轴承振动与噪声的综合控制

轴承振动与噪声的综合控制河南科技大学夏新涛浙江新昌2004.11（抛砖引玉，仅供参考）HAUST主要内容序言轴承零件的质量要求轴承装配轴承润滑轴承测量注意事项圆锥滚子轴承问题1序言基本概念低振动轴承？低噪声轴承？国外情况（日本等）异常声定义？影响振动值的主要因素综合质量反映！某一个因素的改善可以彻底解决轴承振动问题？影响异常声的主要因素误差构成（误差三要素：幅值，频率，方向）表面质量构成（加工质量越高越好？）2轴承零件的质量要求

钢球问题钢球制造业发展迅速，G10、G5等级储备100%以上。主要问题在于表面和清洁度。Dw<6mm的小球Rz（0.015~0.025μm）。表面黑皮、褶皱、伤痕（细条，网状，竹叶状，太阳状放射斑，500×干涉显微镜）。严重影响轴承音质，要向钢球厂提出供货要求！要使用强化钢球。2轴承零件的质量要求套圈问题和钢球质量相比，套圈质量对噪声的影响明显突出。套圈问题包括：结构设计，制造质量。制造质量包括：加工精度，表面质量。表面质量包括：粗糙度，烧伤，创伤等表面缺陷。2轴承零件的质量要求套圈结构设计外圈沟曲率半径

Re<0.535Dw？

研究表明Re和Z关系如图所示。2轴承零件的质量要求内圈沟曲率半径

Ri<0.515Dw?

研究表明Re和Z的关系如图所示。2轴承零件的质量要求外圈挡边直径对噪声的影响2轴承零件的质量要求沟道直径对于给定的轴承外部尺寸，沟道直径过大或过小都使轴承噪声增大，存在一个最佳沟道直径，使轴承噪声为最小。轴承噪声沟道直径2轴承零件的质量要求游隙变化2轴承零件的质量要求b.套圈的制造问题双端面（基准面）磨削与研磨平行度：<1μm，尺寸公差：<10μm。注：有利于无基准磨削——后续磨削和超精加工沟道时，两个端面均可以做定位基准。

该要求使沟道质量好（无砂轮花等）。2轴承零件的质量要求外径和内外径做定位表面时的要求

2-15滤波圆度误差：0.3~2μm15~500滤波圆度误差：0.07~0.5μm

注：在沟道磨削之前，定位表面要进行精研加工。

2轴承零件的质量要求沟道超精参数选择

油石具有切削和光整的双重能力。切削角的概念油石最大速度工件线速度θmax2轴承零件的质量要求如何改善油石的切削能力？↑压力、振动频率、摆角。↓工件转速。↑煤油的含量。背景：大切削角，20°~40°，粗超精加工。2轴承零件的质量要求如何改善油石的光整能力？↓压力、振动频率、摆角。↑工件转速。↑机油的含量。背景：小切削角，5°~10°，精超精加工。丝纹的形成在超精结束前的2~4s，尽量减小振动频率。2轴承零件的质量要求沟道宏观误差问题（单位：mm）

沟位置尺寸ae和ai公差：±0.01~±0.03

沟曲率半径公差：±0.01~±0.03

沟道直径公差：±0.006~±0.01~±0.015

沟道直径的严重分散，意味着结构尺寸的变更，可以改变钢球的理想运动，改变钢球和保持架的相对位置，导致音质不稳定。2轴承零件的质量要求沟道粗糙度和波纹度问题（μm）

Ra<0.025;Ry

<0.25;Rz

<0.15。（对应拉丝工艺、成品轴承润滑等）

疏波波纹度<0.2;密波波纹度<0.02。

2轴承零件的质量要求沟道缺陷问题

严重影响轴承音质的因素：清洗不干净，超精瘤，砂轮花，磨粒划痕，烧伤点，短丝和断丝等缺陷。应用案例江苏某轴承厂用磨削自动线生产6305轴承，ZV4组达到85%，其中有异常声的占37.5%，比例很高。经拆套在40×显微镜下观察发现：2轴承零件的质量要求表面缺陷分类件数合计内圈沟道细划痕：圆周3和轴向1417超精瘤7砂轮花6外圈沟道划碰痕：竹叶状，细条和黑印922超精瘤3沟边缺陷，黑点，金属夹杂物6清洗不干净42轴承零件的质量要求砂轮花控制油石切削能力不足↑油石压力、频率和摆角。↓工件转速、油石硬度。用粗粒度油石。磨削原因砂轮磨粒太粗，沟位置误差太大，Se和Si太大。油石夹持松，摆动中心不合适等。2轴承零件的质量要求超精瘤控制超精瘤颜色和成因白瘤：研削屑烧结。黑瘤：油石金刚砂烧结。主要原因：温度过高，>200℃措施↑煤油含量。↓工件转速、油石压力。↓磨削粗糙度、残磁。尽量不使用白刚玉油石。2轴承零件的质量要求拉丝问题

