滾動(dòng)軸承噪聲與振動(dòng)測試環(huán)境系統(tǒng)的改進(jìn)

康延輝，高朝輝，王典仁

（1. 洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039；2. 航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3. 中機(jī)十院國際工程有限公司，河南 洛陽 471039）

滾動(dòng)軸承噪聲與振動(dòng)測試環(huán)境系統(tǒng)的改進(jìn)

康延輝1，2，高朝輝3，王典仁1，2

（1. 洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039；2. 航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3. 中機(jī)十院國際工程有限公司，河南 洛陽 471039）

摘 要：針對(duì)常規(guī)軸承噪聲與振動(dòng)測試環(huán)境系統(tǒng)的不足，提出一種更加完善的軸承噪聲與振動(dòng)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用房中房結(jié)構(gòu)，內(nèi)房和外房采用浮動(dòng)連接，軸承驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)為穿墻驅(qū)動(dòng)與無級(jí)調(diào)速等；測量載荷設(shè)計(jì)為無級(jí)可調(diào)，自動(dòng)加載，測試裝置所處環(huán)境的周邊安裝吸聲尖劈，減少了外界環(huán)境的干擾。該測試環(huán)境系統(tǒng)用于測試和分析中小型家電軸承、電機(jī)軸承、汽車軸承、醫(yī)療器械等用各類軸承的噪聲和振動(dòng)，也可以測試軸承聲壓級(jí)噪聲和聲功率級(jí)噪聲等。

關(guān)鍵詞：軸承；噪聲；振動(dòng)；測試

1 前言

滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)械中廣泛應(yīng)用的機(jī)械基礎(chǔ)件之一，其精度好壞對(duì)滾動(dòng)軸承的使用性能及使用壽命有很大的影響。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科技的發(fā)展與時(shí)代的進(jìn)步，主機(jī)用戶對(duì)于軸承振動(dòng)及噪聲的要求越來越嚴(yán)格。軸承的噪聲與振動(dòng)作為軸承的重要特性，越來越受到軸承制造單位和使用單位的關(guān)注，成為軸承研制的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

文獻(xiàn)記載，就軸承噪聲與振動(dòng)的發(fā)展歷史而言，國外對(duì)于滾動(dòng)軸承振動(dòng)與噪聲技術(shù)的研究早在1933年就已在歐洲開始，當(dāng)時(shí)的研究目的主要是為了在電機(jī)中以滾動(dòng)軸承代替滑動(dòng)軸承。1940年前后，尤其是1945年第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，隨著軸承主要由軍工需求轉(zhuǎn)向民用市場，日本開始對(duì)軸承的振動(dòng)與噪聲進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并于1960年制訂了世界上第一個(gè)有關(guān)軸承噪聲的國家標(biāo)準(zhǔn)。1950年以后，美國主要從國防角度出發(fā)，在海軍的支持下，開始對(duì)軸承的振動(dòng)與噪聲進(jìn)行系統(tǒng)的研究，其在1954年制訂了美國軍工標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)世界范圍內(nèi)的低振動(dòng)、低噪聲軸承的技術(shù)發(fā)展具有廣泛的影響。1965年左右軸承工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始批量且穩(wěn)定地生產(chǎn)低噪聲軸承。1980年左右，低振動(dòng)、低噪聲軸承的生產(chǎn)基本上形成了普及態(tài)勢。

日本對(duì)軸承噪聲的研究早于對(duì)軸承振動(dòng)的研究，而且一直比較側(cè)重于對(duì)軸承噪聲的研究，大約在1970年以后，才開始在批量生產(chǎn)中采用振動(dòng)測量方法。而歐美則一直偏重于對(duì)軸承振動(dòng)——即軸承噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，主要研究物理量為振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度。但從發(fā)展趨勢看，振動(dòng)速度和噪聲聲壓級(jí)將成為軸承振動(dòng)與噪聲測量的最主要的物理量。

2 軸承噪聲振動(dòng)常規(guī)測試環(huán)境系統(tǒng)

在我國軸承行業(yè)，通常對(duì)軸承測量主要采用振動(dòng)速度和加速度物理量，測量儀器為軸承振動(dòng)速度、加速度測量儀，但對(duì)于軸承噪聲的測量控制要求并不普遍，目前一些小型軸承生產(chǎn)企業(yè)使用的軸承振動(dòng)噪聲測量儀是通過加速度計(jì)采集軸表面振動(dòng)加速度信號(hào)，經(jīng)過電路處理轉(zhuǎn)換為聲級(jí)信號(hào)，從而控制軸承噪聲異響，這些測量都是在裝配生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行的，其作用是用于軸承產(chǎn)品質(zhì)量的控制。而軸承噪聲的檢測分析工作主要是在一種特殊消聲室中完成。由于建造消聲室要投入成本，并且對(duì)軸承噪聲的測試分析需求較少，因而這種消聲室在國內(nèi)軸承行業(yè)的數(shù)量寥寥無幾。

