馬素青，史龍武，白如冰，胡寶成

（1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.洛陽廣播電視大學，河南 洛陽 471039；3.萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271104；4.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

GB／T 24610《滾動軸承 振動測量方法》分為4個部分：

——第1部分：基礎；

——第2部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承；

——第3部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的調心滾子軸承和圓錐滾子軸承；

——第4部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的圓柱滾子軸承。

本標準為GB／T 24610的第2部分，于2009年11月15日批準，2010年4月1日起實施。本標準詳細規定了在測試裝置上，評定具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承振動的方法。

1 概況

1.1 國、內外振動測量簡介

國外的一些先進工業國家早已開展了滾動軸承振動測量的研究，收集到的有關軸承振動測量方法的國家或部門標準有：美國國家標準ANSI／AFBMA Std.13《滾動軸承振動和噪聲測量方法》、日本工業標準JISB 1548《滾動軸承A計權聲壓級測量方法》、前蘇聯國家標準ГОCT DH13《向心球和滾子軸承振動（加速度）標準》、德國工業標準DIN 5426／1《滾動軸承 軸承的運轉噪聲 第1部分：固體聲測量方法》等。

國內軸承振動測量方法的研究始于20世紀60年代初，研究的主要問題是：表征軸承振動物理量的選擇、潤滑油、測頭與軸承接觸載荷、軸向載荷量對向心球軸承振動的影響等。在上述研究的基礎上最早制定的軸承振動測量方法標準為：《中小型電機用單列向心球軸承振動測量方法》。但是當時國產軸承振動測量儀尚未問世，測量方法中有關試驗都是用國外電子測量儀器和傳感器進行的，因而留下一個急待解決的問題——制定適用于國產軸承振動測量儀的測量方法。根據國產測振儀的具體條件通過試驗研究，制定了軸承行業統一企業標準：ZQ 25—84《向心球軸承振動測量方法》（僅適用于S0910加速度型軸承振動測量儀）、ZQ 2—85《深溝球軸承振動技術條件》、ZQ 29—85（試行）《深溝球軸承振動（速度）技術條件》等。這些標準對軸承振動測量方法都作了較為詳盡的規定，但是這些規定都有一定的局限性。為能更合理有效地測量軸承振動，需要制定適用于軸承行業且為大多數主機用戶所接受的軸承振動測量方法。

此后，又開展了速度傳感器及速度型測振儀的研制，于1991年制定出兩項行業標準：JB／T 5313—1991《滾動軸承 振動（速度）測量方法》和JB／T 5314—1991（ZQ 25—84的修訂版）《滾動軸承 振動（加速度）測量方法》。兩個測量方法標準的不同點是選用了不同的物理量、傳感器及測量儀器（速度和加速度）。但對測試條件（如被測軸承的轉速、施加載荷、潤滑、測量系統機械裝置的精度、測量程序等方面）均采用相同的參數值，使兩種測量方法在盡可能一致的運轉條件下進行，以利于標準的貫徹。

1.2 相應國際標準的制定過程

日本于1995年9月向國際標準化組織ISO／TC4秘書處提交了一份工作項目提案，該提案提出：滾動軸承的振動和聲壓級噪聲對于生產廠家和用戶都是重要的運轉特性。目前還沒有一項國際標準是針對滾動軸承振動和聲壓級噪聲的測量方法。日本建議在美國國家標準ANSI／AFBMA Std.13《滾動軸承振動和噪聲測量方法》和日本工業標準JISB 1548《滾動軸承A計權聲壓級測量方法》的基礎上研究和建立一項新的國際標準。1995年10月在ISO／TC4會議上作出了如下決議：成立ISO／TC4／WG8工作組，開展“滾動軸承振動和噪聲測量方法新ISO標準提案項目”的研究，奧地利、法國、德國、意大利、日本、美國和瑞典等國家參與此項工作，會上明確由瑞典Anton Gergely先生為項目組組長，參考美國ANSI／AFBMA Std.13、日本JISB 1548和德國DIN 5426-1等國家標準，開展該振動項目的研究，以后再逐步研究噪聲。到目前為止，已先后制定出4項滾動軸承振動測量方法的國際標準，即：ISO 15242-1：2004《滾動軸承—振動測量方法—第1部分：基礎》；ISO 15242-2：2004《滾動軸承—振動測量方法—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—振動測量方法—第3部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的調心滾子軸承和圓錐滾子軸承》；ISO 15242-4：2007《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》。