断丝和短丝：油石太软，工件转动不稳定，油石夹持松动。

纹路粗细不均匀：油石磨粒粒度不均匀。2轴承零件的质量要求丝子线状浅划痕1~1.5μm深。

油石或清洗液有杂质，油石磨粒不均匀、有硬粒。溜子浅暗色条纹。

油石堵塞，由磨粒和铁屑划伤。应选软油石，应增加煤油含量。亮带发亮带状。

油石表面有粘结物。应增加煤油含量。2轴承零件的质量要求蝌蚪蝌蚪状伤痕。

油石硬磨粒脱落后压入。应减小压力，重选油石。拖尾尾巴状划痕。

油石松动、超精结束时油石退回速度太慢造成。油石印圆周表面的有规律白色痕迹。油石松动，工件转动不稳定，磨削振纹太深（油石切削能力太弱）。2轴承零件的质量要求加工质量与影响因素类型

实验研究表明，对现行设计标准来说，影响轴承噪声的因素排序：结构尺寸最大，宏观误差次之，微观误差最小。

内圈和外圈居相同地位，钢球次之。内圈和外圈加工质量要匹配好。2轴承零件的质量要求

实验研究案例考虑三种因素，影响轴承噪声因素排序：

沟曲率半径（结构尺寸）最大；

沟形误差（宏观误差）次之；沟道表面粗糙度Ra（微观误差）最小。

原因分析：噪声设计和疲劳寿命设计不同。现行设计标准不是噪声设计，使然。2轴承零件的质量要求结构设计与加工质量

必须注意，目前，并非加工质量越高越好，满足一定的质量即可。结构设计的合理性是最重要的。在正常润滑条件下，由结构本身问题产生的噪声是基本噪声，制造质量问题使噪声分散范围增大。2轴承零件的质量要求

一个无任何制造误差的轴承也会产生噪声和异常声音，这和轴承的结构设计密切相关。一个重要原因是共振、阻尼振动、摩擦、碰撞等。

当制造和润滑条件不变时，若噪声不稳定，则很有可能是结构设计不合理，例如，轴承刚度没有压倒一切。3轴承装配装配车间环境

温度（25℃左右），相对湿度（50%左右），清洁无灰尘。

分选与合套由仪器自动完成，自动装配，以避免人为因素的干扰。合理设计注脂头，注脂于沟道而非过梁。高速均匀油脂。3轴承装配

最佳游隙。例如（仅供参考）：

6203轴承，一般合套游隙5~18μm，用于电机时4~11μm，加载游隙9~14μm。

4轴承润滑注意油脂性质

稠度，滴点，基础油粘度。油脂性质要和沟道质量相匹配

例如，沟道粗糙度不是越小越好。拉丝工艺要满足Ry要求。轴承设计与制造越精良，基础油粘度可以越低，反之越高。润滑脂因厂而宜。4轴承润滑国外进口润滑脂与国内润滑脂

有优劣区别吗？

发达国家与落后国家轴承品质不同，油品质也不同。

专供中国市场！

犹如：国产DVD可以适应国产盗版影碟，而进口DVD仅和正版影碟相适应。4轴承润滑弹性流体动压润滑状态工作

无量纲润滑膜参数Λ=h0/R0

h0为最小润滑膜厚度，R0为摩擦副综合粗糙度值。

接近流体润滑：1.5<Λ<3

几乎为流体润滑：3<Λ<44轴承润滑纳米技术的应用纳米材料的基本概念磨粒尺寸1~100nm。

高扩散性，易烧结性，低熔点，硬度大。

滚珠轴承作用（硬卵石般）。

薄膜润滑作用。4轴承润滑纳米粒子添加剂润滑材料

油酸修饰TiO2纳米粒子添加剂，可以有效地提高GCr15轴承钢的抗磨损能力。添加适量的经修饰的5~50nm的TiO2纳米粒子，可以修复表面缺陷，改善轴承振动和音质。

