关于滚动轴承振动与噪声的相关性分析

关于滚动轴承振动与噪声的相关性分析

作者：于宝龙

来源：《科技创新与应用》2013年第25期

摘要：在工业生产中，各种机械设备的组成，都有轴承的运作，轴承的性能好坏对于机械设备的运转具有重要的影响。在滚动轴承运行的过程中，会出现振动和噪声，对于轴承的性能和质量有所影响。文章通过对滚动轴承振动与噪声的相关性进行分析，为轴承的有效运行提供了基础条件。

关键词：滚动轴承；振动；噪声；相关性

在如今的轴承应用中，振动与噪声已经成为了衡量轴承性能的主要标准之一，但是长久以来对于振动和噪声的相关性研究一直在继续，却没有一个统一的结论。关于轴承振动与噪声的相关性在领域内一直都是备受瞩目并且争议不断的话题，说法莫衷一是。下面谈一下个人的浅见，仅供参考。

1 振动与噪声的本质关系

物体的振动是在一定的条件下进行的往复运动，在运动状态中，从极大值和极小值之间交替变化。声音是物体在振动的过程中，当达到一定的条件时，通过一定的介质被人所感知，成为声音。所以说有声音的物体都是在振动的，但是振动着的物体却不一定有声音，只有在一定的条件下才会产生声音。而噪声是声音的一种，是一种不在规律范围内的，对于人来讲，从主观上或者是心里上不愿意接受的，称之为噪声。所以说振动和噪声的逻辑关系可以理解为，有噪声就肯定是有振动，但是有振动不一定产生噪声，需要在特定的条件下才会有噪声。

2 轴承振动与噪声的特性

轴承振动与噪声，既有一般机械振动与噪声的共性，又有其特性。除了润滑、安装和使用过程中引起的振动与噪声之外，轴承本身具有以下振动与噪声特性。

2.1 轴承的振动特性

2.1.1 轴承振动的原因非常复杂，振动形式有径向振动、轴向振动以及许多耦合振动。

2.1.2 由于轴承结构所致，其本身具有无法避免的固有振动：滚动体通过承载区振动；套圈受载弯曲变形振动。

2.1.3 在现有制造水平下，轴承振动主要与套圈滚道和滚动体的波纹度有关，而与圆度和表面粗糙度非显著相关。

2.1.4 轴承振动包含从低频到高频的各种频率成分的振动，即其振动频率是处处密实的。

2.1.5 测量轴承振动的全频段范围为50～10000Hz。为了便于分析，还将该全频段分为3个频段：50～300Hz；300～1800Hz；1800～10000Hz。

2.2 轴承的噪声特性

2.2.1 轴承噪声由产生轴承振动的许多因素引起，其中影响较大的主要是套圈滚道和滚动体的表面粗糙度和波纹度。

2.2.2 轴承噪声的重要声源还包括滚动体与保持架的撞击声、保持架由于涡动而产生的啸叫声、滚动体与滚道的接触摩擦声（润滑状态不好时）等。

2.2.3 轴承声音频率的本底噪声具有白噪声特点，但异常噪声主要频率成分都集中在1000～10000Hz，即轴承噪声一般表现为中、高频噪声。

2.2.4 测量轴承噪声的全频段范围为100～15000Hz（也有按125～16000Hz的）。根据以上振动与噪声的频率成分特性，通常还可以按振动频率范围的高低来区分是作为轴承振动或是噪声问题来研究。

3 控制轴承振动的目的是控制轴承噪声

在科学技术快速发展的过程中，在轴承的设计与制造中，已经越来越精细化，在结构特点上非常精密，所以说在轴承运转的过程中，并不会产生过大的振动，也不会产生很大的危害。但之所以控制轴承的振动，是为了控制轴承的噪声，所以一直以来，都是在控制轴承的振动和噪声方面进行研究。在以往的研究中，还只是对电动机的轴承进行控制振动的研究，但是在现代社会中，随着科技的发达，越来越多的精密轴承应用在办公和人们的生活中，而控制轴承的振动和噪声也成了评价轴承性能的重要的参数，所以说在控制技术方面要不断的改进。

在对轴承的振动方面，对其进行故障的诊断要比噪声容易得多，在技术方面比较容易控制，对于环境的要求不高。但是在目前的研究中看来，一般都是将控制振动和噪声放在一起来研究的，因为噪声的源头就是由振动产生的，所以说控制了振动就相当于控制了噪声，人们也比较习惯于将减震和降噪放在一起。因为对噪声的研究需要在适宜的环境下，对环境的要求较高，并且测量的数据缺乏准确性，所以基本上都是通过控制振动来实现的。

4 测量轴承振动不能完全替代测量轴承噪声

在现行的很多说法中，一般都会认为轴承产生噪音的原因是由轴承振动引起的，所以要想控制轴承噪声，都会从控制轴承振动开始。但是经过实践证明，通过控制轴承的振动是无法完全控制噪声的。

在现阶段测量轴承振动的方法中，一般都是保持外圈静止，然后让内圈旋转，通过测量外圈的振动来进行评价，但是这种测量方法也只是能够测出径向振动。在轴承运转的过程中，还会产生轴向振动。在轴承运转的过程中，不仅是振动才会产生噪声，因为滚动体和滚道之间的摩擦也会产生噪声，因为轴承的高速运转，在其零部件和周围的空气间也会形成噪声，所以对于这些噪声都没有计入到轴承的噪声中。在经过多项试验证明，轴承产生振动与噪声之间的相关性系数为0.7，那么也就是说还有百分之三十的噪声不是因为振动产生的。所以说要想真正的控制噪声还应该从其本身开始，这才是最有效的方法。

5 测量轴承振动与噪声的方法

5.1 测量轴承振动的方法

测量振动的方法较多，有电测法、机械法和光学法等，其中最常用的是电测法。

按测量振动的物理量不同，可分为位移、速度和加速度。其中，位移适用于测量低频振动；速度适用于测量中频振动；加速度则适用于测量高频振动。位移、速度和加速度3个参数之间，可以通过数学微分或积分相互得出，但加速度通过积分获得速度和位移的误差较小，而将位移或速度进行微分则误差较大。

5.2 测量轴承噪声的方法

测量噪声比测量振动以及其他许多物理量都困难一些，也不易测准，即测量误差较大。

测量噪声的理想声场是自由声场。自由声场是指在均匀各向同性的介质中，边界影响可以不计的声场。在自由声场中，声波可以将声源的辐射特性向各个方向不受阻碍或干扰地传播。但自由声场很难实现，一般只能获得满足一定测量误差要求的近似的自由声场，如消声室中的声场。消声室能有效地吸收入射声波，反射声波对声场的影响基本上可以忽略不计，所以在一定的频率范围内，消声室中的声场基本上可以认为是自由声场。

6 结束语

以目前的形势来看，对轴承的振动进行控制主要是要控制噪声。但是随着科技的进步，在产品的加工和设计方面越来越精湛，所以轴承的精度也在不断的提高，由此在运转的过程中，产生的振动也就会减小，那么噪声也就随之减小。如果要对轴承的噪声进行测量，对于环境与仪器的要求是非常高的，在成本投入上比较大，并且以目前的技术力量来讲，还无法达到要求的标准，所以说还是只能通过测量轴承的振动来测量轴承的噪声。以目前的发展状况来看，对于轴承噪声的控制还是通过控制振动来完成的，并且也将会是以后的发展方向。

参考文献

[1]卢锡鸣.滚动球轴承振动噪音缺陷的分析和研究[J].装备制造技术，2009-05-15.