2 制定原則及意義

滾動軸承旋轉時的振動是與運轉條件有關的一種復雜的物理現象。在某一組條件下測量的單套軸承的振動值并不一定表征各種不同條件下或該軸承作為一較大部件中的一個零件時的振動值。評定裝有軸承的機械系統產生的聲響就更加復雜，其還受界面條件、感應裝置的位置和方向以及系統運轉所處聲學環境的影響。為了再現軸承振動狀態，并將軸承振動的測量結果作為比較和選擇軸承的依據，必須建立嚴格、周密、統一的測量方法。

軸承振動可采用許多方法中的任一種來評定，不同的評定方法使用不同類型的傳感器和測試條件。沒有任何一組表征軸承振動的數值能夠對所有可能使用條件下的軸承振動性能進行評定。最終，還應根據已知的軸承類型、使用條件以及振動測試目的（例如：是作為制造過程診斷，或是作為產品質量評定）等，來選擇最適用的測試方法。

在國際間軸承行業中形成了以兩種物理量（速度和加速度）為基礎的軸承振動測量系統。美國和西歐的軸承公司多以軸承振動速度為被測物理量，而俄羅斯和東歐則多以加速度為被測物理量。我國最初軸承振動測試技術研究重點是以加速度為基礎的，各軸承廠配備的測試手段大都是以加速度為物理量的儀器。近十年來隨著經濟改革的深入與歐美國家工業交往增多，軸承貿易要求建立以速度為主要被測物理量的測試系統。

國際標準ISO 15242《滾動軸承—振動測量方法》是將那些具有足夠寬的適用范圍的方法作為標準方法。為加強國際間經濟交流，GB／T 24610.2—2009等同采用新版國際標準ISO15242-2：2004《滾動軸承—振動測量方法—第2部分：有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承》，僅列入了具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承振動測量方法，因此，標準的適用范圍并不是通用的。

3 標準主要內容的說明

3.1 表征軸承振動物理量的確定

軸承振動測量首先需要選定被測物理量，以便選用合適的測量原理與儀器。

表征振動的物理量有位移、速度、加速度。對于軸承應選用哪一個物理量，首先應考慮以下幾點：

（1）選用的物理量能夠用較簡單的方法準確地測量出來，測量軸承振動多采用速度或加速度，位移不適應對軸承振動的測量。

（2）選定的物理量應能真實反映軸承振動水平。對主機直接產生影響的是軸承內圈和外圈。內圈一般與軸配合并與軸一起轉動，其振動速度或加速度都難以測量。外圈一般與殼體配合，不旋轉，較易測量。國內、外一般都測量外圈。

（3）規定的物理量能夠與軸承噪聲相協調，即測得的軸承振動值低，軸承噪聲也低，反之亦然。

根據上面的分析，按照我國積極采用國際標準的政策要求，本標準等同采用國際標準ISO 15242-2：2004，選擇以軸承外圈徑向振動速度作為表征軸承振動的物理量。

3.2 轉速的確定

靜止的軸承不發生振動，只有當軸承運轉時才產生振動。因此，轉速是影響軸承振動狀態的重要因素。而影響軸承振動的多種因素（如結構設計、表面質量、外載荷等）都隨軸承的轉動作周期性變化，且基本變化頻率與軸承轉速密切相關。經理論分析和試驗數據表明，軸承振動速度與軸承內圈的旋轉速度成正比。

