淺析影響球軸承振動的因素

吳志平，楊曉偉，張 秋

（哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

精密角接觸球軸承主要應(yīng)用于精密機床主軸，隨著精密機床行業(yè)的迅猛發(fā)展，對其配件產(chǎn)品精密軸承的振動與噪音質(zhì)量性能要求越來越高，期望獲得高轉(zhuǎn)速、長壽命且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、悅耳的靜音軸承。

2 影響球軸承振動的因素

軸承在運轉(zhuǎn)過程中，除了軸承固有振動（即滾道與滾動體間彈性接觸構(gòu)成的彈性振動）外，球軸承的設(shè)計參數(shù)、軸承套圈的加工精度以及軸承在使用過程中的安裝參數(shù)、工作條件等都是影響球軸承振動的因素。

2.1 球軸承內(nèi)、外溝道的加工精度誤差對振動的影響

軸承套圈內(nèi)、外溝道精加工即便采用最精密的加工技術(shù)也會存在圓度、波紋度、表面粗糙度等微觀幾何形狀誤差，若上述微觀幾何形狀誤差較大，當(dāng)軸承運轉(zhuǎn)時，由于彈性支承的作用便形成一定頻率的振動與噪音。其頻率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，這是它與其他噪音的不同之處。轉(zhuǎn)速一定時，它具有一定的振動頻率且有時相當(dāng)刺耳，當(dāng)轉(zhuǎn)速加快或減慢時噪聲更為敏感且頻率隨轉(zhuǎn)速增高或降低而改變。通過不斷的試驗研究發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)、外溝道的圓度、波紋度對軸承振動的影響尤為嚴重。

2.2 內(nèi)圈溝道圓度、波紋度對振動值的影響

以7005CTA軸承振動試驗為例，在內(nèi)、外圈溝擺、壁厚等其它技術(shù)條件均合格的前提下，外圈溝道圓度控制在0.6μm以內(nèi)，波紋度控制在0.4μm以內(nèi)，內(nèi)圈溝道波紋度控制在0.3μm以內(nèi)，內(nèi)圈溝道圓度對軸承振動的影響如圖1 所示。內(nèi)圈溝道圓度控制在0.5μm以內(nèi)，內(nèi)圈溝道波紋度對軸承振動的影響如圖2 所示。

從圖1可以看出，內(nèi)圈溝道圓度控制在0.5μm以內(nèi)時，振動值全部滿足Z2組技術(shù)要求，當(dāng)圓度值大于0.5μm時，隨著圓度值的增大，振動值明顯增大。

從圖2 可以看出，內(nèi)圈溝道波紋度控制在0.3μm以內(nèi)時，振動值全部滿足Z2組技術(shù)要求，當(dāng)波紋度值大于0.3μm時，隨著波紋度值的增大，振動值明顯增大。

圖1 內(nèi)圈溝道圓度對振動值的影響

圖2 內(nèi)圈溝道波紋度對振動值的影響

圖3 外圈溝道圓度對振動

圖4 外圈溝道波紋度對振動值的影響

2.3 軸承外圈溝道圓度、波紋度對振動值的影響

同樣以7005CTA軸承為例，在內(nèi)、外圈溝擺、壁厚等其它技術(shù)條件均合格的前提下，內(nèi)圈溝道圓度控制在0.5μm以內(nèi)，波紋度控制在0.3μm以內(nèi)，外圈溝道波紋度控制在0.4μm以內(nèi)，外圈溝道圓度對軸承振動的影響如圖3所示。外圈溝道圓度控制在0.6μm以內(nèi)，外圈溝道波紋度對軸承振動的影響如圖4 所示。

從圖3 可以看出，外圈溝道圓度控制在0.6μm以內(nèi)時，振動值全部滿足Z2組技術(shù)要求，當(dāng)圓度值大于0.6μm時，隨著圓度值的增大，振動值明顯增大。

