滚动轴承振动测量方法新国标解析

陈芳华，章有良，严思思，张根源

(1.杭州轴承试验研究中心有限公司，杭州 310022；2.浙江传媒学院，杭州 310018)

1 概述

我国于1991年首次发布了JB/T 5313—1991《滚动轴承 振动(速度)测量方法》和JB/T 5314—1991《滚动轴承 振动(加速度)测量方法》2项机械行业标准，并分别于2001年和2002年进行了修订。2009年又首次发布了4项滚动轴承振动测量方法国家标准，即GB/T 24610.1—2009 《滚动轴承 振动测量方法 第1部分：基础》、 GB/T 24610.2—2009 《滚动轴承 振动测量方法 第2部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心球轴承》、GB/T 24610.3—2009 《滚动轴承 振动测量方法 第3部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的调心滚子轴承和圆锥滚子轴承》和GB/T 24610.4—2009 《滚动轴承振动测量方法 第4部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的圆柱滚子轴承》。在新国标发布前，我国滚动轴承振动测量方法的有效版本为JB/T 5313—2001和JB/T 5314—2002(以下简称老行标)。

4项新国标分别等同采用ISO 15242-1∶

2004，ISO 15242-2∶2004，ISO 15242-3∶2006和ISO 15242-4∶2007。下文针对新国标具有的先进性，与老行标的不同之处，执行时应注意的问题，目前轴承行业所使用的轴承振动测量仪能否满足新国标实施的要求，哪些方面需要改进以及如何改进等一系列行业迫切关注的问题进行了分析。

2 新国标和老行标的比较

2.1 引言部分

2项老行标均无引言，而4项新国标的引言部分则均阐述了标准的推荐性和局限性，主要有以下内容：(1)滚动轴承旋转时的振动是与运转条件有关的一种复杂的物理现象；在某一组条件下测量的单套轴承的振动值并不一定表征不同的条件下或该轴承成为一较大部件中的一个零件时的振动值。(2)在理想配合、理想环境下，可认为轴承的结构振动是最终导致空气噪声产生的驱动源；本标准仅列入了经过选择的轴承结构振动的测量方法。(3)本标准方法的测振目的是轴承产品制造过程诊断或质量评定，而非轴承应用适用性评判。

2.2 适用范围

新国标和老行标的适用范围如表1所示。

表1 新国标和老行标的适用范围

由表1可知：(1)新国标适用的轴承类型增加了单列调心球轴承、双列向心球轴承、双列调心滚子轴承、双列圆锥滚子轴承和双列圆柱滚子轴承5大类；(2)新国标适用的尺寸段范围略小于老行标；(3)新国标的振动测量参数(测量载荷、测量转速等)以外径为依据确定，而老行标以内径为依据确定。

2.3 振动测量的基本要素

2.3.1 测量物理量和单位

新国标设定轴承振动测量的物理量为速度，单位为μm/s，与JB/T 5313—2001一致，可代替JB/T 5313—2001。JB/T 5314—2002设定的物理量为加速度(级)，单位为dB，可作为轴承振动测量的另一种方法，因为理论分析和应用实践表明，目前行业所使用的加速度型传感器对轴承异常声较为敏感。

2.3.2 测量转速

新国标和老行标设定的各类轴承的测量转速如表2所示。

表2 测量转速设定值

JB/T 5313—2001设定的测量物理量虽与新国标相同，但由表2可知，其部分类型的部分尺寸段轴承的测量转速与新国标不一致，若要执行新国标，则目前行业所使用的速度型系列测振仪在测量这些轴承振动时，应采用增加变频器或更换皮带轮的方式按表2的要求进行；并在提高主轴转速的改造过程中，进行主轴润滑油黏度和主轴密封结构对主轴温升影响的研究，以满足仪器长时间连续运转的要求。虽然JB/T 5314—2002设定的测量转速与新国标不同，但在新国标阐述的合理范围内，故目前行业所使用的以S0910为代表的轴承振动加速度测量仪的测量转速不必另行改造。

新国标规定测量转速误差为设定值的-2%～1%，与JB/T 5313—2001相同，故目前行业所使用的速度型测振仪能满足新国标实施的要求。JB/T 5314—2002规定的测量转速误差为设定值的±2%，由于振动测值与测量转速具有线性关系，故建议JB/T 5314—2002在下次修订时，应严格控制测量转速误差，以减小仪器台差。