本標準轉速設定值為1 800 r／min。對于小尺寸段的軸承，轉速可選得較高一些（2 400～3 600 r／min），以便獲得足夠的振動信號。相反，對于大尺寸段的軸承，轉速可選的較低一些（600～1 200 r／min），以避免球和溝道損傷。這與現行行業標準JB／T 5313—2001規定的軸承公稱內徑在3～60 mm時，轉速為1 764～1 818 r／min；軸承公稱內徑在60～120 mm時，轉速為882～909 r／min不相矛盾。

3.3 軸向載荷的確定

施加軸向載荷可使鋼球與溝道緊密接觸，避免因鋼球在運轉過程中與溝道接觸不連續所造成的不穩定振動狀態，并能限制軸承零件徑向與軸向的自由移動，形成穩定的全溝道載荷區。我國在1976，1982，1986年，曾對內徑10～60 mm的2，3系列多種型號球軸承進行了軸向載荷值對軸承振動測量值影響的試驗。試驗證明：測量向心軸承和角接觸軸承時，為得到穩定的軸承振動測量結果，必須施加軸向載荷，軸向載荷值一般應隨軸承內徑尺寸的增大而增大，但對軸向載荷具體值有分歧。

表1～表5給出了國際標準和國內、外相關標準規定的軸向載荷值，從表1～表5中可看出，不同國家標準中規定的軸向載荷值各不相同，除日本的數值偏低一些，其他國家的規定相差不是太大。本標準規定的軸向載荷值與國際標準一致，與行業標準JB／T 5313—2001和JB／T 5314—2002規定的值也基本一致。

表1 國際標準和本標準規定的軸承軸向載荷值

表2 JB／T 5313（JB／T 5314）規定的軸承軸向載荷值

表3 美國ANSI／AFBMA Std.13規定的軸承軸向載荷值

表4 德國DIN 5426／1規定的軸承軸向載荷值

表5 日本JISB 1548規定的軸承軸向載荷值

3.4 測試條件

軸承振動測量不同于一般物理量的測量。一般物理量（如長度、質量、力、零件精度等）的測量，只需要一個適當的環境和一套標準的度量器具即可。軸承振動測量除需適當的環境及一套完整的測量儀器之外，還必須提供使軸承振動的條件（即產生軸承振動狀態）。

軸承振動原因可分為軸承內在因素（如結構設計和加工制造）和外在因素（如載荷、轉速、潤滑、清潔度等）。對于成品軸承，其內在因素已成定局，但是由測量裝置和測量方法所提供的外在因素卻是變化的。判斷軸承的振動水平，即對軸承內在質量作出鑒定，應提供使軸承產生振動的標準的外在因素，即運轉條件標準化。

3.4.1 軸承測試要求

測試軸承振動時，必須加以適當的潤滑。因為潤滑劑在起潤滑作用的同時還改變了軸承間的接觸剛度及運動零件所受的阻尼，而剛度和阻尼是決定軸承振動狀態的重要參數。實踐表明，在其他條件不變的情況下，同一套軸承使用不同的潤滑劑，將會測得不同的軸承振動值。即使使用同一種潤滑劑，軸承振動值也會因潤滑劑用量、環境溫度等不同而有所差異。

目前尚未建立表征潤滑劑特性的有關參數與軸承剛度和阻尼間的定量關系，但許多研究給出了潤滑劑特性、量值、環境溫度等對軸承振動狀態影響的定性分析。如：（1）軸承振動值隨潤滑油黏度的增加而減小；（2）油潤滑時球軸承振動值比脂潤滑時的振動值高；（3）充分潤滑是保持架穩定振動的必要條件；（4）潤滑劑中的雜質是引起軸承異常振動的主要原因之一；（5）在充分潤滑的前提下油量多少對振動值無影響；（6）在環境溫度為23～27℃，潤滑油黏度為75～300 mm2／s時，黏度對振動值影響最小。

