新型空心圓柱滾子軸承振動試驗

彭來深，李偉建，潘存云

(1.衡陽紡織機械有限公司，湖南 衡陽 421007；2.國防科學技術大學 機電工程與自動化學院，長沙 410073)

軸承振動的試驗研究一直是軸承動態性能研究的重要內容。文獻[1-2]對圓錐滾子軸承振動進行了試驗研究，找到了軸承振動的主要影響因素。文獻[3]用試驗方法研究了振動與噪聲的關系。下文將在研制的一套臥式測量裝置上對新型空心圓柱滾子軸承的振動性能進行測試，并與同尺寸的實心圓柱滾子軸承的振動性能進行對比，以驗證該新型空心圓柱滾子軸承的減振性能。

1 振動測試方案及裝置

滾動軸承的振動測量一般在軸承振動試驗臺(BVT)上進行，被測軸承通過定制的芯軸安裝在BVT驅動裝置的主軸上。采用這種方法進行軸承振動測量時，軸承一般為立式安裝，若其重量較大，則將使芯軸發生一定的撓曲，影響測量的精度。為此，提出一種軸承振動臥式測量的方案，這種振動測量方法可有效避免軸承自重引起的彎曲變形對振動測量結果的影響，提高了測量精度。

圖1為軸承振動臥式測量系統示意圖。被測軸承通過專用的測量工裝安裝在一浮動平臺上，該浮動裝置實際上就是安裝在基座上的直線滾動導軌，在滾動導軌的一端給軸承施加一定的徑向載荷，軸承內圈通過芯軸和皮帶由一動平衡后的電動機來驅動，并以恒定轉速旋轉。傳感器布置在軸承外圈外圓柱面寬度的中部，將拾取到的軸承徑向振動速度或加速度信號轉換成相應的電信號，經振動測量分析儀內部放大器、濾波器和運算器等處理后，在分析儀的表盤上指示出振動速度或加速度的有效值。

圖1 軸承振動臥式測量系統示意圖

軸承振動測試系統動力源部分選用功率為4 kW并可以變頻調速的電動機。驅動裝置經過了動平衡試驗，旋轉精度高，可避免對軸承振動測試結果產生影響。通過3根懸索懸掛重物的方式實現加載，改變重物的大小就可以施加不同的載荷。由DZ-5型振動測量分析儀讀取振動測量過程中的振動速度和振動加速度值，其傳感器通過自身的磁盤吸附在外圈上。為了便于試驗，還設計了專用的測量工裝。

2 試驗結果及分析

在該臥式試驗臺上分別對實心圓柱滾子軸承和空心圓柱滾子軸承進行了振動試驗。空心圓柱滾子結構如圖2所示，其中Dw=30 mm，L=48 mm，α1=0.70°，α2=1.05°，h1=3.29 mm，h2=4.94 mm，Δ=6 mm。試驗時采用轉速表測量軸承內圈轉速，其誤差可控制在±10%以內。

圖2 空心圓柱滾子結構圖

實心圓柱滾子軸承振動測量條件及其測量結果見表1～表3。

表1 無潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

從表1～表3可見，在相同潤滑和外載荷下，v，a值隨著轉速的升高而變大；在相同的潤滑條件和轉速下，v，a值在外載荷F=130 N時較大；而當外載荷和轉速相同時，無潤滑時，v，a值較大，脂潤滑時次之，油潤滑時最小。

表2 油潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

表3 脂潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

同樣，對空心圓柱滾子軸承在與表1～表3中相同的測試條件下進行振動測試，其結果見表4～表6。

表4 無潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

表5 油潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

表6 脂潤滑時振動速度v(mm/s)和振動加速度a(m/s2)

從表4～表6可知，在相同的潤滑狀況下，振動速度v隨著轉速和外載荷的增大而增大；振動加速度a隨著轉速的增大而增大，而外載荷的變化對其影響不大。油、脂潤滑對空心圓柱滾子軸承的振動有所改善，但效果不如對實心圓柱滾子軸承的改善明顯。

為了從試驗數據定量地確定出空心圓柱滾子軸承的減振性能，這里可以用振動加速度級來衡量，相同工況下軸承的振動加速度級越小，軸承的振動也越小，性能越好。軸承振動加速度級La可定義為

式中：a1為某一頻率范圍內的振動加速度均方根值，m/s2；a0為參考加速度，可取9.81×10-3m/s2。

根據La的計算式，由表1～表6就能獲得實心圓柱滾子軸承和空心圓柱滾子軸承在不同工況下的La值，結果如圖3所示。從圖3可見，空心圓柱滾子軸承La值對潤滑條件、外載荷和內圈轉速的變化均不如實心圓柱滾子軸承的明顯。當外界條件發生改變時，空心圓柱滾子軸承La值總能維持在一個相對恒定的值上。圖3a表明，在無潤滑時的3種外載荷下，空心圓柱滾子軸承的La值均小于實心圓柱滾子軸承的La值，至少減小了9.17 dB。圖3b表明，當F=66 N時，空心圓柱滾子軸承的La值大于實心圓柱滾子軸承的La值；當F=130 N時，空心圓柱滾子軸承的La值小于實心圓柱滾子軸承的La值；當F=260 N時，在高速部分空心圓柱滾子軸承La值小于實心圓柱滾子軸承的La值。圖3c表明，當F=66 N時，在高速部分圓柱滾子軸承的La值小于實心圓柱滾子軸承的La值；當F=130 N和F=260 N時，空心圓柱滾子軸承的La值小于實心圓柱滾子軸承的La值。

圖3 不同工況下軸承的La值

3 結束語

通過設計軸承振動臥式測試系統，對空心圓柱滾子軸承和實心圓柱滾子軸承的振動性能進行了測試，結果表明：在一定條件下，空心圓柱滾子軸承的振動性能優于實心圓柱滾子軸承。本研究也為空心圓柱滾子軸承的減振機理的深入研究提供了試驗依據。