陳芳華，章有良，嚴(yán)思思，張根源

(1.杭州軸承試驗(yàn)研究中心有限公司，杭州 310022；2.浙江傳媒學(xué)院，杭州 310018)

1 概述

我國(guó)于1991年首次發(fā)布了JB/T 5313—1991《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)(速度)測(cè)量方法》和JB/T 5314—1991《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)(加速度)測(cè)量方法》2項(xiàng)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并分別于2001年和2002年進(jìn)行了修訂。2009年又首次發(fā)布了4項(xiàng)滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T 24610.1—2009 《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)測(cè)量方法 第1部分：基礎(chǔ)》、 GB/T 24610.2—2009 《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)測(cè)量方法 第2部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心球軸承》、GB/T 24610.3—2009 《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)測(cè)量方法 第3部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承》和GB/T 24610.4—2009 《滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量方法 第4部分：具有圓柱孔和圓柱外表面的圓柱滾子軸承》。在新國(guó)標(biāo)發(fā)布前，我國(guó)滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量方法的有效版本為JB/T 5313—2001和JB/T 5314—2002(以下簡(jiǎn)稱老行標(biāo))。

4項(xiàng)新國(guó)標(biāo)分別等同采用ISO 15242-1∶

2004，ISO 15242-2∶2004，ISO 15242-3∶2006和ISO 15242-4∶2007。下文針對(duì)新國(guó)標(biāo)具有的先進(jìn)性，與老行標(biāo)的不同之處，執(zhí)行時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，目前軸承行業(yè)所使用的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x能否滿足新國(guó)標(biāo)實(shí)施的要求，哪些方面需要改進(jìn)以及如何改進(jìn)等一系列行業(yè)迫切關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

2 新國(guó)標(biāo)和老行標(biāo)的比較

2.1 引言部分

2項(xiàng)老行標(biāo)均無(wú)引言，而4項(xiàng)新國(guó)標(biāo)的引言部分則均闡述了標(biāo)準(zhǔn)的推薦性和局限性，主要有以下內(nèi)容：(1)滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)是與運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)的一種復(fù)雜的物理現(xiàn)象；在某一組條件下測(cè)量的單套軸承的振動(dòng)值并不一定表征不同的條件下或該軸承成為一較大部件中的一個(gè)零件時(shí)的振動(dòng)值。(2)在理想配合、理想環(huán)境下，可認(rèn)為軸承的結(jié)構(gòu)振動(dòng)是最終導(dǎo)致空氣噪聲產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)源；本標(biāo)準(zhǔn)僅列入了經(jīng)過(guò)選擇的軸承結(jié)構(gòu)振動(dòng)的測(cè)量方法。(3)本標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)振目的是軸承產(chǎn)品制造過(guò)程診斷或質(zhì)量評(píng)定，而非軸承應(yīng)用適用性評(píng)判。

2.2 適用范圍

新國(guó)標(biāo)和老行標(biāo)的適用范圍如表1所示。

表1 新國(guó)標(biāo)和老行標(biāo)的適用范圍

由表1可知：(1)新國(guó)標(biāo)適用的軸承類型增加了單列調(diào)心球軸承、雙列向心球軸承、雙列調(diào)心滾子軸承、雙列圓錐滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承5大類；(2)新國(guó)標(biāo)適用的尺寸段范圍略小于老行標(biāo)；(3)新國(guó)標(biāo)的振動(dòng)測(cè)量參數(shù)(測(cè)量載荷、測(cè)量轉(zhuǎn)速等)以外徑為依據(jù)確定，而老行標(biāo)以內(nèi)徑為依據(jù)確定。

2.3 振動(dòng)測(cè)量的基本要素

2.3.1 測(cè)量物理量和單位

新國(guó)標(biāo)設(shè)定軸承振動(dòng)測(cè)量的物理量為速度，單位為μm/s，與JB/T 5313—2001一致，可代替JB/T 5313—2001。JB/T 5314—2002設(shè)定的物理量為加速度(級(jí))，單位為dB，可作為軸承振動(dòng)測(cè)量的另一種方法，因?yàn)槔碚摲治龊蛻?yīng)用實(shí)踐表明，目前行業(yè)所使用的加速度型傳感器對(duì)軸承異常聲較為敏感。