根據如上因素，本標準在6.1，6.2節中對清洗、潤滑和環境進行了定性的規定：（1）測試前，軸承應進行有效地清洗，注意不要引入污染物或其他振源；（2）測試前，軸承應使用公稱黏度為10～100 mm2／s并經過濾的潤滑油（過濾精度不低于0.8μm）進行充分潤滑；（3）軸承應在不影響振動測試的室溫環境中測試。

3.4.2 測試裝置的要求

測試裝置包括驅動機構、加載機構、傳感器等。對于不同的主軸精度、載荷的方向和大小、傳感器和軸承測點接觸位置及接觸力等均影響測試結果。本標準要對上述影響測量的多種因素分別予以規定，使其標準化，以減小外在因素對測值的影響。

3.4.2.1 主軸／芯軸的剛度及精度

用于支承和驅動軸承內圈的主軸（包括芯軸），不僅可傳遞旋轉運動，而且還可作為內圈軸線的剛性參照系。在使用的頻帶范圍內，主軸／芯軸和軸承內圈之間振動的傳遞與所測量的振動速度相比，可以忽略不計，但芯軸的精度影響軸承工作間隙，本標準規定用于安裝軸承內圈的芯軸外徑面公差應符合GB／T 1800.2—2009中f5級的規定，且具有最小的幾何誤差，確保芯軸以滑配合裝入軸承內孔中。

3.4.2.2 加載機構

軸承所受載荷的方向、大小和特性的變化可以改變鋼球間的載荷分布、鋼球和溝道間的接觸變形，從而改變軸承的振動狀態，所以應使測試過程中的加載機構標準化。理論上，給軸承外圈施加載荷的加載機構，應使軸承外圈在所有方向——徑向、軸向、角向或撓曲型（視軸承類型而定）的振動本質上處于自由振動狀態。

3.4.2.3 軸承外加載荷的大小和對中精度

德國DIN 5426／1—1995規定軸向載荷相對于軸承內圈旋轉軸線的徑向偏差值在0.05D以內，角偏差在3′以內。美國ANSI／AFBMA Std.13—1987所規定的軸向載荷相對于軸承內圈旋轉軸線的同軸度在0.25 mm以內，角偏差在3′以內。我國JB／T 5313—2001所規定的軸向載荷相對于主軸軸心線的同軸度在0.20 mm以內，角偏差在2°以內。

本標準規定外加載荷的位置和方向應與主軸旋轉軸線一致，其偏差不應超過圖1和表6規定的范圍。

本標準規定的偏差值與國際標準一致，與德國工業標準和美國國家標準相比，稍顯松一些，尤其在角偏差上，本標準規定在0.5°（30′）以內，而德國工業標準和美國國家標準規定在3′以內。但本標準與行業標準相比，其徑向偏差松一些，角偏差較緊一些，行標在2°以內，國標在0.5°以內。

圖1 載荷軸線相對于軸承內圈旋轉軸線的偏差

表6 載荷軸線相對于軸承內圈旋轉軸線的偏差值

3.4.2.4 傳感器的軸向位置和測量方向

為使軸承振動的測試結果盡可能具有可比性，本標準設定傳感器的軸向位置在軸承外圈外表面上且對應于受載外圈溝道與球接觸處的中部平面上（圖2）。傳感器的位置確定后，允許的最大軸向位置偏差為：±0.5 mm（外徑D≤70 mm），±1.0 mm（外徑D＞70 mm）。

測量方向垂直于旋轉軸線。在任何方向上，其與徑向中心線的偏差不應超過5°。該位置應使外圈溝道與球的接觸相當于承受了中等載荷。

圖2 傳感器設定的軸向位置及測量方向

4 結束語

等同采用國際標準ISO 15242-2：2004的GB／T 24610.2—2009《滾動軸承 振動測量方法第2部分：有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承》，具有先進性、準確性和可比性。通過對比分析可知本標準與美國國家標準、德國工業標準、日本工業標準以及舊的行業標準之間的差異，以利于本標準的貫徹實施。