滾動軸承應用噪聲診斷

魏珊

(舍弗勒貿易(上海)有限公司 工業應用技術部，上海 201804)

1 載荷不當引起的噪聲

在實際應用中，經常能碰到軸承空轉時(比如電動機的試運行階段)發出刺耳的聲音。通常該種現象是由于軸承受載太小，發生打滑所致。此時，如將軸承從配合處完好拆下，將滾道表面上殘余的潤滑劑和污物擦拭干凈后，會發現滾道表面有如圖1所示的云朵狀圖案[1]，且觸摸不到高低不平的粗糙感。要解決該問題，一般要保證給軸承施加最小載荷。根據軸承型號的不同，對最小載荷會有不同的要求。比如，對深溝球軸承，推薦值為最小徑向載荷P>0.01Cr；對圓柱滾子軸承要求為Frmin=C0r/60[2]，等等。

圖1 套圈滾道表面上的云朵狀圖案

2 振動引起的噪聲

軸承運轉過程中會發出周期性的聲音，用狀態檢測設備測試出頻譜圖，可以快速地初步分辨出是由于軸承表面缺陷或是系統存在不對中等問題造成的噪聲。如為軸承本身問題，甚至可以判斷該問題具體存在于滾動體、內圈或外圈上。

2.1 套圈損壞

對拆下的軸承表面外觀做檢查，可以進一步分析得到軸承表面缺陷可能發生的原因。若檢測到軸承內圈上有如圖2[1]所示的以滾子等間距排列的、可用手指明顯感到深度的凹坑，則可以初步判斷是軸承安裝方法不當，滾動體與滾道表面貼合過程中發生傾斜，致使滾道表面劃傷。軸承運轉過程中，每當滾動體碾過凹坑就會發生振動，從而引起噪聲。

圖2 安裝不當導致受損的圓柱滾子軸承內圈

還有一種與上述表象類似的滾道損傷情況，如圖3[1]所示。其起因與上述類型截然不同，直觀檢查上也有區別，通常痕跡在內圈或外圈滾道周向上以滾子等間距分布，手指感受不到明顯的深度，但用肉眼觀察可以看到清晰的橢圓形或兩端為弧狀的細長形區域(形狀隨軸承類型的不同而各異)。該種情形通常稱作偽布氏壓痕，是由于軸承在運輸過程中或在安裝后長期靜止，而周圍環境又有激振源造成的受迫振動引起。

圖3 有偽布氏壓痕的圓柱滾子內圈

當軸承用于可接觸到電流的場合，如電動機軸承，軸承會發出高頻的劇烈振動和明顯的規律性異常聲，拆開軸承后會發現套圈上有沿圓周方向的細密的點狀凹坑，或是呈搓衣板形狀緊密排列的長條形連續凹坑(圖4)， 用手可觸摸到凸起和凹陷。在高倍顯微鏡下觀察，可以看到呈搓衣板形狀處的金屬組織已經發生了變化，呈現如圖5所示的微觀形貌，仔細觀察會發現其中有許多小的焊珠(圖5圓圈中)。

圖4 搓衣板形狀的凹坑

圖5 搓衣板形狀凹坑在顯微鏡下的放大圖

發生上述這種情況，通常是由于軸承的內、外圈間存在一定的電壓差，電流通過滾動體和滾道的接觸區發生了放電現象，使接觸處的金屬在微觀層面上發生局部高溫融化，產生焊點。為避免這種現象，應考慮選擇使用絕緣軸承，比如內圈或外圈帶絕緣涂層或滾動體為絕緣材料，也可以通過設計一些專門用于導電的部件，直接把電流引走而避免軸承損傷。

2.2 滾動體損壞

滾動體有損傷時也會產生振動，發出噪聲，但與滾道損傷發出的連續性噪聲不同，其噪聲時有時無，只有在損傷處通過接觸區時才會出現噪聲。因此，要保證軸承在運輸、安裝時避免磕碰。

2.3 共振

一種與振動有關的噪聲，是由于安裝軸承機架的固有頻率與軸承本身的頻率近似，從而發生共振而引起噪聲，對此可通過改變機架結構避免發生共振。

3 潤滑引起的噪聲

3.1 潤滑不充分

當潤滑不充分時，在滾道和滾動體的接觸區不能充分形成潤滑油膜，會發生鋼對鋼的直接摩擦，短時間產生大量的熱，此時除發出高頻段的刺耳噪聲外，還會伴隨有軸承的溫升。及時補充潤滑劑，當潤滑劑均布于承載區后，噪聲可以快速明顯降低。

3.2 潤滑劑選擇不當

3.2.1 潤滑脂添加劑不當

潤滑脂添加劑不當時，會在軸承初始運行階段發生很嚴重的研磨磨損，其過程會隨著軸承的運轉不斷加劇，潤滑劑中的研磨顆粒也會不斷增多。此時的噪聲是由于固體微粒和滾動體與滾道之間發生摩擦引起，特征為聲音大小不定且不規則。

3.2.2 潤滑脂工作溫度不合適

比如在-40 ℃的環境中選用了工作溫度適于-20 ℃的潤滑脂，當啟動軸承時，會發出刺耳的噪聲，但隨著摩擦產生的熱量，使局部的運行溫度升高到與潤滑脂應用相適應的溫度，噪聲會降低很多。這種現象會降低軸承的工作壽命。解決方法為：根據軸承的dm·n值、工作溫度及應用工況特點選擇黏度適合并與工況相匹配的潤滑脂。

3.2.3 特殊潤滑脂

目前，對某些應用場合，比如電動機，可以選擇低噪聲潤滑脂來主動降低軸承噪聲。通常可選用鋰基脂，其潔凈度很高，幾乎不含有任何污染物。

3.3 潤滑劑污染

軸承在運輸、安裝過程中，污染物隨時都有可能進入到潤滑脂中。應嚴格保證軸承的包裝不受損，到安裝現場再打開軸承包裝，保證工作環境的清潔和潤滑脂的潔凈。

4 其他原因引起的噪聲

4.1 軸承游隙

軸承內部游隙過大或過小也會引起異常聲。當噪聲長而尖時，表示工作游隙過小；當噪聲為隆隆聲時，表示工作游隙太大。

4.2 軸承結構設計

還有一類較為常見的軸承噪聲來自于工況的特殊性，比如電梯用軸承要求有較高的靜音特性。對此類應用場合，需要通過提高軸承的精度或改變軸承的結構設計，如滾道和滾動體表面的波紋度、表面粗糙度，保持架和密封圈的設計，選用合適的軸承材料等等，以減小結構噪聲和運行時的空氣噪聲，若同時選用低噪聲潤滑脂，降噪效果會更好。

5 結束語

軸承應用中的噪聲問題很復雜，需要考慮軸承、系統和各方面因素，以上僅從幾個應用角度對軸承噪聲問題做了簡要闡述，應針對具體情況具體分析，并采取相應的預防措施。