加速度型滚动轴承振动测量仪校准规范

JJF1371—20121加速度型滚动轴承振动测量仪校准规范1范围本规范适用于加速度型滚动轴承振动测量仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG233—2008压电加速度计JJG676—2000工作测振仪JJF1185—2007速度型滚动轴承振动测量仪校准规范GB/T24610.1—2009滚动轴承振动测量方法第1部分:基础JB/T5314—2002滚动轴承振动(加速度)测量方法JB/T7047—2006滚动轴承深沟球滚动轴承振动(加速度)技术条件凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语3.1轴承振动bearingvibration轴承在旋转过程中,除轴承零件间的一些固有的、由功能所要求的运动以外的其他一切具有周期变化特性的运动。本规范中所测量的轴承振动是指:轴承内圈端面紧靠心轴轴肩,并以某一恒定的转速旋转,外圈不转并承受一定的轴向和径向载荷时,其滚道中心的截面与外圈外圆柱面相交处的轴承外圈的径向振动。3.2轴承振动(加速度)幅值accelerationofbearingvibration被测量轴承安装在轴承振动测量仪的芯轴上,轴承随着芯轴转动时产生的振动即为轴承振动。用加速度传感器在轴承外圈测量得到的加速度值即为轴承振动(加速度)幅值。3.3振动比较法校准vibrationcalibrationbycomparison将被校加速度计与参考加速度计背靠背刚性连接;对此施加相同的振动激励,在同一测量点同时得到各自测量系统的测量值,求其测量误差即为该校准的比较结果。3.4振动Z值amplitudeZofvibration轴承振动测量仪电箱上显示的轴承振动加速度幅值用Z(dB)表示,它与振动加速度幅值(m/s2)有确定的换算关系。注:其计算如公式(2)所示。4概述加速度型轴承振动测量仪是测量滚动轴承振动加速度值的专用检测仪器,由加速度JJF1371—20122计及安装套筒、轴承振动测量仪电箱(以上两部分简称振动测量系统)、轴承驱动装置、轴承安装芯轴和轴向、径向推力器等部件组成。测量时由驱动装置提供稳定、可靠的轴承振动激励,即对转速、芯轴跳动、轴向推力器压力差等都有一定的约束条件。振动测量系统用于测量滚动轴承的振动加速度值(m/s2),经过测量仪的电路转换得到振动Z值(dB)。其测量原理如图1所示。5计量特性5.1轴承芯轴(选定的)的径向跳动芯轴与轴承内圈配合处径向跳动不超过±5μm。5.2轴向推力器各触点的压力各触点的压力差不超过20%。5.3旋转主轴转速转速误差不超过额定转速的±2%。5.4振动测量系统的计量特性5.4.1振动测量系统加速度参考灵敏度值或参考校准值(系数)。5.4.2振动Z值(dB):可按高、中、低三个量程显示均方根值。5.4.3振动测量系统加速度幅值非线性度:不超过10%。5.4.4滤波器带宽:50Hz~10kHz。5.4.5振动测量系统系统噪声:应小于被校最低振动测量值6dB。6校准条件6.1环境条件温度:(10~35)℃;相对湿度:≤85%;电源:(380±38)V,(220±22)V,(50±1)Hz;周围无明显振动、无强磁场、无腐蚀性介质。6.2校准用仪器(见表1)表1校准用仪器一览表序号仪器名称测量范围技术指标测量不确定度1千分表(0~1)mm1μm—2测力计10N1.0级—3塞尺0.4mm(厚)端部有孔 4非接触式转速表(100~1000)r/min0.5级—5校准套筒 (见附录B) 6标准振动测量单元(见图1)——不大于3%,k=27正弦振动比较法校准装置(见图2) 不大于2%,k=3JJF1371—201237校准项目和校准方法7.1校准项目(见表2)表2校准项目1轴承芯轴的径向跳动2轴向推力器的各触点压力差3旋转主轴转速4振动测量系统加速度参考灵敏度值或参考校准值(系数)5振动Z值(dB)6振动测量系统加速度幅值非线性度7滤波器带宽8振动测量系统系统噪声7.2校准方法加速度型轴承振动测量仪的校准项目及方法分为以下四个部分:7.2.1驱动装置及轴承安装芯轴的径向跳动的校准将千分表通过磁性座固定在轴承振动测量仪的基座上,然后将千分表的测量头垂直接触到轴承安装芯轴和轴肩端面圆上(轴承安装芯轴固定在轴承振动测量仪上)。使芯轴转动,芯轴转动一周时千分表测出的最大位移之差为芯轴的径向跳动。测量结果应满足5.1的要求。7.2.2轴向推力器压力差的校准a)首先将轴承振动测量仪轴向加载按规定调整到位,任意选定三个负荷柱中的一个,将塞尺插入负荷柱与被测轴承外圈之间。测力计的吊耳勾住塞尺,并沿着轴承的切线方向轻轻外拉,当拉动塞尺时读出测力计的均匀拉力读数,然后依次测量另外两个负荷柱的拉力读数。将所得读数代入公式(1):eF×100%(1)式中:Fmax—三个负荷柱中最大的拉力值,N;Fmin—三个负荷柱中最小的拉力值,N;Fave—三个负荷柱中的平均拉力值,N;eF—加载器的压力差。