滾動軸承噪聲及其控制

譚擁軍

（船舶重工集團 七一研究所）

0　引言

滾動軸承是機械設(shè)備上常用的基礎(chǔ)件，雖然軸承本身的噪聲輻射一般不至于影響設(shè)備的噪聲級，但工作時軸承頻率成分的小幅振動，會使相鄰零件引起共振，從而產(chǎn)生較大的噪聲。特別對于精密設(shè)備來說，如果軸承本身制造不良或有缺陷，則軸承噪聲也可能成為主要噪聲源之一，所以軸承噪聲也是不可忽視的。

1　噪聲產(chǎn)生的機理

滾動軸承發(fā)出噪聲的主要原因是由滾動軸承轉(zhuǎn)動時，在負載作用下，滾動軸承產(chǎn)生變形而引起振動發(fā)出噪聲。

1.1 軸承環(huán)的噪聲

滾動軸承噪聲基本上是由軸承環(huán)的振動所引起，與其結(jié)構(gòu)、剛度、制造精度、安裝條件使用情況等因數(shù)有關(guān)。如果軸承內(nèi)環(huán)滾道上徑向波紋較大，當(dāng)滾珠軸承的內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動到此處時，滾珠都處在波峰峰頂上，不僅會引起外環(huán)的徑向振動，而且也將引起外環(huán)的軸向振動。

1.2 保持器噪聲

主要是由于軸承旋轉(zhuǎn)時保持器與振動著的滾動體互相碰擊而發(fā)出的噪聲。發(fā)出這種噪聲時，保持器會劇烈振動，一般認為是由于滾動體與保持器之間的滑動摩擦誘發(fā)的自激振動。保持器噪聲主要產(chǎn)生于滾動軸承及圓錐軸承中，在徑向間隙過大、潤滑性能不良、軸上傳遞扭矩波動等情況下愈容易發(fā)生。

1.3 滾動體下落噪聲

在大型滾珠軸承與滾柱軸承中，在只受徑向載荷且低速旋轉(zhuǎn)時才會出現(xiàn)并產(chǎn)生此種噪聲。這是因為在低速旋轉(zhuǎn)時，滾動體所產(chǎn)生的離心力小，使處在非載荷圈上的滾動體撞擊保持器或滾動面而發(fā)出噪聲，所以當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定值時，下落噪聲就會消除。

1 .4 摩擦噪聲

摩擦聲是指滾柱軸承上的異常噪聲，通常出現(xiàn)在較大型的軸承，特別是采用油脂潤滑的軸承，當(dāng)潤滑性能不好時更易發(fā)生。此外軸承在承受只有徑向載荷而徑向間隙又比較大時也容易產(chǎn)生摩擦聲。摩擦聲的發(fā)生是不穩(wěn)定的，有時連續(xù)，有時間歇，而且隨轉(zhuǎn)速變化，只發(fā)生在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，而該轉(zhuǎn)速范圍又隨軸承型號而變化。根據(jù)實驗，滾動軸承摩擦聲的產(chǎn)生與潤滑油性質(zhì)有直接關(guān)系，同時與軸承外滾道的加工質(zhì)量有關(guān)。

2　產(chǎn)生噪聲的主要原因

噪聲主要由兩部分組成，一是機械振動產(chǎn)生的，二是由圍繞保持架的空氣或流體擾動而產(chǎn)生的空氣動力性噪聲。

滾動軸承產(chǎn)生機械振動和噪聲的原因除上述分析的幾種情況外，還與軸承環(huán)的幾何形狀、波紋度、偏心量、滾道的振擺以及滾動體的圓度和幾何形狀等。當(dāng)滾動軸承滾道表面或滾動體上出現(xiàn)毛刺傷痕、銹斑等缺陷時，軸承在運轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生應(yīng)力變化，引起高頻振動。這種振動將以固體聲的方式向外傳播。這些缺陷如果出現(xiàn)在滾道上，產(chǎn)生的噪聲往往是連續(xù)的；如發(fā)生在滾動體上，噪聲則成為周期性的時有時無的現(xiàn)象。滾動軸承中如落入雜質(zhì)和顆粒狀灰塵，也可能使其發(fā)出不穩(wěn)定的噪聲。軸承的徑向間隙也是引起噪聲的因素。實踐表明：間隙過小會發(fā)出音調(diào)較高的噪聲，間隙過大則會產(chǎn)生較大的轟鳴聲。對于高速旋轉(zhuǎn)的軸承來說，保持架周圍的空氣擾動對噪聲影響較大，設(shè)計時應(yīng)重點考慮。

