彭來深，李偉建，潘存云

(1.衡陽紡織機(jī)械有限公司，湖南 衡陽 421007；2.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，長沙 410073)

軸承振動(dòng)的試驗(yàn)研究一直是軸承動(dòng)態(tài)性能研究的重要內(nèi)容。文獻(xiàn)[1-2]對(duì)圓錐滾子軸承振動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，找到了軸承振動(dòng)的主要影響因素。文獻(xiàn)[3]用試驗(yàn)方法研究了振動(dòng)與噪聲的關(guān)系。下文將在研制的一套臥式測(cè)量裝置上對(duì)新型空心圓柱滾子軸承的振動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，并與同尺寸的實(shí)心圓柱滾子軸承的振動(dòng)性能進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證該新型空心圓柱滾子軸承的減振性能。

1 振動(dòng)測(cè)試方案及裝置

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)測(cè)量一般在軸承振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)(BVT)上進(jìn)行，被測(cè)軸承通過定制的芯軸安裝在BVT驅(qū)動(dòng)裝置的主軸上。采用這種方法進(jìn)行軸承振動(dòng)測(cè)量時(shí)，軸承一般為立式安裝，若其重量較大，則將使芯軸發(fā)生一定的撓曲，影響測(cè)量的精度。為此，提出一種軸承振動(dòng)臥式測(cè)量的方案，這種振動(dòng)測(cè)量方法可有效避免軸承自重引起的彎曲變形對(duì)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量精度。

圖1為軸承振動(dòng)臥式測(cè)量系統(tǒng)示意圖。被測(cè)軸承通過專用的測(cè)量工裝安裝在一浮動(dòng)平臺(tái)上，該浮動(dòng)裝置實(shí)際上就是安裝在基座上的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，在滾動(dòng)導(dǎo)軌的一端給軸承施加一定的徑向載荷，軸承內(nèi)圈通過芯軸和皮帶由一動(dòng)平衡后的電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)，并以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。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(dòng)速度或加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)振動(dòng)測(cè)量分析儀內(nèi)部放大器、濾波器和運(yùn)算器等處理后，在分析儀的表盤上指示出振動(dòng)速度或加速度的有效值。

圖1 軸承振動(dòng)臥式測(cè)量系統(tǒng)示意圖

軸承振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力源部分選用功率為4 kW并可以變頻調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)過了動(dòng)平衡試驗(yàn)，旋轉(zhuǎn)精度高，可避免對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。通過3根懸索懸掛重物的方式實(shí)現(xiàn)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(dòng)測(cè)量分析儀讀取振動(dòng)測(cè)量過程中的振動(dòng)速度和振動(dòng)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(yàn)，還設(shè)計(jì)了專用的測(cè)量工裝。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在該臥式試驗(yàn)臺(tái)上分別對(duì)實(shí)心圓柱滾子軸承和空心圓柱滾子軸承進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)。空心圓柱滾子結(jié)構(gòu)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(yàn)時(shí)采用轉(zhuǎn)速表測(cè)量軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速，其誤差可控制在±10%以內(nèi)。

圖2 空心圓柱滾子結(jié)構(gòu)圖

實(shí)心圓柱滾子軸承振動(dòng)測(cè)量條件及其測(cè)量結(jié)果見表1～表3。

表1 無潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)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(zhuǎn)速的升高而變大；在相同的潤滑條件和轉(zhuǎn)速下，v，a值在外載荷F=130 N時(shí)較大；而當(dāng)外載荷和轉(zhuǎn)速相同時(shí)，無潤滑時(shí)，v，a值較大，脂潤滑時(shí)次之，油潤滑時(shí)最小。

表2 油潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)加速度a(m/s2)

表3 脂潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)加速度a(m/s2)

同樣，對(duì)空心圓柱滾子軸承在與表1～表3中相同的測(cè)試條件下進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，其結(jié)果見表4～表6。

表4 無潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)加速度a(m/s2)

表5 油潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)加速度a(m/s2)

表6 脂潤滑時(shí)振動(dòng)速度v(mm/s)和振動(dòng)加速度a(m/s2)

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

為了從試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(dòng)加速度級(jí)來衡量，相同工況下軸承的振動(dòng)加速度級(jí)越小，軸承的振動(dòng)也越小，性能越好。軸承振動(dòng)加速度級(jí)La可定義為

式中：a1為某一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)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(jù)La的計(jì)算式，由表1～表6就能獲得實(shí)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(jié)果如圖3所示。從圖3可見，空心圓柱滾子軸承La值對(duì)潤滑條件、外載荷和內(nèi)圈轉(zhuǎn)速的變化均不如實(shí)心圓柱滾子軸承的明顯。當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí)，空心圓柱滾子軸承La值總能維持在一個(gè)相對(duì)恒定的值上。圖3a表明，在無潤滑時(shí)的3種外載荷下，空心圓柱滾子軸承的La值均小于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值，至少減小了9.17 dB。圖3b表明，當(dāng)F=66 N時(shí)，空心圓柱滾子軸承的La值大于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值；當(dāng)F=130 N時(shí)，空心圓柱滾子軸承的La值小于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值；當(dāng)F=260 N時(shí)，在高速部分空心圓柱滾子軸承La值小于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值。圖3c表明，當(dāng)F=66 N時(shí)，在高速部分圓柱滾子軸承的La值小于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值；當(dāng)F=130 N和F=260 N時(shí)，空心圓柱滾子軸承的La值小于實(shí)心圓柱滾子軸承的La值。

圖3 不同工況下軸承的La值

3 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)軸承振動(dòng)臥式測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)空心圓柱滾子軸承和實(shí)心圓柱滾子軸承的振動(dòng)性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：在一定條件下，空心圓柱滾子軸承的振動(dòng)性能優(yōu)于實(shí)心圓柱滾子軸承。本研究也為空心圓柱滾子軸承的減振機(jī)理的深入研究提供了試驗(yàn)依據(jù)。