2.3.2 測(cè)量轉(zhuǎn)速

新國(guó)標(biāo)和老行標(biāo)設(shè)定的各類軸承的測(cè)量轉(zhuǎn)速如表2所示。

表2 測(cè)量轉(zhuǎn)速設(shè)定值

JB/T 5313—2001設(shè)定的測(cè)量物理量雖與新國(guó)標(biāo)相同，但由表2可知，其部分類型的部分尺寸段軸承的測(cè)量轉(zhuǎn)速與新國(guó)標(biāo)不一致，若要執(zhí)行新國(guó)標(biāo)，則目前行業(yè)所使用的速度型系列測(cè)振儀在測(cè)量這些軸承振動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用增加變頻器或更換皮帶輪的方式按表2的要求進(jìn)行；并在提高主軸轉(zhuǎn)速的改造過(guò)程中，進(jìn)行主軸潤(rùn)滑油黏度和主軸密封結(jié)構(gòu)對(duì)主軸溫升影響的研究，以滿足儀器長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。雖然JB/T 5314—2002設(shè)定的測(cè)量轉(zhuǎn)速與新國(guó)標(biāo)不同，但在新國(guó)標(biāo)闡述的合理范圍內(nèi)，故目前行業(yè)所使用的以S0910為代表的軸承振動(dòng)加速度測(cè)量?jī)x的測(cè)量轉(zhuǎn)速不必另行改造。

新國(guó)標(biāo)規(guī)定測(cè)量轉(zhuǎn)速誤差為設(shè)定值的-2%～1%，與JB/T 5313—2001相同，故目前行業(yè)所使用的速度型測(cè)振儀能滿足新國(guó)標(biāo)實(shí)施的要求。JB/T 5314—2002規(guī)定的測(cè)量轉(zhuǎn)速誤差為設(shè)定值的±2%，由于振動(dòng)測(cè)值與測(cè)量轉(zhuǎn)速具有線性關(guān)系，故建議JB/T 5314—2002在下次修訂時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制測(cè)量轉(zhuǎn)速誤差，以減小儀器臺(tái)差。

2.3.3 測(cè)量載荷

新國(guó)標(biāo)闡明測(cè)量載荷不能過(guò)小，以防止?jié)L動(dòng)體相對(duì)內(nèi)、外圈滾道打滑；但也不能過(guò)大，以防止引起套圈變形而影響振動(dòng)測(cè)值，尤其是對(duì)輕薄系列軸承。比較新國(guó)標(biāo)與老行標(biāo)的測(cè)量載荷設(shè)定值，并結(jié)合測(cè)振儀的設(shè)計(jì)和軸承振動(dòng)測(cè)量實(shí)踐，可發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)：

(1)對(duì)外徑小于100 mm的深溝球軸承、角接觸球軸承以及外徑小于50 mm的圓錐滾子軸承的軸向載荷設(shè)定值，新國(guó)標(biāo)與老行標(biāo)基本一致；而對(duì)外徑大于100～200 mm的深溝球軸承、角接觸球軸承以及外徑大于50 mm的圓錐滾子軸承，老行標(biāo)明顯小于新國(guó)標(biāo)。由于目前行業(yè)所使用的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x無(wú)論是速度型還是加速度型，都是按老行標(biāo)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以按新國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)量載荷很難滿足較大尺寸段軸承測(cè)振的要求。并且多年振動(dòng)測(cè)量實(shí)踐表明，新國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)量載荷值更為合理，故建議在對(duì)較大尺寸段軸承測(cè)振時(shí)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有儀器(速度型和加速度型)進(jìn)行加大軸向載荷力的改造，且應(yīng)注意驅(qū)動(dòng)主軸軸向承載能力的同步提高。并建議JB/T 5314—2002在下次修訂時(shí)，將測(cè)量載荷與新國(guó)標(biāo)相統(tǒng)一。

(2)對(duì)于圓柱滾子軸承，老行標(biāo)與新國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)量載荷基本一致。除外徑大于170 mm的雙列圓柱滾子軸承外，目前行業(yè)所使用的BVT-5型和BVT-6型測(cè)振儀可基本滿足新國(guó)標(biāo)實(shí)施的要求。

(3)新國(guó)標(biāo)規(guī)定測(cè)量載荷的誤差基本上為設(shè)定值的±10%，兩個(gè)老行標(biāo)雖未提及該控制要求，但在儀器設(shè)計(jì)時(shí)已考慮了測(cè)量載荷的誤差控制。從標(biāo)定的實(shí)踐可知，基本能滿足新國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)量載荷誤差控制要求。

2.3.4 傳感器

新國(guó)標(biāo)規(guī)定所測(cè)參量為軸承外圈的徑向振動(dòng)，未規(guī)定傳感器的類型，但第1部分明確闡述了速度型傳感器較適用于軸承振動(dòng)測(cè)量。因?yàn)檩S承振動(dòng)的幅值一般會(huì)隨著振動(dòng)信號(hào)頻率的增高而減小，在幾千赫茲時(shí)，能減小到納米級(jí)，使得位移傳感器很難測(cè)出高頻振動(dòng)信號(hào)。加速度型傳感器的信號(hào)與振動(dòng)頻率的二次方成正比，故對(duì)低頻信號(hào)不敏感。而速度型傳感器的信號(hào)與振動(dòng)頻率的一次方成正比，所以較適用于軸承振動(dòng)測(cè)量。目前行業(yè)所使用的BVT系列測(cè)振儀的速度型傳感器，只要零件制作工藝、組裝工藝合適，其頻響、幅值線性和靈敏度特性均能滿足新國(guó)標(biāo)的要求。

