滚动轴承+振动测量方法+第1部分基础.pdf

l c s2 1 1 0 0 2 0 j1 1 鳕园 中华人民共和国国家标准 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s 01 5 2 4 2 - 1 ：2 0 0 4 滚动轴承振动测量方法 第1 部分：基础 r o l l i n gb e a r i n g s - - m e a s u r i n gm e t h o d sf o rv i b r a t i o n - - p a r t1 ：f u n d a m e n t a l s 2 0 0 9 1 1 1 5 发布 ( i s 01 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 ，i d t ) 2 0 1 0 - 0 4 0 1 实施 宰瞀徽零瓣警雠瞥星发布中国国家标准化管理委员会厘1 1 1 刖蟊 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 g b q 、2 4 6 1 0 滚动轴承振动测量方法分为4 个部分： 第1 部分：基础； 第2 部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心球轴承； 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； 第4 部分：具有圆柱7 l 和圆柱外表面的圆柱滚于轴承。 本部分为g b t2 4 6 1 0 的第l 部分。 本部分等同采用1 s o15 2 4 2 1 ：2 0 0 4 ( 滚动轴承振动测量方法第1 部分：基础。 本部分等同翻译i s ol5 2 4 2 一l ：2 0 0 4 。 为了便于使用，本部分做了f 列编辑性修改： “本文件”一词改为“本部分”； 删除了国际标准的前言； 崩小数点“”代替作为小数点的逗号“，”。 本部分的附录a 为资料性附录。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国滚动轴承标准化技术委员会( s a c t c9 8 ) 归| j 。 本部分起草单位：杭州轴承试验研究中心有限公司、洛阳轴承研究所、洛阳轴研科技股份有限公司。 本部分主要起草人：陈芳华、李飞雪、章有良、马素青、张亚军、郭宝霞、张燕辽。 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 引言 滚动轴承旋转时的振动是轴承的一个重要运转特性。振动会影响装有轴承的机械系统的性能。当 振动向运转的机械系统所处的环境传播时，会引起可闻噪声。 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。评定装有 轴承的机械系统产生的声响就更加复杂，它还受界面条件、感应装置的位置和方向以及系统运转所处声 学环境的影响。空气噪声本部分定义为任何令人不愉快的、不希望有的声音，由于术语“令人不愉 快的、不希望有的”具有主观特性，因而其评定更为复杂。可以认为轴承的结构振动是最终导致空气噪 声产生的驱动源。g b t2 4 6 1 0 的本部分仅列入了经过选择的轴承结构振动的测量方法。 g b t2 4 6 1 0 的本部分定义和规定了被测的物理量以及在测试装置上测量滚动轴承振动时的一般 测试条件和环境状况。根据g b t2 4 6 1 0 的本部分，轴承的验收方可通过协商，确定接收标准，来控制 轴承的振动。 轴承振动可采用许多方法中的任一种来评定，小同的评定方法使用不州类型的传感器和测试条件。 没有任何一组表征轴承振动的数值能够对所有可能的使用条件f 的轴承振动性能进行评定。最终，还 应根据已知的轴承类烈、使用条件以及振动测试目的( 例如：是作为制造过程诊断，或是作为产品质量评 定) 等，来选择最适用的测试方法。因此，轴承振动标准的适用范围并不是通用的。但对于g b t2 4 6 1 0 的本部分而言，j 将某些适用范围十分广泛的方法确立为标准方法。 g b t2 4 6 1 0 的本部分规定了振动测量的一般原则，具有圆柱孔和圆柱外表面的不同类型的轴承 振动评定方法的详细内容将在其他部分规定。 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i , s 01 5 2 4 2 - 1 ：2 0 0 4 滚动轴承振动测量方法 第1 部分：基础 1 范围 g b t2 4 6 1 0 的本部分规定了在所确立的测试条件下，旋转的滚动轴承的振动测量方法以及相关 测量系统的标定。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过g b t2 4 6 1 0 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引j 玎文件，其最新版本适用于本 部分。 g b t1 8 0 0 22 0 0 9 产品几何技术规范( g p s ) 极限与配合第2 部分：标准公差等级和孔、轴 极限偏差表( 1 s o2 8 62 ：1 9 8 8 ，m o d ) g b t2 2 9 81 9 9 1 机械振动与冲击术语 高于或低于滤波器最大响应频率的频率，在这些频率上对正弦信号的响应低于最大 响应3d b 。 3 1 3 均方根( r m s ) 速度r o o tm e a ns q u a r e ( r m s ) v e l o c i t y u 。( ) 在时问间隔t 内，各时间段速度平方的平均值，再取其平方根。 