《軸承工業(yè)》2005.1
石大泉
合肥金工軸承有限公司

滾動軸承的振動值和噪音是滾動軸承重要的性能指標(biāo)。根據(jù)國內(nèi)外資料介紹，影響軸承振動和產(chǎn)生噪音的主要因素是鋼球的質(zhì)量，其次才是滾道的質(zhì)量。就鋼球而言，在鋼球各項技術(shù)指標(biāo)中，究竟哪幾項是影響軸承振動和噪音的主要因素呢？通過多年來的軸承生產(chǎn)實踐和檢測試驗，筆者認(rèn)為，在影響軸承振動及噪音的鋼球各項技術(shù)指標(biāo)中，綜合起來講有以下幾點主要因素：

1 鋼球球形誤差對軸承振動的影響

鋼球的球形誤差會使軸承產(chǎn)生低頻的振動。早在上世紀(jì)五十年代，人們就非常重視鋼球球形誤差對軸承振動的影響，曾經(jīng)在工藝上采取了各種技術(shù)措施來改善和提高鋼球的技術(shù)指標(biāo)，以達(dá)到降低軸承振動的目的。那么鋼球的球形誤差究竟對軸承的振動有多大影響呢？通過例子可說明這個問題。選擇一個球形誤差為0.5 μm的鋼球，與一個球形誤差為1.5 μm的鋼球相比，結(jié)果在專用的測振儀上測得的振動值完全不同，后者比前者的振動值高出8 ~ 10 Db。因此，可以得出結(jié)論，即鋼球的球形誤差越大，則軸承的振動值也就越大。這種振動是一種低頻振動。

2 鋼球表面波紋度對軸承振動的影響

鋼球表面波紋度是激勵軸承振動的主要因素，它對軸承的中、高頻振動有很大影響。滾動軸承的彈性撓曲振動和剛體振動都隨軸承零件工作表面波紋度誤差的改進而減小。鋼球表面波紋度對軸承振動的影響最為顯著，當(dāng)軸承內(nèi)外圈溝道表面及鋼球表面都有波紋度時，軸承就要產(chǎn)生與波紋度數(shù)值成比例的特性頻率振動。

軸承在旋轉(zhuǎn)過程中，由于各零件的形狀及運動狀況不一樣，即使波紋度的圓周頻率相同，引起軸承振動的頻率未必相同。因為其中有保持架的旋轉(zhuǎn)頻率；有內(nèi)外圈滾道表面波紋度引起的軸承振動頻率；有鋼球表面波紋度引起的軸承振動頻率；還有其他各種表面缺陷所引起的軸承振動頻率等。再說軸承各零件特別是鋼球表面上不同的波紋度也會引起不同頻率的振動。由此可見，軸承零件滾動體表面上的波紋度不僅影響軸承振動的強弱，而且其波數(shù)多少和波紋度大小也將會影響軸承的振動頻率。

為此，在測量鋼球波紋度時，必須要分波段進行。其波段可分為低、中、高三波段，與軸承振動頻率的低、中、高三頻段要有較好的對應(yīng)關(guān)系，這有利于軸承振動及噪音的原因分析。為使波紋度波段與軸承振動頻率段相對應(yīng)，則必須求出引起軸承振動頻率的鋼球的波紋度數(shù)和大小，這有利于軸承振動的分析，對適時改進鋼球加工工藝，提高軸承振動等級質(zhì)量指標(biāo)是有好處的。

通過上述分析，可以得出結(jié)論，即波紋度數(shù)和大小是影響軸承振動的主要因素。

3 鋼球表面缺陷對軸承振動的影響

在降低鋼球表面波紋度的同時，也不能忽視鋼球表面缺陷的改善，因為鋼球表面缺陷對軸承振動和噪音的影響是很大的。鋼球表面缺陷有很多種，如劃痕、毛刺、銹斑、點蝕、剝落、凹坑等，或有灰塵存在，這些都會激起軸承脈沖型振動。脈沖的周期與軸承轉(zhuǎn)速成反比，振幅與缺陷的尺寸大小有關(guān)。

