量仪。

二台仪器采用同一驱动装置。

仪器的主要技术指标如下。

1．S092型轴承振动（异音）测量仪

测试物理量：

振动加速度级、振动加速度波峰因数、脉冲数

振动加速度级示值范围：

0~85dB，分为四档，0~25dB，20~45dB，40~65dB，60~85dB

频率范围：

100Hz~10KHz

电箱测量误差：

≤±1dB

2．S0910-VI轴承振动加速度和异常声测量仪

测试物理量：

振动加速度级、振动正峰值、正波峰因数、负峰值、负波峰因数、峰―峰值、峭度、峭度因数、峭度系数4、脉冲数

振动加速度级示值范围：

0~100dB，分为三档，0~40dB，30~70dB，60~100dB。

满量程时最大波峰因数：

≤10

频率范围：

100Hz~10KHz

五、样品的选取

轴承样品主要选取国内和国外一些具有代表性企业所生产的轴承产品。

国内样品选取了人本集团有限公司、江门机械设备（轴承）有限公司、慈兴集团有限公司、浙江慈溪新大地轴承厂、无锡市堰微精密轴承厂等厂家的产品。

国外样品选取了NSK、NTN、NMB公司的轴承产品。

样品主要是0、2、3系列的微型深沟球轴承及中小型深沟球轴承。

为了更有效的进行振动峰值、波峰因数的对比分析并为标准制订提供可靠的实物依据，国内样品按低噪声、振动值较大、有异常声和普通品四种不同的档次选取。

国外样品按低噪声和普通品选取。

样品具体情况如表5-1、表5-2、表5-3、表5-4示。

选取不同档次样品的目的是分析不同档次的轴承所对应的振动加速度、波峰因数、脉冲数、正峰值、负峰值、峰峰值、峭度、峭度系数等的特征进行研究，为制订深沟球轴承振动加速度级峰值技术条件提供实测依据。

