润滑对球轴承振动特性的影响

第23卷　第5期摩擦学学报

V o l 23,　N o 5

2003年9月

T RIBO LOGY

Sep ,2003

润滑对球轴承振动特性的影响

赵联春1,马家驹1,马纯青2,邱志仁3

(1.浙江大学机械工程学系,浙江杭州　310027;2.杭州劳格罗拉公司,浙江杭州　310013;3.人本集团有限公司,浙江杭州　310022)

摘要:采用专门设计制作的试验轴承和微机数字式振动测量分析系统,研究了润滑对中心轴向载荷作用下深沟球轴承振动和噪声的幅值及频率特性的影响.结果表明:充分润滑能够有效地降低轴承的振动和噪声水平;润滑不充分或润滑剂不清洁可使振动和噪声加剧,诱发接触谐振和啸声,并使接触表面产生轻微损伤;无润滑时轴承振动急剧增高,并造成磨损失效;同时,润滑油膜的“刚化效应”使轴承弹性接触振动的固有频率提高.关键词:球轴承;振动;噪声;润滑中图分类号:T H 133.33

文献标识码:

A

文章编号:1004-0595(2003)05-0421-05

滚动轴承振动直接影响主机的精度,同时发出的噪声污染周围环境,因而一直备受关注.摩擦和振动常见于机电装备的运行过程中,并存在耦合作用

[1]

.

近年来,随着轴承制造和装配工艺水平的提高,润滑对轴承振动的影响日渐显现,为此开展了润滑剂理化性能与洁净度等因素对振动和噪声特性影响的实验研究[2,3]

,以及弹性流体动力润滑(EHL)对轴承结构振动影响的理论研究[4].然而,实践表明,润滑对轴承振动和噪声的影响相当复杂.本文作者以中心轴向载荷作用下的深沟球轴承为对象,运用专门设计的试验

方法[5]

和自回归(AR)谱分析技术[6]

,重点研究了润滑对球轴承振动和噪声的幅值和频率特性的影响,探讨了润滑剂和润滑状态的作用,对一些长期不能合理解释的现象作出了科学的说明,从而进一步揭示了滚动轴承振动的摩擦学本质.

1　实验部分

1.1　球轴承振动试验方案设计

我们设计了专门的试验方案

,图1示出了所用试验系统的简图.按照滚动轴承行业标准规定的测量方

Fig 1　Sketch o f th e test and analysis system o f ba ll bea ring vibration

图1　球轴承振动测量和分析系统简图

法测量深沟球轴承的振动,为此通过心轴驱动旋转轴承内圈,中心轴向载荷施加于静止外圈,采集外圈外径表面某一点的径向振动.试验轴承6203、6308和6311的测量载荷分别为40N 、80N 和120N ,心轴

转速为1800r /min .所有试验均在室温下进行.

根据测量的物理量选定测量振动的传感器,其类型包括速度型和加速度型,通常采用探针式安装.测量中,探针端部的机械滤波作用和接触副的响应特性

收稿日期:2002-11-24;修回日期:2003-01-25/联系人赵联春,e-mail :z h aolc @.作者简介:赵联春,男,1965年生,博士,工程师,目前主要从事滚动轴承的摩擦动力学的研究.

将使振动信号失真,这在采用压电加速度计进行测量时尤为明显[5].为了尽可能真实地采集振动信号,我们设计和制造了专用试验轴承6308-2RZ和6311-2RZ.在轴承外圈沿径向预先加工特定的螺孔,加工的螺孔对滚道表面无损伤作用,并在螺孔周围的外径表面加工用于安装加速度计的光滑平面,压电加速度计通过钢螺栓固定在轴承表面.与此同时,保证待测轴承的结构和质量特性同标准轴承完全相同[5].由于尺寸限制,未在6203-2RZ轴承外圈加工上述螺孔,而改用失真较小的速度传感器以探针方式测量其振动信号.

如图1所示,传感器采集的轴承振动信号经放大和归一化处理,进入微机测量和分析系统用以进行实时处理和分析,进而给出振动的时间历程图和功率谱

密度(PSD)图[5].为了提高谱分辨率和便于在同一谱图中进行比较,利用现代谱估计技术中基于时间序列的AR模型和改进协方差算法求得功率谱密度[6].采样频率为30k Hz,分析频率范围0～15k Hz,采用内存直接读取数据(DM A)的方式,单次采样样本长度N=4096,AR模型定阶上界N=64.

1.2　试验方法

通过改变润滑剂类型和润滑状态来测定相应的振动,着重分析润滑对球轴承振动幅值和频率特性,尤其是弹性接触振动特性的影响.每项试验在相同条件下重复测量3次.

分别在同一轴承中加注Alv ania2润滑脂、911轴承防锈润滑油和Mo S2固体润滑剂并分别测量其振动,以对比分析润滑剂类型对轴承振动的影响.采用特制的6308-2RZ试验轴承进行润滑脂和润滑油对比试验,以6203-2RZ轴承进行润滑脂和固体润滑剂对比试验.更换润滑剂时,先将轴承在航空汽油中浸泡,待原有的润滑剂完全清除干净后,再用纯净航空汽油清洗干净,晾干后加入新的待测润滑剂.用医用注射器加注润滑脂和润滑油,添加量符合密封轴承技术条件标准,添加润滑油至溢出轴承滚道为止.

为了比较润滑状态对轴承振动的影响,依次对下述4种状态进行6308-2RZ轴承振动测量:(1)卸除轴承的密封圈,清除轴承中的润滑脂,洗净晾干后用注射器加入足量的润滑油,充分润滑;(2)清除原有的润滑油,洗净晾干后用注射器对准内圈滚道滴入少量新的待测润滑油,使轴承处于不充分润滑状态;(3)清除原有润滑油,洗净晾干后不加任何润滑剂,使轴承处于无润滑状态;(4)无润滑运转一定时间后,用注射器

滴入少量润滑油进行润滑,此时轴承仍处于不充分润滑状态.

一般认为,润滑脂噪声与脂的洁净度有关.为此,测量同一套6311-2RZ轴承在润滑脂被污染前后的振动.污染物为滚动轴承防尘和漏脂性能试验中所用的粒度为240#的铬刚玉粉灰尘介质.为了比较低噪声油脂和普通油脂的振动特性,分别在同一套6308-2RZ轴承中加注2种同样清洁度的油脂,进而测量其振动.

2　结果与分析

由于每项试验中3次测量结果的重复性较好,我们在此只给出其中1次测量结果,并进行分析讨论. 2.1　润滑剂类型对轴承振动的影响

图2和图3分别示出了6308-2RZ轴承在脂润滑

(a)Gr ease lubrica tio n

(b)Oil lubrica tio n

Fig2　Vibra tio n o f ba ll bea ring6308

图2　6308轴承的振动时间历程图

Fig3　P SD o f ba ll bearing6308

图3　6308轴承振动功率谱密度图

和油润滑下的振动时间历程图和AR谱图,图4示出了6203-2RZ轴承在脂润滑和Mo S2固体润滑剂润滑下的振动AR谱图.

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