魏珊

(舍弗勒貿(mào)易(上海)有限公司 工業(yè)應(yīng)用技術(shù)部，上海 201804)

1 載荷不當(dāng)引起的噪聲

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常能碰到軸承空轉(zhuǎn)時(shí)(比如電動(dòng)機(jī)的試運(yùn)行階段)發(fā)出刺耳的聲音。通常該種現(xiàn)象是由于軸承受載太小，發(fā)生打滑所致。此時(shí)，如將軸承從配合處完好拆下，將滾道表面上殘余的潤(rùn)滑劑和污物擦拭干凈后，會(huì)發(fā)現(xiàn)滾道表面有如圖1所示的云朵狀圖案[1]，且觸摸不到高低不平的粗糙感。要解決該問(wèn)題，一般要保證給軸承施加最小載荷。根據(jù)軸承型號(hào)的不同，對(duì)最小載荷會(huì)有不同的要求。比如，對(duì)深溝球軸承，推薦值為最小徑向載荷P>0.01Cr；對(duì)圓柱滾子軸承要求為Frmin=C0r/60[2]，等等。

圖1 套圈滾道表面上的云朵狀圖案

2 振動(dòng)引起的噪聲

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)出周期性的聲音，用狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備測(cè)試出頻譜圖，可以快速地初步分辨出是由于軸承表面缺陷或是系統(tǒng)存在不對(duì)中等問(wèn)題造成的噪聲。如為軸承本身問(wèn)題，甚至可以判斷該問(wèn)題具體存在于滾動(dòng)體、內(nèi)圈或外圈上。

2.1 套圈損壞

對(duì)拆下的軸承表面外觀做檢查，可以進(jìn)一步分析得到軸承表面缺陷可能發(fā)生的原因。若檢測(cè)到軸承內(nèi)圈上有如圖2[1]所示的以滾子等間距排列的、可用手指明顯感到深度的凹坑，則可以初步判斷是軸承安裝方法不當(dāng)，滾動(dòng)體與滾道表面貼合過(guò)程中發(fā)生傾斜，致使?jié)L道表面劃傷。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，每當(dāng)滾動(dòng)體碾過(guò)凹坑就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，從而引起噪聲。

圖2 安裝不當(dāng)導(dǎo)致受損的圓柱滾子軸承內(nèi)圈

還有一種與上述表象類似的滾道損傷情況，如圖3[1]所示。其起因與上述類型截然不同，直觀檢查上也有區(qū)別，通常痕跡在內(nèi)圈或外圈滾道周向上以滾子等間距分布，手指感受不到明顯的深度，但用肉眼觀察可以看到清晰的橢圓形或兩端為弧狀的細(xì)長(zhǎng)形區(qū)域(形狀隨軸承類型的不同而各異)。該種情形通常稱作偽布氏壓痕，是由于軸承在運(yùn)輸過(guò)程中或在安裝后長(zhǎng)期靜止，而周?chē)h(huán)境又有激振源造成的受迫振動(dòng)引起。

圖3 有偽布氏壓痕的圓柱滾子內(nèi)圈

當(dāng)軸承用于可接觸到電流的場(chǎng)合，如電動(dòng)機(jī)軸承，軸承會(huì)發(fā)出高頻的劇烈振動(dòng)和明顯的規(guī)律性異常聲，拆開(kāi)軸承后會(huì)發(fā)現(xiàn)套圈上有沿圓周方向的細(xì)密的點(diǎn)狀凹坑，或是呈搓衣板形狀緊密排列的長(zhǎng)條形連續(xù)凹坑(圖4)， 用手可觸摸到凸起和凹陷。在高倍顯微鏡下觀察，可以看到呈搓衣板形狀處的金屬組織已經(jīng)發(fā)生了變化，呈現(xiàn)如圖5所示的微觀形貌，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)其中有許多小的焊珠(圖5圓圈中)。

圖4 搓衣板形狀的凹坑

圖5 搓衣板形狀凹坑在顯微鏡下的放大圖

發(fā)生上述這種情況，通常是由于軸承的內(nèi)、外圈間存在一定的電壓差，電流通過(guò)滾動(dòng)體和滾道的接觸區(qū)發(fā)生了放電現(xiàn)象，使接觸處的金屬在微觀層面上發(fā)生局部高溫融化，產(chǎn)生焊點(diǎn)。為避免這種現(xiàn)象，應(yīng)考慮選擇使用絕緣軸承，比如內(nèi)圈或外圈帶絕緣涂層或滾動(dòng)體為絕緣材料，也可以通過(guò)設(shè)計(jì)一些專門(mén)用于導(dǎo)電的部件，直接把電流引走而避免軸承損傷。