目前，國內(nèi)軸承行業(yè)現(xiàn)有消聲室的布局如圖1所示。其缺點(diǎn)有五點(diǎn)。

圖1 原消聲室布局

首先，其驅(qū)動(dòng)裝置3與被測軸承5和測試裝置6在同一個(gè)密閉空間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)裝置3與被測軸承夾持部分通過聯(lián)軸器4浮動(dòng)連接，但由于驅(qū)動(dòng)裝置3所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲、振動(dòng)以及墻體外部環(huán)境振動(dòng)，對(duì)軸承產(chǎn)品噪聲與振動(dòng)的檢測結(jié)果有很大影響。

其次，該測試系統(tǒng)的噪聲測量方法不符合消聲室和半消聲室精密法測定要求，即聲源未按標(biāo)準(zhǔn)要求安裝在反射平面上方的自由場，并且，此種測量方法只能實(shí)現(xiàn)聲壓級(jí)噪聲的測量，不能實(shí)現(xiàn)聲功率級(jí)噪聲測量。

第三，驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)速固定，不能實(shí)現(xiàn)各種類型軸承的測量要求。

第四，軸承加持裝置方式單一，不能同時(shí)滿足向心軸承、向心推力軸承、調(diào)心軸承等的測試需求。

第五，加持裝置夾持力的大小不能定量施加，靠測量者自行掌握。

鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種功能更加完備的軸承噪聲、振動(dòng)測試裝置及測試環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承噪聲、振動(dòng)的準(zhǔn)確測量，用以更加完善的完成軸承噪聲、振動(dòng)的分析研究。

3 改進(jìn)后的噪聲振動(dòng)測試系統(tǒng)

下面介紹一種更加完備的軸承噪聲與振動(dòng)測試環(huán)境系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成軸承噪聲振動(dòng)的準(zhǔn)確測量及深入分析，解決現(xiàn)有軸承噪聲振動(dòng)檢測的不足，具體內(nèi)容如下。

針對(duì)現(xiàn)有軸承噪聲與振動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)弊端，設(shè)計(jì)一種新型、功能更加完善的軸承噪聲振動(dòng)測試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 新型軸承噪音振動(dòng)測試系統(tǒng)

該軸承噪聲與振動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為房中房結(jié)構(gòu)，內(nèi)房5底部通過減振器10放置在外房1中；驅(qū)動(dòng)裝置3置于減振器2上，放置在內(nèi)房5外；反射面4設(shè)置在內(nèi)房側(cè)墻裝有聯(lián)軸器7的側(cè)面；聯(lián)軸器7穿過內(nèi)房反射平面4側(cè)墻，并在穿墻部分做隔音處理；軸承驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為無級(jí)調(diào)速；軸承支撐夾持裝置11置于內(nèi)房地面上，且夾持力可調(diào)；還設(shè)置了獨(dú)立的控制室與驅(qū)動(dòng)裝置空間，配置監(jiān)控、報(bào)警、照明、通風(fēng)等系統(tǒng)，使操作者與被測軸承隔離開，避免操作者發(fā)出異響影響測量結(jié)果，使測試環(huán)境負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到K2≤2dB（其中：K2——環(huán)境噪聲強(qiáng)度）。

具體各部分功能如下：

（1）房屋結(jié)構(gòu)、墻體隔聲處理及外部噪聲處理：采用房中房結(jié)構(gòu)，外房和內(nèi)房采用混凝土整體澆筑，內(nèi)房底部通過減振器放置在外房中，一定程度地降低了外部噪聲的影響，有效地阻隔了外部振動(dòng)影響。

（2）驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置置于減振器上，放置在內(nèi)房外，有效地隔離驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲的影響。