表5-1表5-2列样品由S092型轴承振动（异音）测量仪测试。

表5-3表5-4列样品由S0910-VI轴承振动加速度和异常声测量仪测试。

表5-1国内轴承样品测试表（S092仪器）

轴承系列

轴承型号

生产厂家

低噪音

普通品

振动值大

异常声

0系列

606-2RS

607-2Z

608-2RZ

C&U

608-2ZEMQ

608-2Z

608

OUTDO

608-2RZ

OUTDO

6000-2ZEMQ

6002-2Z

6004-2RS

C&U

2系列

624-2Z

625-2ZEMQ

626-2RS

629-2Z

6200-2RZ

C&U

6201-2RZ

C&U

6201-2Z

6201

OUTDO

6201-2RZ

OUTDO

6201-2RZ

6202A-2Z

6202-2RZ

C&U

6203-2RZ

C&U

6203-2RSEMQ

6203-2RZ

6204-2RS

C&U

6205-2RZ

C&U

6206-2RZ

6207-2RZ

6209-2RZ

6210-2RZ

3系列

6303-2RS

C&U

6306-2RZ

6308-2RZ

6309-2RZ

6311-2RZ

6312-2RZ

注：

YW—锡山CW—慈兴JZ—江门OUTDO—新大地HZ—人本杭州轴承厂

表5-2国外轴承样品测试表（S092仪器）

轴承系列

轴承型号

生产厂家

低噪音

普通品

0系列

608ZZ

NMB

608VVMC3E

NSK

6000DDUCMAV2S

NSK

6001VVAV2S

NSK

2系列

624ZZ

NMB

629-A-4DDMC3E

NSK

6200LLB/2AUI

NTN

6201ZZCM/5K

NTN

6202ZZCM/5K

NTN

6202ZZCMNS7S

NSK

6203ZZAV2S

NSK

6204ZZCMNS7S

NSK

6204ZZAV2S

NSK

6205ZZCM/2A

NTN

6206ZZCM/2A

NTN

6207ZZCMNS7S

NSK

6208ZZCM/2A

NTN

6210ZZAV2S

NSK

6211ZZCMAV2S

NSK

6212ZZCMAV2S

NSK

3系列

6300DDUAV2S

NSK

6302LLU/2AU1

NTN

6303ZZAV2S

NSK

6304VVAV2S

NSK

6306ZZAV2S

NSK

6307DDUCMAV2S

NSK

6308ZZCM/2A

NTN

6309ZZAV2S

NSK

6311ZZCM/2A

NTN

6312ZZCMAV2S

NSK

表5-3国内轴承样品测试表（S0910—VI仪器）

轴承系列

轴承型号

生产厂家

低噪音

普通品

振动值大

异常声

0系列

608-2RZ

OUTDO

2系列

6201-2RZ

C&U

6201-2RZ

OUTDO

6202A-2Z

6203-2RZ

6205-2RS

C&U

3系列

6303-2RS

C&U

表5-4国外轴承样品测试表（S0910—VI仪器）

系列

轴承型号

生产厂家

低噪音

普通品

0系列

608ZZ

NMB

6000DDUCMAV2S

NSK

2系列

6201ZZCM/5K

NTN

6202ZZCM/5K

NTN

6202ZZCMNS7S

NSK

6204ZZCMNS7S

NSK

6205ZZCM/2A

NTN

6206ZZCM/2A

NTN

6207ZZCMNS7S

NSK

6208ZZCM/2A

NTN

3系列

6307DDUCMAV2S

NSK

6308ZZCM/2A

NTN

六、测试内容及测量方法

1．测试内容

针对不同的测试仪器，测试内容如下。

S092仪器：

振动加速度值、波峰因数、脉冲数及监听轴承的音质。

S0910-VI仪器：

振动加速度值、正峰值、正波峰因数、负峰值、负波峰因数、峰峰值、峭度、峭度系数、峭度系数4、脉冲数及监听轴承的音质。

2．测量方法：

轴承正/反面均布三点测试。

每一点的测量时间为5秒。

七、测试结果统计

根据不同的测试仪器，测试结果统计分为二部分。

1．S092仪器的测试结果统计有以下6项内容。

（1）正/反面振动加速度的平均值、最大值、最小值、极差和方差统计，统计结果如

表1—1、表1—2所示。

（2）正/反面振动加速度等级合格率统计，统计结果如表1—3、表1—4所示。

（3）振动加速度级峰值的平均值、最大值、最小值、极差和方差统计，统计结果如

表1—5、表1—6所示。

（4）波峰因数及其分布状态统计，统计结果如表1—7、表1—8所示。

（5）正/反面脉冲数统计，统计结果如表1—9、表1—10所示。

（6）无异常声测量点与有异常声测量点振动加速度级峰值、波峰因数综合统计，统计结果如表1—11、表1—12所示。

2．S0910-VI仪器的测试结果统计有以下13项内容。

（1）正/反面振动加速度的平均值、最大值、最小值、极差和方差统计，统计结果如

表2—1所示。

（2）正/反面振动加速度等级合格率统计，统计结果如表2—2所示。

（3）振动加速度正峰值、负峰值和峰峰值统计，统计结果如表2—3所示。

（4）正波峰因数及其分布状态统计，统计结果如表2—4所示。

（5）负波峰因数及其分布状态统计，统计结果如表2—5所示。

（6）振动峭度统计，统计结果如表2—6所示。

（7）峭度系数及其分布状态统计，统计结果如表2—7所示。

（8）峭度系数4及其分布状态统计，统计结果如表2—8所示。

（9）振动脉冲数统计，统计结果如表2—9所示。

（10）无异常声与有异常声测试点的加速度级正峰值、波峰因数统计，统计结果如

表2—10所示。

（11）无异常声与有异常声测试点的加速度级负峰值、波峰因数统计，统计结果如

表2—11所示。

（12）无异常声与有异常声测试点的加速度级峰峰值、峭度统计，统计结果如表2—12所示。

（13）无异常声与有异常声测试点的加速度级峭度系数、峭度系数4统计，统计结果如表2—13所示。

八、分析与结论

通过对测试数据的统计分析，得出如下结论。

1．根据振动加速度及其等级合格率的统计结果，绝大部分低噪声、振动值大和有异常声等不同档次轴承的振动平均值、等级合格率水平从好到差的排列顺序为低噪声轴承、有异常声的轴承、振动值大的轴承，这说明轴承的振动平均值与轴承的音质有所不同，有异常声轴承的振动值不一定大。