得到一组读数的压力差值。b)将负荷柱或被测轴承外圈旋转约120°和240°,按照上一条的方法再读出两组拉力读数,并代入公式(1)计算。三组测量结果均应满足5.2的要求。注:径向或其他加载器压力差的校准可参照轴向的方法。4启动轴承振动测量仪，用非接触式转速表从轴承安装芯轴上测量该仪器的转速，连续测量3次，取其平均值为被校轴承振动测量仪的转速。测量结果应满足5.3的要求。7.2.4振动测量系统的校准a)采用振动测量系统的轴承振动比较法校准。原理见图1。b)采用加速度计和轴承测量仪电箱的正弦振动比较法校准。原理见图2。注：推荐使用7.2.4a)的校准方法。如振动测量系统的加速度计套筒结构特殊，不能使用该条，可使用7.2.4b)的校准方法。7.2.4.1振动测量系统的轴承振动比较法振动校准校准原理见图1。图1轴承振动比较法校准原理图a)被校加速度计的安装将被校加速度计与参考加速度计背靠背刚性地连接在校准用加速度计套筒(见附录B)中，分别引出各自的测量电缆到轴承振动测量仪和适调放大器，调整好套筒的弹簧压力和测量触头的灵活度，并将校准套筒安装到原安装套筒位置上，调整到合适的高度，按产品说明书要求调节测量触头的接触压力。b)相关技术要求振动测量部分加速度计的输出电缆及各部件应配套完好。加速度计及校准套筒调整装置的基座应稳定、工作正常。用于校准的设备应接地良好。c)校准过程根据产品需要选择校准轴承和配套芯轴(作好标记)。安装好校准轴承和芯轴，启动轴承测量仪机械驱动装置，使校准轴承产生振动并激振加速度计套筒下面的测量触头。在一定的转速和测试载荷下，测量加速度计与轴承外圈为非刚性连接，选取轴承外5度幅值，计算得出三点振动加速度幅值的算术平均值，根据标准仪器的振动幅值调整测量仪的灵敏度设置或校准值，使被校振动加速度幅值的平均值与标准振动值一致。该灵敏度值即为被校测量仪的参考灵敏度或参考校准值(系数),在该参考灵敏度下读出的振动加速度幅值即为该校准轴承的振动Z值(dB)。如果轴承需要两面测试，则取二面中(三点平均值)较高值为该轴承在该频带下的振动(加速度)幅值。d)标准振动Z值的换算标准振动加速度值可按公式(2)换算成振动Z值。a;——标准加速度幅值，m/s²;7.2.4.2振动测量系统的正弦比较法振动校准如果被校振动测量系统不能按上面的轴承振动比较法进行振动校准，则可按照本方法进行校准(见图2)。a)将被校加速度计与参考加速度计背靠背连接安装在标准激励器上(如图2所示),由激励器产生参考频率为160Hz、振幅为10m/s²(rms)的正弦振动，调节测量仪灵敏度设置或校准值，使测量仪上显示振动幅值为60dB。此时灵敏度设置显示的即为被校测量仪的参考灵敏度或参考校准值(系数)。b)在50Hz～10kHz频率范围内按照倍频程选出7～9个频率值；激励器产生恒6定的振动加速度幅值为10m/s²(rms)时，分别测出轴承振动测量系统相应的振动加速度值a;,并将代入公式(3):式中：加速度幅值的最大相对偏差应符合图3中仪器滤波特性曲线中的阴影部分。c)选取参考频率为160Hz,激励器产生的振动加速度幅值在(0.2～20)m/s²(rms)范围内，均匀地选出7～10个振幅值xo;,同时测出被校轴承振动测量系统的各个加速度值x;,代入公式(4)计算幅值非线性度：JJF1371—20127取δi中的最大值作为幅值非线性度应不超过10%或不超过±1dB。测量结果应满足5.4的要求。d)在激励器输出为零时,测出被校轴承振动测量系统显示的加速度值,该加速度值即为被校轴承振动测量系统的本底噪声。测量结果应小于被校最低振动测量值6dB的要求。测量结果应满足5.4的要求。8校准结果表达8.1校准证书封面上应包括以下信息:a)标题“校准证书”;b)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);c)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;d)送校单位的名称和地址;e)被校对象的描述和明确标识;f)校准环境的描述;g)校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;h)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。8.2校准证书内页上应根据校准情况反映:a)驱动装置和轴承安装心轴的径向跳动;b)轴向加载器压力的偏差;c)轴承振动测量仪主轴转速的校准结果;d)被校振动测量系统的加速度参考灵敏度值或参考校准值(系数);e)校准轴承的振动Z值;f)被校振动测量系统的滤波器特性;g)被校振动测量系统的幅值线性度;h)被校振动测量系统的系统噪声;i)校准结果及不确定度的说明。