新型空心圆柱滚子轴承振动试验

彭来深，李伟建，潘存云

(1.衡阳纺织机械有限公司，湖南 衡阳 421007；2.国防科学技术大学 机电工程与自动化学院，长沙 410073)

轴承振动的试验研究一直是轴承动态性能研究的重要内容。文献[1-2]对圆锥滚子轴承振动进行了试验研究，找到了轴承振动的主要影响因素。文献[3]用试验方法研究了振动与噪声的关系。下文将在研制的一套卧式测量装置上对新型空心圆柱滚子轴承的振动性能进行测试，并与同尺寸的实心圆柱滚子轴承的振动性能进行对比，以验证该新型空心圆柱滚子轴承的减振性能。

1 振动测试方案及装置

滚动轴承的振动测量一般在轴承振动试验台(BVT)上进行，被测轴承通过定制的芯轴安装在BVT驱动装置的主轴上。采用这种方法进行轴承振动测量时，轴承一般为立式安装，若其重量较大，则将使芯轴发生一定的挠曲，影响测量的精度。为此，提出一种轴承振动卧式测量的方案，这种振动测量方法可有效避免轴承自重引起的弯曲变形对振动测量结果的影响，提高了测量精度。

图1为轴承振动卧式测量系统示意图。被测轴承通过专用的测量工装安装在一浮动平台上，该浮动装置实际上就是安装在基座上的直线滚动导轨，在滚动导轨的一端给轴承施加一定的径向载荷，轴承内圈通过芯轴和皮带由一动平衡后的电动机来驱动，并以恒定转速旋转。传感器布置在轴承外圈外圆柱面宽度的中部，将拾取到的轴承径向振动速度或加速度信号转换成相应的电信号，经振动测量分析仪内部放大器、滤波器和运算器等处理后，在分析仪的表盘上指示出振动速度或加速度的有效值。

图1 轴承振动卧式测量系统示意图

轴承振动测试系统动力源部分选用功率为4 kW并可以变频调速的电动机。驱动装置经过了动平衡试验，旋转精度高，可避免对轴承振动测试结果产生影响。通过3根悬索悬挂重物的方式实现加载，改变重物的大小就可以施加不同的载荷。由DZ-5型振动测量分析仪读取振动测量过程中的振动速度和振动加速度值，其传感器通过自身的磁盘吸附在外圈上。为了便于试验，还设计了专用的测量工装。

2 试验结果及分析

在该卧式试验台上分别对实心圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承进行了振动试验。空心圆柱滚子结构如图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。试验时采用转速表测量轴承内圈转速，其误差可控制在±10%以内。

图2 空心圆柱滚子结构图

实心圆柱滚子轴承振动测量条件及其测量结果见表1～表3。

表1 无润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

从表1～表3可见，在相同润滑和外载荷下，v，a值随着转速的升高而变大；在相同的润滑条件和转速下，v，a值在外载荷F=130 N时较大；而当外载荷和转速相同时，无润滑时，v，a值较大，脂润滑时次之，油润滑时最小。

表2 油润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

表3 脂润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

同样，对空心圆柱滚子轴承在与表1～表3中相同的测试条件下进行振动测试，其结果见表4～表6。

表4 无润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

表5 油润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

表6 脂润滑时振动速度v(mm/s)和振动加速度a(m/s2)

从表4～表6可知，在相同的润滑状况下，振动速度v随着转速和外载荷的增大而增大；振动加速度a随着转速的增大而增大，而外载荷的变化对其影响不大。油、脂润滑对空心圆柱滚子轴承的振动有所改善，但效果不如对实心圆柱滚子轴承的改善明显。

为了从试验数据定量地确定出空心圆柱滚子轴承的减振性能，这里可以用振动加速度级来衡量，相同工况下轴承的振动加速度级越小，轴承的振动也越小，性能越好。轴承振动加速度级La可定义为

式中：a1为某一频率范围内的振动加速度均方根值，m/s2；a0为参考加速度，可取9.81×10-3m/s2。

根据La的计算式，由表1～表6就能获得实心圆柱滚子轴承和空心圆柱滚子轴承在不同工况下的La值，结果如图3所示。从图3可见，空心圆柱滚子轴承La值对润滑条件、外载荷和内圈转速的变化均不如实心圆柱滚子轴承的明显。当外界条件发生改变时，空心圆柱滚子轴承La值总能维持在一个相对恒定的值上。图3a表明，在无润滑时的3种外载荷下，空心圆柱滚子轴承的La值均小于实心圆柱滚子轴承的La值，至少减小了9.17 dB。图3b表明，当F=66 N时，空心圆柱滚子轴承的La值大于实心圆柱滚子轴承的La值；当F=130 N时，空心圆柱滚子轴承的La值小于实心圆柱滚子轴承的La值；当F=260 N时，在高速部分空心圆柱滚子轴承La值小于实心圆柱滚子轴承的La值。图3c表明，当F=66 N时，在高速部分圆柱滚子轴承的La值小于实心圆柱滚子轴承的La值；当F=130 N和F=260 N时，空心圆柱滚子轴承的La值小于实心圆柱滚子轴承的La值。

图3 不同工况下轴承的La值

3 结束语

通过设计轴承振动卧式测试系统，对空心圆柱滚子轴承和实心圆柱滚子轴承的振动性能进行了测试，结果表明：在一定条件下，空心圆柱滚子轴承的振动性能优于实心圆柱滚子轴承。本研究也为空心圆柱滚子轴承的减振机理的深入研究提供了试验依据。