雖然在理論上波紋度與球表面缺陷不是同一概念，但實質(zhì)上是鋼球被測區(qū)域的表面質(zhì)量和波紋度二者之和的一個算術(shù)平均值。所以，它們是互有關(guān)聯(lián)的數(shù)值，兩者同時影響軸承的振動和噪音，往往鋼球表面缺陷影響軸承振動顯得更為突出。這可以通過試驗來證明這一點，可選擇鋼球表面缺陷輕重不一的球，來試配幾套軸承，通過測試，發(fā)現(xiàn)鋼球表面缺陷嚴(yán)重的軸承振動值要高于表面缺陷輕微的軸承振動值。

鋼球表面質(zhì)量如何控制呢？如果單用鋼球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)照片圖冊來控制、還不能完全保證鋼球的表面質(zhì)量，因為該標(biāo)準(zhǔn)只控制了缺陷的面積，而影響軸承振動的不單是缺陷的面積，更重要的是缺陷的深度。因此在制訂波紋度的標(biāo)準(zhǔn)時，規(guī)定了波幅的寬度，實質(zhì)上是控制了鋼球表面缺陷的深度，這樣才能保證軸承振動值的要求。

根據(jù)國外有關(guān)專家的論述，鋼球表面缺陷、波紋度與軸承振動之間的關(guān)系可確定為：軸承的振動，與鋼球表面波紋度的高度h和波紋度的數(shù)量n的乘積成正比關(guān)系。那么同樣可以推斷鋼球表面缺陷的深度h1同缺陷數(shù)量n1的乘積與軸承的振動也成正比關(guān)系。

4 鋼球表面粗糙度對軸承振動的影響

經(jīng)研究表明，鋼球表面粗糙度對軸承的中、高頻振動有很大影響，使軸承產(chǎn)生復(fù)合頻率的雜音。套圈溝道表面和鋼球表面粗糙度與磨削及精加工工藝直接相關(guān)。當(dāng)溝道表面粗糙度值小到一定程度時，對軸承振動及噪音影響不太明顯。鋼球則不然，其表面粗糙度對軸承振動的影響遠(yuǎn)大于套圈溝道表面粗糙度對軸承振動的影響。當(dāng)鋼球本身表面粗糙度值大小不一致時，軸承振動值的大小也不一樣，鋼球表面粗糙度值高的軸承振動值要大于鋼球表面粗糙度值低的軸承振動值。

5 提高鋼球質(zhì)量，確保軸承振動等級

按現(xiàn)有的國內(nèi)鋼球制造水平，對于鋼球的球形誤差和球直徑變動量，各生產(chǎn)廠家都比較容易達(dá)到要求。唯有在提高鋼球表面粗糙度，降低鋼球表面波紋度，改善鋼球表面缺陷的問題上難度較大，但在這三者中的重點是后三者。

在提高鋼球制造質(zhì)量的工作中，首先應(yīng)該制訂合理的鋼球波紋度和表面缺陷的標(biāo)準(zhǔn)，然后再采取各種技術(shù)措施來降低鋼球表面波紋度，改善鋼球表面缺陷。如果在生產(chǎn)過程中能嚴(yán)格控制軸承零件滾動表面的波紋度及其他缺陷，可確保成品軸承的振動等級，生產(chǎn)出各種振動級值的軸承。因此要改變目前軸承生產(chǎn)中只注意控制成品軸承振動質(zhì)量的狀況，要加強科學(xué)管理，注意文明生產(chǎn)，采取措施，去有效地控制軸承零件滾動表面的波紋度和其他缺陷來提高軸承的振動合格率，生產(chǎn)出高精度、低噪音的軸承以滿足用戶的要求，對發(fā)展我國軸承工業(yè)，對擴大出口創(chuàng)匯，提高社會效益和經(jīng)濟效益都將會起到積極的作用。