2.3.3 测量载荷

新国标阐明测量载荷不能过小，以防止滚动体相对内、外圈滚道打滑；但也不能过大，以防止引起套圈变形而影响振动测值，尤其是对轻薄系列轴承。比较新国标与老行标的测量载荷设定值，并结合测振仪的设计和轴承振动测量实践，可发现以下几点：

(1)对外径小于100 mm的深沟球轴承、角接触球轴承以及外径小于50 mm的圆锥滚子轴承的轴向载荷设定值，新国标与老行标基本一致；而对外径大于100～200 mm的深沟球轴承、角接触球轴承以及外径大于50 mm的圆锥滚子轴承，老行标明显小于新国标。由于目前行业所使用的轴承振动测量仪无论是速度型还是加速度型，都是按老行标的要求进行设计，所以按新国标规定的测量载荷很难满足较大尺寸段轴承测振的要求。并且多年振动测量实践表明，新国标规定的测量载荷值更为合理，故建议在对较大尺寸段轴承测振时，应对现有仪器(速度型和加速度型)进行加大轴向载荷力的改造，且应注意驱动主轴轴向承载能力的同步提高。并建议JB/T 5314—2002在下次修订时，将测量载荷与新国标相统一。

(2)对于圆柱滚子轴承，老行标与新国标规定的测量载荷基本一致。除外径大于170 mm的双列圆柱滚子轴承外，目前行业所使用的BVT-5型和BVT-6型测振仪可基本满足新国标实施的要求。

(3)新国标规定测量载荷的误差基本上为设定值的±10%，两个老行标虽未提及该控制要求，但在仪器设计时已考虑了测量载荷的误差控制。从标定的实践可知，基本能满足新国标规定的测量载荷误差控制要求。

2.3.4 传感器

新国标规定所测参量为轴承外圈的径向振动，未规定传感器的类型，但第1部分明确阐述了速度型传感器较适用于轴承振动测量。因为轴承振动的幅值一般会随着振动信号频率的增高而减小，在几千赫兹时，能减小到纳米级，使得位移传感器很难测出高频振动信号。加速度型传感器的信号与振动频率的二次方成正比，故对低频信号不敏感。而速度型传感器的信号与振动频率的一次方成正比，所以较适用于轴承振动测量。目前行业所使用的BVT系列测振仪的速度型传感器，只要零件制作工艺、组装工艺合适，其频响、幅值线性和灵敏度特性均能满足新国标的要求。

新国标指出传感器触头的接触力不能过小，以防止在较高频率时，接触频响跟不上而产生触头与轴承外圈脱离现象；同时，接触力又不能过大，以防止对轴承外圈的自由振动产生约束。目前行业所使用的以S0910为代表的加速度型测振仪，其接触力在一定程度上过大，尤其是对微型轴承而言，而BVT系列的速度型传感器要理想得多。若严格按使用说明书操作，目前所使用的速度型和加速度型测振仪传感器接触力过小的情况一般不会发生。

2.3.5 测量方法和评定方法

(1)新国标设定的用于测量振动速度信号的频率范围如表3所示，其中，fL为下截止频率，fH为上截止频率。JB/T 5313—2001设定的频率范围未根据测量转速变化而进行比例调整，故新国标实施时，对测量转速为900 r/min的轴承测振时，其电子装置的滤波特性应按表3的要求进行改造。

表3 设定的频率范围

(2)新国标规定单列圆锥滚子轴承和单列角接触球轴承在可承受轴向载荷的方向上施加轴向载荷测振，其他施加轴向载荷测振的各类轴承首先应在外圈的一侧施加轴向载荷测试，然后在另一侧施加轴向载荷进行重复测试。该条规定与老行标一致。

(3)新国标规定圆柱滚子轴承在施加径向载荷测振的同时，应施加一个不大于30 N的轴向载荷，以确保轴承运转平稳；老行标均无该条规定，但目前行业所使用的BVT-5型测振仪能满足此要求；如果结构允许，应对双列圆柱滚子轴承进行另一面的重复测试。