9复校准时间间隔建议复校时间间隔为1年,用户可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。振动测量仪系统发生重大故障,经修理后,应重新校准。JJF1371—20128附录A轴承振动测量仪加速度参考灵敏度值校准结果的不确定度评定示例A.1概述A.1.1目的加速度型滚动轴承振动测量仪校准结果的不确定度的评定,主要内容就是评定加速度灵敏度值的不确定度。A.1.2方法将被检轴承振动测量仪传感器与标准加速度计背对背刚性地安装在校准套筒内的顶杆上,顶杆在弹簧的压力下接触校准轴承的外圈。启动电机后由两只传感器分别测出校准轴承上产生的振动量值,调节与被检加速度计相接的轴承振动测量仪电箱上的灵敏度电位器,使其示值与标准加速度示值(折算成dB值)一致。此时,该电位器上的数值即为系统的整机灵敏度,即加速度灵敏度值。A.2数学模型A.2.1数学模型本规范采用比较法校准,在参考加速度条件下确定被检加速度型滚动轴承振动测量仪的加速度灵敏度值。被校加速度型滚动轴承振动测量仪的灵敏度为s2,被校轴承振动测量仪输出电压为Z2=a×s2×sA,而a=1,则s2=,考虑到Z1=Z2,故计算灵敏度s2的公式如(A.1):s2=式中:s1—标准加速度计套组的灵敏度值;s1sA(A.1)s2—被校加速度型滚动轴承振动测量仪的灵敏度值;sA—被校加速度型滚动轴承振动测量仪内置电荷放大器的增益;Z1—标准加速度计套筒输出的标准振动Z值;Z2—被校加速度型滚动轴承振动测量仪输出的振动Z值;a—轴承振动的加速度。在实际测量中,以下因素都会对灵敏度校准中电压比的测量引入不确定度:加速度计安装因素(如安装扭矩、传感器电缆的固定、模拟质量块带来的附加误差等);电荷放大器的衰减挡误差;以及环境条件和试验温度等影响。所以,采用比较法实现加速度计灵敏度测量的数学模型为公式(A.2):s2=·(I1·I2…IM-1·IM)(A.2)式中:I1~IM为其他影响量对振动Z值测量带来的误差。9A.2.2灵敏系数灵敏系数的绝对值均为ci=1。A.2.3传播律公式由于上述各输入量之间独立,相对合成不确定度的表达式为公式(A.3):urel2(s2)=因为ci=1,所以:(A.3)(ci.urel(s2i))2(A.3)i=1urel2(s2)=A.3标准不确定度的评定=(urel(s2i))2标准不确定度的主要来源如下:A.3.1由参考条件下得出的灵敏度值不确定度引入的标准不确定度分量urel,1已知灵敏度校准的相对扩展不确定度为1.0(k=2),因此标准不确定度的分量为urel,1=1.0%/2=0.5%A.3.2加速度计频率响应与参考灵敏度偏差引入的标准不确定度分量urel,2在(50~3000)Hz范围内,加速度计灵敏度变化为1.0%,认为[-1%,1%]区间内是均匀分布,有urel,2=1.0%/=0.58%A.3.3加速度计灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度分量urel,3该加速度计的灵敏度年稳定度优于±0.5%,可认为是均匀分布,则urel,3=0.5%/=0.29%A.3.4轴承振动测量仪放大器引入的标准不确定度分量urel,4轴承振动测量仪放大器影响带来的最大误差估计处于±0.2%之内,可视为均匀分布,则urel,4=0.2%/=0.12%A.3.5环境对传感器灵敏度幅值影响引入的标准不确定度分量urel,5环境温度等对传感器灵敏度幅值影响处于0.1%之内,并可视为均匀分布,有urel,5=0.1%/=0.058%A.3.6安装参数(如扭矩、电缆的固定、模拟质量块等)对传感器灵敏度幅值影响引入的标准不确定度分量urel,6安装因素带来的最大误差处于1.0%之内,可认为是均匀分布,则urel,6=1.0/=0.58%A.4合成不确定度的评定A.4.1不确定度分量一览表输入量的标准不确定度汇总表见表A.1。JJF1371—201210表A.1标准不确定度汇总表标准不确定度分量不确定度来源标准不确定度cici×u(xi)urel,1灵敏度幅值0.5%10.5%urel,2加速度计频率响应0.58%10.58%urel,3加速度计灵敏度幅值稳定性0.29%10.29%urel,4轴承振动测量仪放大器0.12%10.12%urel,5环境对传感器灵敏度幅值影响0.058%10.058%urel,6安装参数对传感器灵敏度幅值影响0.58%10.58%A.4.2合成标准不确定度的计算因s2i彼此独立,所以合成不确定度的表达式为公式(A.4)为:urel(s2)===1.16%(A.4)A.5扩展相对不确定度取包含因子k=2,则扩展相对不确定度为Ua=kurel(s2)=2×1.16%≈2.4%附录B校准用加速度计套筒图(推荐)(见图B.1)JJF1371—201212附录C校准证书内页格式(推荐)加速度型轴承振动测量仪校准记录送校单位