《軸承工業(yè)》2005.1
石大泉
合肥金工軸承有限公司

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)值和噪音是滾動(dòng)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(dòng)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中，究竟哪幾項(xiàng)是影響軸承振動(dòng)和噪音的主要因素呢？通過多年來的軸承生產(chǎn)實(shí)踐和檢測(cè)試驗(yàn)，筆者認(rèn)為，在影響軸承振動(dòng)及噪音的鋼球各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)中，綜合起來講有以下幾點(diǎn)主要因素：

1 鋼球球形誤差對(duì)軸承振動(dòng)的影響

鋼球的球形誤差會(huì)使軸承產(chǎn)生低頻的振動(dòng)。早在上世紀(jì)五十年代，人們就非常重視鋼球球形誤差對(duì)軸承振動(dòng)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(dòng)的目的。那么鋼球的球形誤差究竟對(duì)軸承的振動(dòng)有多大影響呢？通過例子可說明這個(gè)問題。選擇一個(gè)球形誤差為0.5 μm的鋼球，與一個(gè)球形誤差為1.5 μm的鋼球相比，結(jié)果在專用的測(cè)振儀上測(cè)得的振動(dòng)值完全不同，后者比前者的振動(dòng)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(dòng)值也就越大。這種振動(dòng)是一種低頻振動(dòng)。

2 鋼球表面波紋度對(duì)軸承振動(dòng)的影響

鋼球表面波紋度是激勵(lì)軸承振動(dòng)的主要因素，它對(duì)軸承的中、高頻振動(dòng)有很大影響。滾動(dòng)軸承的彈性撓曲振動(dòng)和剛體振動(dòng)都隨軸承零件工作表面波紋度誤差的改進(jìn)而減小。鋼球表面波紋度對(duì)軸承振動(dòng)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(shí)，軸承就要產(chǎn)生與波紋度數(shù)值成比例的特性頻率振動(dòng)。

軸承在旋轉(zhuǎn)過程中，由于各零件的形狀及運(yùn)動(dòng)狀況不一樣，即使波紋度的圓周頻率相同，引起軸承振動(dòng)的頻率未必相同。因?yàn)槠渲杏斜３旨艿男D(zhuǎn)頻率；有內(nèi)外圈滾道表面波紋度引起的軸承振動(dòng)頻率；有鋼球表面波紋度引起的軸承振動(dòng)頻率；還有其他各種表面缺陷所引起的軸承振動(dòng)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(huì)引起不同頻率的振動(dòng)。由此可見，軸承零件滾動(dòng)體表面上的波紋度不僅影響軸承振動(dòng)的強(qiáng)弱，而且其波數(shù)多少和波紋度大小也將會(huì)影響軸承的振動(dòng)頻率。

為此，在測(cè)量鋼球波紋度時(shí)，必須要分波段進(jìn)行。其波段可分為低、中、高三波段，與軸承振動(dòng)頻率的低、中、高三頻段要有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這有利于軸承振動(dòng)及噪音的原因分析。為使波紋度波段與軸承振動(dòng)頻率段相對(duì)應(yīng)，則必須求出引起軸承振動(dòng)頻率的鋼球的波紋度數(shù)和大小，這有利于軸承振動(dòng)的分析，對(duì)適時(shí)改進(jìn)鋼球加工工藝，提高軸承振動(dòng)等級(jí)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(dòng)的主要因素。

3 鋼球表面缺陷對(duì)軸承振動(dòng)的影響

在降低鋼球表面波紋度的同時(shí)，也不能忽視鋼球表面缺陷的改善，因?yàn)殇撉虮砻嫒毕輰?duì)軸承振動(dòng)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(diǎn)蝕、剝落、凹坑等，或有灰塵存在，這些都會(huì)激起軸承脈沖型振動(dòng)。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(shí)質(zhì)上是鋼球被測(cè)區(qū)域的表面質(zhì)量和波紋度二者之和的一個(gè)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(shí)影響軸承的振動(dòng)和噪音，往往鋼球表面缺陷影響軸承振動(dòng)顯得更為突出。這可以通過試驗(yàn)來證明這一點(diǎn)，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(cè)試，發(fā)現(xiàn)鋼球表面缺陷嚴(yán)重的軸承振動(dòng)值要高于表面缺陷輕微的軸承振動(dòng)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(cè)來控制、還不能完全保證鋼球的表面質(zhì)量，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)只控制了缺陷的面積，而影響軸承振動(dòng)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(shí)，規(guī)定了波幅的寬度，實(shí)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(dòng)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(dòng)之間的關(guān)系可確定為：軸承的振動(dòng)，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(dòng)也成正比關(guān)系。

4 鋼球表面粗糙度對(duì)軸承振動(dòng)的影響

經(jīng)研究表明，鋼球表面粗糙度對(duì)軸承的中、高頻振動(dòng)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(shí)，對(duì)軸承振動(dòng)及噪音影響不太明顯。鋼球則不然，其表面粗糙度對(duì)軸承振動(dòng)的影響遠(yuǎn)大于套圈溝道表面粗糙度對(duì)軸承振動(dòng)的影響。當(dāng)鋼球本身表面粗糙度值大小不一致時(shí)，軸承振動(dòng)值的大小也不一樣，鋼球表面粗糙度值高的軸承振動(dòng)值要大于鋼球表面粗糙度值低的軸承振動(dòng)值。

5 提高鋼球質(zhì)量，確保軸承振動(dòng)等級(jí)

按現(xiàn)有的國內(nèi)鋼球制造水平，對(duì)于鋼球的球形誤差和球直徑變動(dòng)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(diǎn)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(dòng)表面的波紋度及其他缺陷，可確保成品軸承的振動(dòng)等級(jí)，生產(chǎn)出各種振動(dòng)級(jí)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(dòng)質(zhì)量的狀況，要加強(qiáng)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(dòng)表面的波紋度和其他缺陷來提高軸承的振動(dòng)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(duì)發(fā)展我國軸承工業(yè)，對(duì)擴(kuò)大出口創(chuàng)匯，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都將會(huì)起到積極的作用。