(4)新国标规定各面、各点的最大测值为该轴承的振动评价值。而老行标均规定每面测3点，3点测值的算术平均值作为振动评价值；需正反两面测试的轴承，两面平均值中的较大值为该轴承的振动评价值。新国标规定的评定方法严于老行标的规定，对不同点测值离散性较大的轴承提出了较高要求，因而目前行业所使用的在老行标评定方法下制定的技术条件标准应重新进行研究和修订。

2.3.6清洗和润滑

新国标规定预润滑(脂润滑、油润滑或固体润滑)轴承应在供货状态下测试。某些防锈剂可满足测振的润滑要求，此时可不必清除防锈剂；测试前，轴承应使用清洁的(过滤精度不低于0.8 μm)、公称黏度为10～100 mm2/s的润滑油进行充分润滑；未经预润滑的轴承，应进行有效清洗，注意不要引入污染物或其他振源。

该条款中，除润滑油黏度值外，其他规定与老行标基本一致。JB/T 5313—2001规定润滑油的公称黏度为13.5 ～16.5 mm2/s， JB/T 5314—2002规定润滑油的公称黏度为80 ～150 mm2/s。由于润滑油的黏度与振动测值显著相关，故在对轴承振动质量进行评价时，应明确所使用的润滑油的黏度值，尤其是为客户提供振动检测数据或对某技术条件作出符合性评判时。JB/T 5313—2001规定的黏度值处于新国标的下限范围附近，其测值能较敏感地反映出轴承零件滚动表面的形貌误差；JB/T 5314—2002规定的黏度值处于新国标的上限范围，且部分已超出新国标的范围，其测值对轴承零件滚动表面的形貌误差敏感度较低，故建议对标准加以修订。

2.3.7 测试装置因素

新国标对主轴/芯轴的刚度、加载机构、芯轴提出了技术要求，与老行标的要求基本一致，有的或略松于老行标；新国标对轴承外加载荷的对中精度和传感器的轴向位置及测量方向提出了定量要求，而老行标虽未提及，但目前行业所使用的测振仪在设计和制造时，均已考虑了该方面的要求，在新国标实施时，应按附录A和附录B的方法对外加载荷的对中精度进行检查。传感器的轴向位置凭目测基本能控制到位，但关于传感器的测量方向，新国标并未提及具体的测量方法，还有待进一步研究。

2.3.8 系统部件和系统性能

新国标明确规定了测振仪需标定的部件及项目，其中部件包括驱动单元、加载单元、传感器和电子单元。同时对系统性能也提出了测量重复性应在平均值±10%以内的要求，并申明不包括被测轴承本身测值的变化，即在验证测振仪测量重复性时应选用测值稳定的轴承，且应定点测量，测量次数要足够多。而老行标均仅对传感器和电子单元提出了应定期标定的要求，却未规定需标定的具体项目，建议JB/T 5314—2002在下次修订时，增加该条款的要求。

3 结论与建议

(1)新国标对滚动轴承振动测量及影响测量的因素考虑得较全面，某些技术指标规定得较适当，也较科学。新国标规定的方法是以轴承产品制造过程诊断或质量评定为目的的、适用面较广的一种轴承振动测量方法。

(2)建议对JB/T 5314—2002进行修订时：对较大尺寸段轴承适当加大轴向载荷，尤其是圆锥滚子轴承；对微小型轴承适当减小传感器的接触力；适当降低润滑油的公称黏度值；增加测量系统标定和系统性能评定条款。

(3)尽快开展现有各类轴承振动技术条件标准的修订研究工作。因为这些技术条件标准均在老行标测量方法下制定，测量方法的改变，尤其是评定方法的改变，其技术条件也应进行修订。同时应开展角接触球轴承和双列调心滚子轴承振动技术条件标准的研究工作，这2类轴承在国内的生产虽已成气候，但振动水平与国外同类产品相比差距较大。

(4)尽快开展较大载荷测振仪的研发工作。目前的测振仪尚不能完全满足较大尺寸段轴承轴向载荷的要求，尤其是锥角大于23°的圆锥滚子轴承。且应兼顾加载装置的加载能力、驱动主轴止推轴承的承载能力和仪器的本底振动3方面。

(5)尽快开展JJF 1185—2007《速度型滚动轴承振动测量仪校准规范》的修订工作，因为其制定的依据为JB/T 5313—2001。