（3）反射面的設(shè)置：對(duì)于傳統(tǒng)半消聲室的設(shè)計(jì)，地面為反射面，且根據(jù)測試要求，被測物品要位于半消聲室中心位置處，這就使在半消聲室中，傳動(dòng)裝置到被測軸承之間的傳動(dòng)軸需要比較長，如此長的軸就會(huì)需要多出支撐點(diǎn)，使振動(dòng)能量傳輸面積較大的、足以成為有效輻射器時(shí)，就能顯著增加低頻聲，易造成由于在半消聲室中傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出較大的振動(dòng)及噪聲，并且散發(fā)出的熱量對(duì)測試結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生不利的影響。而改進(jìn)后測試系統(tǒng)將反射面設(shè)置在內(nèi)房裝有聯(lián)軸器的側(cè)墻面，可使傳動(dòng)軸的長度大大縮短，這樣既可把以上的不利條件予以消除，又可大大節(jié)約傳動(dòng)軸過長所增加的成本，并使其滿足聲學(xué)測量原理，符合國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 3745》及國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 6882 聲學(xué) 噪聲源聲功率級(jí)的測定混響室精密法和工程法》，對(duì)于聲功率的測量要求，即“當(dāng)聲源靠近反射平面安裝時(shí)，聲源輻射的功率與向自由空間輻射的功率明顯不同。如果這種安裝是典型的現(xiàn)場安裝，則測試裝備應(yīng)安裝在半消聲室（反射平面上方的自由場）內(nèi)堅(jiān)硬的地板上，以使它與典型現(xiàn)場安裝類似，此時(shí)反射平面應(yīng)考慮為聲源的一部分”。這樣，就不但可以進(jìn)行軸承聲壓級(jí)噪聲的測試，又可以進(jìn)行軸承聲功率級(jí)噪聲的測試。

（4）聯(lián)軸器穿過內(nèi)房反射平面?zhèn)葔Γ⒃诖Σ糠肿龈粢籼幚恚艚^外部振動(dòng)噪聲對(duì)內(nèi)房中測試環(huán)境的影響。

（5）內(nèi)房除反射面外，其余各面均裝用吸聲尖劈，有更好的吸聲性能，防止其余墻面聲源反射對(duì)測試環(huán)境的影響。

（6）軸承驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速：軸承驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為無極調(diào)速，可滿足各類軸承測試要求。

（7）軸承支撐裝夾裝置：軸承支撐裝夾裝置置于內(nèi)房中，夾持裝置設(shè)計(jì)為夾持力可調(diào)，且可實(shí)現(xiàn)向心軸承、向心推力軸承、調(diào)心軸承等各類軸承的夾持。

4 結(jié)束語

通過該噪聲與振動(dòng)測試環(huán)境系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為更加深入、準(zhǔn)確地對(duì)軸承噪聲、振動(dòng)進(jìn)行測試分析提供了完善的測試條件。由于系統(tǒng)采用房中房結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)為穿墻驅(qū)動(dòng)、無級(jí)調(diào)速，被測軸承和測試裝置所處的環(huán)境四周裝用吸聲尖劈，使得軸承噪聲測試在背景噪聲較低的環(huán)境中進(jìn)行，同時(shí)對(duì)軸承加載方式和軸承加載裝置的布置也進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在分析、測試中小型家電軸承、電機(jī)軸承、汽車軸承、醫(yī)療器械等用各類軸承的噪聲時(shí)，可以有效地消除驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)及外部環(huán)境因素對(duì)軸承振動(dòng)測試結(jié)果的影響，更加真實(shí)地實(shí)現(xiàn)軸承聲壓級(jí)噪聲、聲功率級(jí)噪聲的評(píng)定。根據(jù)分析結(jié)果，查找振動(dòng)噪聲的影響因素，進(jìn)而改進(jìn)軸承加工質(zhì)量，提高軸承使用性能，對(duì)滾動(dòng)軸承的生產(chǎn)、研發(fā)起到很好的技術(shù)支持。

（編輯：鐘媛）

中圖分類號(hào)：TH133.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-4852（2016）02-0026-03

收稿日期：2016-05-20.

作者簡介：康延輝（1984-），男，工程師.

Improvement of rolling bearing noise and vibration test environment system

Kang Yanhui1，2，Gao Chaohui3，Wang Dianren1，2
（1.Technical Center， Luoyang LYC Bearing Co.，Ltd.，Luoyang 471039，China； 2.State Key Laboratory of Aerospace Precision Bearing， Luoyang 471039，China； 3.China Machinery TDI International Engineering Co.，Ltd.，Luoyang 471039，China）

Abstract:Aimed at the shortage of the conventional bearing noise and vibration test environment system， a more perfect bearing noise and vibration test system was put forward. This system used the box in box structure， inside and outside room with foating connection， the bearing drive device was designed for driving through walls and stepless speed regulation， etc， the measured load was design for stepless adjustable and automatic loading. The absorption wedge of surrounding of the test equipment was installed to reduce the interference of the external environment. The test environment system is used for testing and analyzing noise and vibration of small and medium-sized electrical appliances bearings， motor bearings， auto bearing， medical equipment and other kinds of bearing， and also can test the bearing noise of sound pressure level and sound power levels， etc.

Key words:bearing； noise ； vibration； test