新國(guó)標(biāo)指出傳感器觸頭的接觸力不能過(guò)小，以防止在較高頻率時(shí)，接觸頻響跟不上而產(chǎn)生觸頭與軸承外圈脫離現(xiàn)象；同時(shí)，接觸力又不能過(guò)大，以防止對(duì)軸承外圈的自由振動(dòng)產(chǎn)生約束。目前行業(yè)所使用的以S0910為代表的加速度型測(cè)振儀，其接觸力在一定程度上過(guò)大，尤其是對(duì)微型軸承而言，而B(niǎo)VT系列的速度型傳感器要理想得多。若嚴(yán)格按使用說(shuō)明書操作，目前所使用的速度型和加速度型測(cè)振儀傳感器接觸力過(guò)小的情況一般不會(huì)發(fā)生。

2.3.5 測(cè)量方法和評(píng)定方法

(1)新國(guó)標(biāo)設(shè)定的用于測(cè)量振動(dòng)速度信號(hào)的頻率范圍如表3所示，其中，fL為下截止頻率，fH為上截止頻率。JB/T 5313—2001設(shè)定的頻率范圍未根據(jù)測(cè)量轉(zhuǎn)速變化而進(jìn)行比例調(diào)整，故新國(guó)標(biāo)實(shí)施時(shí)，對(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)速為900 r/min的軸承測(cè)振時(shí)，其電子裝置的濾波特性應(yīng)按表3的要求進(jìn)行改造。

表3 設(shè)定的頻率范圍

(2)新國(guó)標(biāo)規(guī)定單列圓錐滾子軸承和單列角接觸球軸承在可承受軸向載荷的方向上施加軸向載荷測(cè)振，其他施加軸向載荷測(cè)振的各類軸承首先應(yīng)在外圈的一側(cè)施加軸向載荷測(cè)試，然后在另一側(cè)施加軸向載荷進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。該條規(guī)定與老行標(biāo)一致。

(3)新國(guó)標(biāo)規(guī)定圓柱滾子軸承在施加徑向載荷測(cè)振的同時(shí)，應(yīng)施加一個(gè)不大于30 N的軸向載荷，以確保軸承運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；老行標(biāo)均無(wú)該條規(guī)定，但目前行業(yè)所使用的BVT-5型測(cè)振儀能滿足此要求；如果結(jié)構(gòu)允許，應(yīng)對(duì)雙列圓柱滾子軸承進(jìn)行另一面的重復(fù)測(cè)試。

(4)新國(guó)標(biāo)規(guī)定各面、各點(diǎn)的最大測(cè)值為該軸承的振動(dòng)評(píng)價(jià)值。而老行標(biāo)均規(guī)定每面測(cè)3點(diǎn)，3點(diǎn)測(cè)值的算術(shù)平均值作為振動(dòng)評(píng)價(jià)值；需正反兩面測(cè)試的軸承，兩面平均值中的較大值為該軸承的振動(dòng)評(píng)價(jià)值。新國(guó)標(biāo)規(guī)定的評(píng)定方法嚴(yán)于老行標(biāo)的規(guī)定，對(duì)不同點(diǎn)測(cè)值離散性較大的軸承提出了較高要求，因而目前行業(yè)所使用的在老行標(biāo)評(píng)定方法下制定的技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)重新進(jìn)行研究和修訂。

2.3.6清洗和潤(rùn)滑

新國(guó)標(biāo)規(guī)定預(yù)潤(rùn)滑(脂潤(rùn)滑、油潤(rùn)滑或固體潤(rùn)滑)軸承應(yīng)在供貨狀態(tài)下測(cè)試。某些防銹劑可滿足測(cè)振的潤(rùn)滑要求，此時(shí)可不必清除防銹劑；測(cè)試前，軸承應(yīng)使用清潔的(過(guò)濾精度不低于0.8 μm)、公稱黏度為10～100 mm2/s的潤(rùn)滑油進(jìn)行充分潤(rùn)滑；未經(jīng)預(yù)潤(rùn)滑的軸承，應(yīng)進(jìn)行有效清洗，注意不要引入污染物或其他振源。