在重载轴承滚动表面进行Al2O3纳米固体干膜处理后，显著降低汽车轴承磨损。

……4轴承润滑纳米粒子添加剂超精液

在超精加工过程中，轴承零件滚动表面会形成纳米材料薄膜。常用的纳米材料粒子

MoS2，WS2，TiO2，Al2O3，PbS……常用二烷基二硫代磷酸，二乙基已酸，油酸等做修饰剂4润滑问题纳米材料薄膜的作用

填补与修复表面的一些缺陷。减小摩擦因（系）数，减小摩擦力矩，减小摩擦与磨损。

改善高频音质。降低振动和噪声。

提高疲劳寿命。5轴承测量推荐三波段测量

50~300Hz,300~1800Hz,1800~10000Hz人耳听阈范围

20~20000Hz影响因素一一对应？

圆度→低频段，波纹度→中频段，粗糙度→高频段？5轴承测量误差三要素

幅值（大小），频率（状态构成），相位（方向）。对目前轴承的制造质量而言，幅值已经很小，而频率成为影响噪声和音质的主要因素之一。（牛和驴的叫声不同）

一个新概念：谐波。5轴承测量谐波

圆度、波纹度和粗糙度表示误差的大小，不能表示误差的构成状态。

谐波是误差三要素的充分和统一体现。谐波幅值Fi描述误差大小，谐波次数

i

描述误差频率，谐波也有相位αi。目前，谐波概念已经出现在工艺文件中。5轴承测量

谐波应用案例（608外圈）序号工序名称要求（μm）1精磨外径低次谐波<0.12精研外径低次谐波<0.053精磨沟道低次谐波<0.14超精沟道低次谐波<0.05低次谐波：2~15（10）次谐波5轴承测量关于异常声（特别提醒：仅供参考）

定义定义？感觉不舒服？叠加于固有声和基础声之上？无定义则无标准，无标准则无指标。测量指标？峰值，峰值因数，峭度，脉冲因子，波形因子等？来自故障诊断理论！新轴承有故障？很多实验研究证明：耳听为实，眼见为虚！6注意事项异曲同工与细微差别

不同的工艺可以生产出相似的产品，同样的工艺可以生产出不尽相同的产品，这是因为有很多问题的复杂性往往是无法预料和理解的。有时候，具体操作中的细微差别可能是最重要的原因。

许多问题的关键往往不在于技术本身，而在于人。6注意事项案例1轴承中含有硫物质。原因1）高速磨削时，磨削热高，渗硫砂轮中的硫和金属发生反应，生成化学反应膜，该膜会脱落。原因2）该膜在超精时未被彻底去除掉。背景：某些含有硫、磷等活性元素的添加剂可能会对摩擦副产生腐蚀。

超精研时，一定要切除10μm厚的金属层。6注意事项案例2轴承中含有铜物质。原因：轴承装配时，用铜金属棒拨钢球，使球均匀分布。铜金属微粒粘附在钢球和沟道表面，没有清洗干净。背景：铜金属微粒混入润滑脂中，使轴承产生异常声响。6注意事项勤三上

古人云，凡事勤三上，即马上、厕上、床上。下功夫，勤思考，善于学习，事半功倍。案例1磨削后沟道为何沟形误差很大？砂轮磨损不均匀？砂轮质量有问题？修整器有问题？修整器位置，受力，钢带打滑。6注意事项案例2超精后沟道为何沟形误差大？磨削误差的传递，包角太大，油石夹持问题。案例3沟道为何超不动？钢太硬？热处理问题？油石太软？太硬？磨削粗糙度太小？油石切削能力太弱？6注意事项知己知彼，百战不殆

当用户反映轴承有问题时，要检查自己设计、制造和检测轴承的情况，也要了解用户使用轴承情况。案例密封轴承为何漏油（脂）？原因1）润滑脂滴点低。原因2）轴承实际工作温度高于正常温度。原因3）热处理使套圈变形或膨胀变大。

6注意事项技术共享

在我国轴承行业，一般没有可以保得住的技术秘密，除非你闭门谢客、孤芳自赏。天上有天，人上有人，最好是敞开胸怀，技术共享，相互促进。

6注意事项

市场竞争

市场竞争，惨不忍睹，人在江湖，身不由己……

技术可以共享，但市场必须竞争。7圆锥滚子轴承问题滚子轴承的结构设计

滚子个数的增加。

大油沟的设计（要考虑滚子）。无大油沟结构。

滚道和挡边的凸度设计对回转中心的影响。7圆锥滚子轴承问题滚子轴承的宏观误差

实验研究表明，在目前制造水平下，影响振动和噪声的宏观误差主要有：内滚道尺寸误差，Ke，Sd，内圈沟道圆度误差，内圈波纹度等。