2.2 滾動(dòng)體損壞

滾動(dòng)體有損傷時(shí)也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出噪聲，但與滾道損傷發(fā)出的連續(xù)性噪聲不同，其噪聲時(shí)有時(shí)無(wú)，只有在損傷處通過(guò)接觸區(qū)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)噪聲。因此，要保證軸承在運(yùn)輸、安裝時(shí)避免磕碰。

2.3 共振

一種與振動(dòng)有關(guān)的噪聲，是由于安裝軸承機(jī)架的固有頻率與軸承本身的頻率近似，從而發(fā)生共振而引起噪聲，對(duì)此可通過(guò)改變機(jī)架結(jié)構(gòu)避免發(fā)生共振。

3 潤(rùn)滑引起的噪聲

3.1 潤(rùn)滑不充分

當(dāng)潤(rùn)滑不充分時(shí)，在滾道和滾動(dòng)體的接觸區(qū)不能充分形成潤(rùn)滑油膜，會(huì)發(fā)生鋼對(duì)鋼的直接摩擦，短時(shí)間產(chǎn)生大量的熱，此時(shí)除發(fā)出高頻段的刺耳噪聲外，還會(huì)伴隨有軸承的溫升。及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑劑，當(dāng)潤(rùn)滑劑均布于承載區(qū)后，噪聲可以快速明顯降低。

3.2 潤(rùn)滑劑選擇不當(dāng)

3.2.1 潤(rùn)滑脂添加劑不當(dāng)

潤(rùn)滑脂添加劑不當(dāng)時(shí)，會(huì)在軸承初始運(yùn)行階段發(fā)生很?chē)?yán)重的研磨磨損，其過(guò)程會(huì)隨著軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)不斷加劇，潤(rùn)滑劑中的研磨顆粒也會(huì)不斷增多。此時(shí)的噪聲是由于固體微粒和滾動(dòng)體與滾道之間發(fā)生摩擦引起，特征為聲音大小不定且不規(guī)則。

3.2.2 潤(rùn)滑脂工作溫度不合適

比如在-40 ℃的環(huán)境中選用了工作溫度適于-20 ℃的潤(rùn)滑脂，當(dāng)啟動(dòng)軸承時(shí)，會(huì)發(fā)出刺耳的噪聲，但隨著摩擦產(chǎn)生的熱量，使局部的運(yùn)行溫度升高到與潤(rùn)滑脂應(yīng)用相適應(yīng)的溫度，噪聲會(huì)降低很多。這種現(xiàn)象會(huì)降低軸承的工作壽命。解決方法為：根據(jù)軸承的dm·n值、工作溫度及應(yīng)用工況特點(diǎn)選擇黏度適合并與工況相匹配的潤(rùn)滑脂。

3.2.3 特殊潤(rùn)滑脂

目前，對(duì)某些應(yīng)用場(chǎng)合，比如電動(dòng)機(jī)，可以選擇低噪聲潤(rùn)滑脂來(lái)主動(dòng)降低軸承噪聲。通?？蛇x用鋰基脂，其潔凈度很高，幾乎不含有任何污染物。

3.3 潤(rùn)滑劑污染

軸承在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，污染物隨時(shí)都有可能進(jìn)入到潤(rùn)滑脂中。應(yīng)嚴(yán)格保證軸承的包裝不受損，到安裝現(xiàn)場(chǎng)再打開(kāi)軸承包裝，保證工作環(huán)境的清潔和潤(rùn)滑脂的潔凈。

4 其他原因引起的噪聲

4.1 軸承游隙

軸承內(nèi)部游隙過(guò)大或過(guò)小也會(huì)引起異常聲。當(dāng)噪聲長(zhǎng)而尖時(shí)，表示工作游隙過(guò)??；當(dāng)噪聲為隆隆聲時(shí)，表示工作游隙太大。

4.2 軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

還有一類較為常見(jiàn)的軸承噪聲來(lái)自于工況的特殊性，比如電梯用軸承要求有較高的靜音特性。對(duì)此類應(yīng)用場(chǎng)合，需要通過(guò)提高軸承的精度或改變軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如滾道和滾動(dòng)體表面的波紋度、表面粗糙度，保持架和密封圈的設(shè)計(jì)，選用合適的軸承材料等等，以減小結(jié)構(gòu)噪聲和運(yùn)行時(shí)的空氣噪聲，若同時(shí)選用低噪聲潤(rùn)滑脂，降噪效果會(huì)更好。

5 結(jié)束語(yǔ)

軸承應(yīng)用中的噪聲問(wèn)題很復(fù)雜，需要考慮軸承、系統(tǒng)和各方面因素，以上僅從幾個(gè)應(yīng)用角度對(duì)軸承噪聲問(wèn)題做了簡(jiǎn)要闡述，應(yīng)針對(duì)具體情況具體分析，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。