該條款中，除潤(rùn)滑油黏度值外，其他規(guī)定與老行標(biāo)基本一致。JB/T 5313—2001規(guī)定潤(rùn)滑油的公稱黏度為13.5 ～16.5 mm2/s， JB/T 5314—2002規(guī)定潤(rùn)滑油的公稱黏度為80 ～150 mm2/s。由于潤(rùn)滑油的黏度與振動(dòng)測(cè)值顯著相關(guān)，故在對(duì)軸承振動(dòng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)明確所使用的潤(rùn)滑油的黏度值，尤其是為客戶提供振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)或?qū)δ臣夹g(shù)條件作出符合性評(píng)判時(shí)。JB/T 5313—2001規(guī)定的黏度值處于新國(guó)標(biāo)的下限范圍附近，其測(cè)值能較敏感地反映出軸承零件滾動(dòng)表面的形貌誤差；JB/T 5314—2002規(guī)定的黏度值處于新國(guó)標(biāo)的上限范圍，且部分已超出新國(guó)標(biāo)的范圍，其測(cè)值對(duì)軸承零件滾動(dòng)表面的形貌誤差敏感度較低，故建議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)加以修訂。

2.3.7 測(cè)試裝置因素

新國(guó)標(biāo)對(duì)主軸/芯軸的剛度、加載機(jī)構(gòu)、芯軸提出了技術(shù)要求，與老行標(biāo)的要求基本一致，有的或略松于老行標(biāo)；新國(guó)標(biāo)對(duì)軸承外加載荷的對(duì)中精度和傳感器的軸向位置及測(cè)量方向提出了定量要求，而老行標(biāo)雖未提及，但目前行業(yè)所使用的測(cè)振儀在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，均已考慮了該方面的要求，在新國(guó)標(biāo)實(shí)施時(shí)，應(yīng)按附錄A和附錄B的方法對(duì)外加載荷的對(duì)中精度進(jìn)行檢查。傳感器的軸向位置憑目測(cè)基本能控制到位，但關(guān)于傳感器的測(cè)量方向，新國(guó)標(biāo)并未提及具體的測(cè)量方法，還有待進(jìn)一步研究。

2.3.8 系統(tǒng)部件和系統(tǒng)性能

新國(guó)標(biāo)明確規(guī)定了測(cè)振儀需標(biāo)定的部件及項(xiàng)目，其中部件包括驅(qū)動(dòng)單元、加載單元、傳感器和電子單元。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能也提出了測(cè)量重復(fù)性應(yīng)在平均值±10%以內(nèi)的要求，并申明不包括被測(cè)軸承本身測(cè)值的變化，即在驗(yàn)證測(cè)振儀測(cè)量重復(fù)性時(shí)應(yīng)選用測(cè)值穩(wěn)定的軸承，且應(yīng)定點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量次數(shù)要足夠多。而老行標(biāo)均僅對(duì)傳感器和電子單元提出了應(yīng)定期標(biāo)定的要求，卻未規(guī)定需標(biāo)定的具體項(xiàng)目，建議JB/T 5314—2002在下次修訂時(shí)，增加該條款的要求。

3 結(jié)論與建議

(1)新國(guó)標(biāo)對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量及影響測(cè)量的因素考慮得較全面，某些技術(shù)指標(biāo)規(guī)定得較適當(dāng)，也較科學(xué)。新國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法是以軸承產(chǎn)品制造過(guò)程診斷或質(zhì)量評(píng)定為目的的、適用面較廣的一種軸承振動(dòng)測(cè)量方法。

(2)建議對(duì)JB/T 5314—2002進(jìn)行修訂時(shí)：對(duì)較大尺寸段軸承適當(dāng)加大軸向載荷，尤其是圓錐滾子軸承；對(duì)微小型軸承適當(dāng)減小傳感器的接觸力；適當(dāng)降低潤(rùn)滑油的公稱黏度值；增加測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定和系統(tǒng)性能評(píng)定條款。

(3)盡快開(kāi)展現(xiàn)有各類軸承振動(dòng)技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)的修訂研究工作。因?yàn)檫@些技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)均在老行標(biāo)測(cè)量方法下制定，測(cè)量方法的改變，尤其是評(píng)定方法的改變，其技術(shù)條件也應(yīng)進(jìn)行修訂。同時(shí)應(yīng)開(kāi)展角接觸球軸承和雙列調(diào)心滾子軸承振動(dòng)技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，這2類軸承在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)雖已成氣候，但振動(dòng)水平與國(guó)外同類產(chǎn)品相比差距較大。

(4)盡快開(kāi)展較大載荷測(cè)振儀的研發(fā)工作。目前的測(cè)振儀尚不能完全滿足較大尺寸段軸承軸向載荷的要求，尤其是錐角大于23°的圓錐滾子軸承。且應(yīng)兼顧加載裝置的加載能力、驅(qū)動(dòng)主軸止推軸承的承載能力和儀器的本底振動(dòng)3方面。

(5)盡快開(kāi)展JJF 1185—2007《速度型滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范》的修訂工作，因?yàn)槠渲贫ǖ囊罁?jù)為JB/T 5313—2001。