用振动均值来检测轴承的异常声误判率较高。

2．轴承振动的正峰值、负峰值、峰峰值随轴承的尺寸增大而增大，从有异常声点与无异常声点的统计结果看，轴承振动的正峰值、负峰值、峰峰值均有不同程度的差别，且这种差别比较显著。

3．轴承振动的正波峰因数、负波峰因数不随轴承的系列和尺寸段变化，有异常声点与无异常声点的正波峰因数、负波峰因数统计结果差别比较明显。

4．不同档次轴承的脉冲数有一定的差别，用脉冲数检测轴承的异常声具有一定的有效性，但其实用性较差。

5．从有异常声点与无异常声点的统计结果看，峭度变化不明显，且规律性不强，用峭度来判别轴承的异常声不如峰值和波峰因数有效。

6．有异常声与无异常声点的峭度系数区别不显著，而峭度系数4则差别比较明显，用峭度系数4能够对轴承的异常声进行比较有效的判定。

综上所述，轴承异常声与振动峰值、波峰因数具有密切的相关性，用振动峰值、波峰因数能够有效的判定轴承的异常声。

峭度与峭度系数4对判定轴承的异常声也具有一定的有效性，这种有效性需要进一步研究和验证。

九、振动加速度峰值技术条件制订

（一）技术条件主要内容

在试验研究的基础上，根据振动加速度级峰值统计分析结果，制定深沟球轴承振动（加速度）峰值技术条件，技术条件的主要内容如下。

1　范围

本文件规定了外形尺寸符合GB/T276-1994中0、2、3直径系列，公称内径3mm～60mm，径向游隙符合GB/T4604-1993中0组游隙、Z3组或Z3组以上对峰值有要求的深沟球轴承振动加速度级峰值技术条件。

本文件适用于对深沟球轴承异常声产生机率的预期评判。

２　规范性引用文件

下列文件中的条款通过本文件的引用而成为本文件的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本文件，然而，鼓励根据本文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。

GB/T276-1994

滚动轴承深沟球轴承外形尺寸

GB/T2828-1987

GB/T4604-1993

JB/T5314-2002

逐批检查计数抽样程序及抽样表

滚动轴承径向游隙（eqvISO5753:

1991）

滚动轴承振动（加速度）测量方法

３　定义和单位

按JB/T5314-2002的规定。

４　技术要求

公称内径3mm～60mm，0、2、3直径系列的深沟球轴承，单个轴承振动加速度级峰值应符合表9-1。

表9-1单位为dB

轴承公称

内径

单个轴承振动加速度级峰值不超过

直径系列（0）

直径系列

（2）

直径系列（3）

ZP3

ZP4

ZP3

ZP4

ZP3

ZP4

5测量方法及仪器要求

5.1轴承的测量方法按JB/T5314-2002的规定。

轴向加载到位后，延时0.5s以上开始测量，测量时间不少于5s。

5.2带防尘盖或密封圈的深沟球轴承，在安装防尘盖或密封圈之后测量。

5.3仪器除满足JB/T5314-2002的要求外，还应保证在动态范围内，峰值信号不能出现削波。

6检验规则

6.1单个轴承（指样本中的任何一套轴承）按本文件的规定进行检测，其振动加速度级峰值大于表9-1的规定时，该产品为不合格品。

6.2逐批考核轴承振动加速度级峰值时，参照GB/T2828-1987取合

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