沟道形状误差对深沟球轴承振动和噪音的影响

王哲¹，胥利²

（1.哈尔滨轴承集团公司销售部，黑龙江哈尔滨　150036；2.哈尔滨轴承集团公司质量管理部，黑龙江哈尔滨　150036）

　　摘　要：针对深沟球轴承振动及噪音的产生原因以及沟道圆度和波纹度对振动和噪音的影响程度进行分析，为轴承在加工过程中减少振动及噪音提供参考。

　　关键词：球轴承；圆度；波纹度；振动；噪音

　　1　前言

　　深沟球轴承套圈沟道形状误差对轴承的旋转精度、振动和噪声有很大的影响。无论机械设备加工精度有多高，轴承零件表面形状都不会是一个理想的形状，使轴承内套、外套表面上形成一些形状误差，如轴承各滚动面上的圆度、波纹度、粗糙度、沟曲率形状误差等加工缺陷不是单一的，而是几种因素随机组合在一起，使轴承在旋转时产生振动和噪声。由于影响振动及噪音的因素较多，仅讨论圆度和波纹度对振动及噪音的影响。

　　轴承在工作状态下，内圈在随主轴转动的同时，钢球一方面随同保持架绕轴承公共轴线公转，一方面绕球心自转，外圈静止不动。若内沟道在其与钢球接触点区域内有缺陷，每个钢球通过缺陷点时都会产生偏移，同时导致轴承内圈产生相应的位移，由此产生的振动传递给外圈，使外圈产生相应的振动。同样，若外圈沟道在其与钢球接触点区域内有缺陷，每个钢球通过时也产生偏移，并形成振动。

　　2　沟道圆度对轴承振动和噪声的影响

　　当内圈与保持架引导钢球旋转时，由于内、外圈沟道圆度误差的存在，滚动体钢球质心的运动的轨迹不是一个理想的圆形轨迹，而是依据内、外沟道的形状作不规则的圆周运动，从而使轴承产生振动与噪声。沟道形状一般有椭圆形、三角形、花瓣形、鸭梨形、葫芦形等，见图1。

图1 沟道轮廓的不同形状

　　对普通轴承和国外低噪音轴承进行比较，发现普通轴承低频测值较高。通过测振仪扩音器听到的声音，大部分都是在正常的沙沙声中夹杂有一些低频声音，如：做偏心运动的“凸轮声”、“嗡嗡”声、急促的火车“吃吃”声及其它较低音频的声音。国外低噪音轴承其低频测值普遍测值小，且没有异音。在分析轴承振动与噪声时，作为沟道的圆度偏差，由于这种缺陷一般低于15个波，属低次波产生的振动频率一般都在低频范围内，且振动振幅较小，属于低频低幅振动。由声强可知，低频低幅的振动产生的声强很小，人耳一般感觉不到。但当圆度偏差较大，且其形状波数在3个波数以上，其低频示值较大，同时会产生其它较低音频的声音。

　　通过测量发现振动值好的轴承沟道形状基本是以椭圆形为主，波数在2～3个波，振动值不好的轴承形状各异不规则，波数基本在3～10个波之间，即使圆度值稍大时，对轴承的低频分量也无太大的影响。

　　3　沟道波纹度对轴承振动和噪声的影响

　　轴承表面波纹度是表面加工质量的一个重要特征。一般认为滚动表面的波纹度是引起轴承振动的主要原因。轴承沟道波纹度对轴承的振动与噪音的影响分析广泛采用频谱分析方法，就是将时域信号变为频域信号，通过对频域信号峰尖频率及幅值、相位的分析，掌握被测对象的许多动态特性。

　　沟道圆度对轴承低频振动的影响不完全靠自身数值来表现的，而是通过以它为基础计算出的沟道疏波波纹度及密波波纹度来充分体现的。即与沟道圆度形状、波数、数值有很大的关系。

　　随机抽取30套6205 Z1轴承进行检测，数据见图2、图3。

图2 6205 Z1轴承圆度与振动值的关系

图3 6205 Z1轴承波纹度与振动值的关系

　　4　结论

　　通过检测数据可以看出，圆度对振动和噪声的影响较小，呈不规则分布；波纹度对轴承振动和噪声的影响较大，随着波纹度增加振动值呈上升的趋势。片面提高圆度来降低轴承振动和噪声是不科学的，因为圆度主要影响振动的低频分量，波纹度主要影响振动的高频分量，而低频分量对轴承振动和噪声的影响远远小于高频分量，所以需在加工中严格控制波纹度来减低轴承振动和噪音值。