從圖4 可以看出，外圈溝道波紋度控制在0.4μm以內(nèi)時，振動值全部滿足Z2組技術(shù)要求，當(dāng)波紋度值大于0.4μm時，隨著波紋度值的增大，振動值明顯增大。

3 潤滑脂（油）對軸承振動的影響

潤滑對滾動軸承非常重要，它直接影響軸承的壽命、振動及噪音的大小。合適的潤滑脂，可以適當(dāng)降低軸承運轉(zhuǎn)中的噪聲（3～4dB）。填加的潤滑脂應(yīng)清潔，不允許在脂中沾有鐵屑、灰塵和其它任何雜質(zhì)；要使?jié)櫥尤霚系赖闹行?；潤滑脂的用量?yīng)符合有關(guān)軸承標(biāo)準(zhǔn)；盛放潤滑脂的容器要加蓋，隨用隨開，不用時蓋好。

4 降低內(nèi)、外溝道圓度及波紋度的措施

為了更好地降低軸承的振動及噪音，在套圈的磨加工過程中應(yīng)嚴格控制內(nèi)、外溝道的圓度及波紋度。

4.1 合理選擇磨削參數(shù)

磨削過程中如砂輪架進刀速度過快，致使磨削抗力的增加，磨削力過大，磨削時工件軸或砂輪軸的振動就會增大，導(dǎo)致圓度值及波紋度值也增大。因此，必須合理選擇磨削用量。

磨削外圈溝道時以外徑為定位支承，應(yīng)合理調(diào)整支承偏心量，如果偏心量調(diào)整不當(dāng)，軸承套圈在磨削過程中會出現(xiàn)跳動，產(chǎn)生高頻與低頻的等幅波紋，致使波紋度值增大。

4.2 砂輪安裝的調(diào)整

在安裝砂輪時，應(yīng)注意使砂輪法蘭盤和錐孔垂直，使錐孔和主軸錐面接觸良好，避免高速磨削時，由于砂輪不平衡產(chǎn)生的高頻振蕩致使波紋度值增大。在停止磨削、關(guān)閉冷卻液后，應(yīng)繼續(xù)讓砂輪空轉(zhuǎn)5～7min，靠離心力去掉砂輪上殘余冷卻液，避免機床停止一定時間后，殘余的冷卻液都凝固在砂輪的下部，再重新開動機床時砂輪就不平衡了，造成磨削振紋。

砂輪材質(zhì)的選擇。當(dāng)砂輪內(nèi)部結(jié)合強度不一樣時，在磨削過程中，引起磨粒脫落的快慢速度不一樣，砂輪結(jié)合強度大的部分，磨粒不易脫落，產(chǎn)生局部鈍化。砂輪本身自然形成波紋狀態(tài)，在磨削過程中引起振動，導(dǎo)致溝道的圓度值及波紋度值增大。

4.3 合理選擇金剛筆

當(dāng)金剛筆磨頓后修整砂輪，砂輪磨粒不鋒利，磨削抗力增大，砂輪軸振動加強，套圈溝道的圓度值及波紋度值會隨之增大。修整砂輪時應(yīng)充分進行冷卻，保證刀鋒尖而耐用，不允許間斷地澆注冷卻液，以免金剛石因驟冷驟熱而碎裂。

4.4 定期維護機床

要定期檢查砂輪軸、工件軸的徑向跳動和軸向竄動，超過規(guī)定要求應(yīng)及時修理；檢查機床液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果機床的幾何精度和液壓不穩(wěn)定，將造成磨削部件的振動，從而使溝道的波紋度值增大。

5 結(jié)束語

通過上述分析，在其它技術(shù)條件均合格的前提下，套圈內(nèi)、外溝道的圓度及波紋度直接影響軸承的振動及噪音。在加工內(nèi)、外溝道時，應(yīng)合理調(diào)整機床，選擇合理的切削規(guī)范，以便有效地控制內(nèi)、外溝道的圓度及波紋度，從而降低軸承的振動及噪音。