3　噪聲的控制方法

3.1 軸承選擇

軸承大多是標準件，因而在設(shè)備設(shè)計過程中合理地選用軸承型號與幾何尺寸，對降低軸承噪聲是一重要因素，其選擇原則是：滾針軸承徑向剛度Z高，滾珠軸承Z低，但滾針軸承與滾珠軸承對零件的幾何精度及裝配質(zhì)量反應(yīng)敏感，而向心球軸承則相反，其剛度差，對裝配質(zhì)量反應(yīng)不敏感，所以從降低噪聲來看，此類軸承較理想。但對剛度要求較高的支承還應(yīng)考慮采用圓錐滾子軸承。另外，對于同一類型的支承，軸承內(nèi)徑越大，引起的振動和噪聲也越大，同時軸承的響度級將隨著滾珠直徑的增大而增大。

3.2 適當(dāng)提高軸承精度

試驗已驗證：提高軸承的滾動體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)的精度可降低軸承的噪聲。軸承各零件對軸承的振動影響大致是：滾子、內(nèi)外環(huán)及保持架約為4∶3∶1的關(guān)系，所以要降低軸承振動和噪聲，首先要提高滾動體的精度，實驗證明，把滾子精度由原來的Ⅱ級提高到Ⅰ級，軸承在主軸1 250 r/min時，其噪聲可降低約10 dB（A）。

3.3 適當(dāng)?shù)呐浜?/p>

外環(huán)在支承孔中的配合將直接影響固體聲的傳播。配合過緊不但提高了傳聲性，而且會使?jié)L道變形，影響其形狀誤差，使徑向間隙減小，噪聲增大。因而外環(huán)與支承孔的配合宜松些，同時合適的配合能使軸承與支承孔接觸處的油膜對外圈振動產(chǎn)生阻尼。與軸承內(nèi)環(huán)相配合的軸頸的表面粗糙度和公差，應(yīng)符合所用軸承精度等級的要求，如不符合要求的軸頸上過緊的安裝了滾動軸承，即使軸承零件制造精良，但軸頸的誤差不可避免會傳遞給內(nèi)環(huán)滾道，在運轉(zhuǎn)過程中也會產(chǎn)生振動發(fā)出顫振聲。因此，消除這類噪聲除了控制軸承本身的制造質(zhì)量外，還應(yīng)考慮軸頸的加工和裝配時的過盈量的控制。

3.4 提高軸承座的剛性及適當(dāng)?shù)念A(yù)緊裝置

軸承座的剛度對軸承噪聲影響較大，實驗表明：軸承工作時發(fā)出的聲音隨其壁厚的增加而減弱，所以增強軸承座的剛度、改變軸向壁厚能達到降低軸承噪聲的目的。另一方面，對裝配后的軸承預(yù)加一定量的載荷，可改變軸承中的徑向間隙，增加接觸剛性，改善振動聲學(xué)特性。此外，良好的軸承潤滑對降低噪聲具有一定的作用，它能改善滾動體與滾道、滾動體與保持架的摩擦性能，降低軸承溫升，但要控制油量。油量過多，軸承在高速運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)油的攪動，產(chǎn)生噪聲。

4　結(jié)論

綜上所述，軸承噪聲的大小與設(shè)計有關(guān)，因而在設(shè)計階段應(yīng)做到：

1）設(shè)備在受力、載荷等條件允許時，盡可能選用球軸承；

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮對軸承施加一定的預(yù)緊力；

3)對精密設(shè)備所使用的軸承，滾動體的直徑要進行測量挑選，使其尺寸盡可能接近，并要精研后再裝入，對內(nèi)外滾道尚需作超精加工，以提高其形狀精度及改善波紋度來降低噪聲。

（來源：機械管理開發(fā)）