注：均方根值也适用于位移和加速度。 2 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s 01 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 3 1 4 指数平均有效( e m e ) 速度e x p o n e n t i a lm e a ne f f e c t i v e ( e m e ) v e l o c i t y ”。( 幻 用于获得时问一平均速度的参量，它类似于均方根速度，但考虑了指数衰减。 往i ：指数平均有效值也适用于位移和加速度。 宅z ：指数平均有效值也称为指数平均值或l 时间衰减值。 3 1 5 周期p e r i o d 周期量函数重复出现时自变量的最小增量。 4 基本概念 4 1 轴承振动测量 图l 监示了轴承振动测量的基本要素及影响测量的斟素。图1 中的数字对应于本部分的各条目。 72 测试环境条件 环境 51 测量的基木原理 52 转速 53 轴承旋转轴线的方位 5 4 轴承载荷 55 传感器 测量程序 61 测量的物理量 6 2 频域 63 时域 64 传感器频率响应和滤波器特性 6 5 时问j f 均 盂 6 6 测试步骤 测量和评定方法 匿鸯毒j 征 操作者 74 对操作者的要求 测试装置 73i 土轴一b 轴的刚度 7 3 2 加载装置 73 3 轴承外加载荷的大小和 对中精度 7 34 传感器的轴向位置和测 量方向 73 5 心轴 标定 82 系统部件的标定 8 3 系统性能评估 图1轴承振动测量的基本要素 4 ，2 旋转轴线的特性 旋转轴承可为一机器零件相对另一零件旋转提供旋转轴线，并可承受径向和或轴向载荷。一旋转 轴线可呈现6 个基本自由度的运动，如图2 所示，并列举如下： 旋转运动，见图2 b ) ； 径向平移运动，即在通过旋转轴线的一个或两个相互垂直平面内的平移运动，见图2 e ) 和 图2 d ) ； 铀向平移运动，即在平行于旋转轴线的方向上的平移运动，见图2 e ) ； 3 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s 01 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 角向倾斜运动，即在通过旋转轴线的一个或两个相互垂直平面内的角向运动，见图i f ) 和 图2 9 ) 。 理想状态下，旋转轴承在旋转方向上对外加载荷是没有阻力( 即零摩擦力矩) 的。根据外加载荷的 类型，轴承应设计为既能承受外加载荷，而且在剩余5 个自由度的任何一个或所有剩余5 个自由度上呈 现刚性。例如，具有自调心能力的轴承可承受径向和轴向载荷，只有在理想状态下，在两个倾斜方向才 不呈现刚性。其他轴承町设计成轴向自由运动，但此时应在径向和倾斜方向呈现刚性。 c ) 在x 方向的径向甲移运动 。r 0 。 b b ) 与z 基准轴线同轴的旋转运动 d ) 在y 方句的径向平移运动 浍 e ) 在z 方向的轴向平移运动f ) 在x 方向以a 为原点的倾斜运动g ) 在y 方向以 为原点的倾斜运动 a b z 基准轴线 c d - - 旋转轴线 图2 旋转轴线6 个自由度的示意图 4 3 轴承运动误差 轴承共有5 个非旋转自由度，可设计在任何一个非旋转自由度上承受载荷。旋转轴承的旋转轴线 在5 个菲旋转自由度的任一个自由度上的位移即为轴承的运动误差。这包括与轴承旋转有关的任何位 移，但不包括由于温度变化或# i l l 载荷变化引起的位移。运动误差用位移表示，表示与理想旋转轴线的 偏差。旋转轴承的运动误差是由于轴承旋转时进行相对运动的轴承内部各表面几何形状不理想造成 的。几何形状不理想可能是轴承零件嗣有的特性( 例如，加工表面的形状误差) ，也可能是由于轴承在装 配或安装过程中轴承零件发生变形造成的。 4 4 轴承振动 引起轴承运动误差的因素同样也可引起轴承零件的动态振动。振动是由运动误差引起位移的结 4 汰。 拳 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 果，但还需考虑与加速度有关的惯性力的作用，以及轴承或安装的刚性特性也会在轴承中引起内部力。 随时问变化的轴承零件的变形、若干不可预期的滚动体和保持架运动形式以及保持架相对于滚动体或 套圈的周期性位移也会引起内部力。在特定环境( 例如旋转速度和施加载荷) 下，振动由运动误差引起。 轴承振动能影响机械系统的性能，并可使包括轴承在内的系统产生空气噪声。 5 测量程序 5 1 测量的基本原理 就本部分而言，是评定由传感器测得的旋转轴承的结构振动。传感器可为位移、速度、加速度或力 型传感器。传感器安装在一个轴承套圈一一规定点上，或安装在与一个轴承套圈机械式连接在一起的测 试装置上的一个机械零件的一规定点上。应规定传感器相对于一参照系的作用线( 即轴向或径向) 。轴 承在规定的载荷条件下以一固定转速旋转，在一规定的时间段内监测传感器的信号，然后对采集的数据 进行分析、计算，得出一个或多个用于表征振动水平的参数。通过这些观测结果，就得出了所选测试条 件下的轴承振动数据。在不同的运转条件下，这些结果可能或不可能得出有关轴承振动和噪声的结论。 测量程序可以用框图表示，如图1 所示，它是各个要素的组合。 本部分的相应条目给出了测量程序各个要素的详细内容。 5 2 转速 轴承振动是在动态下进行测量的，测量时外圈静止或渐次转动，内圈以一恒定速度旋转，转速与轴 承的尺寸和结构有关( 见g b t2 4 6 1 0 的特定类型部分) 。 在测试过程中，实际转速不应超过规定转速的二；。 5 3 轴承旋转轴线的方位 测试轴承振动时，轴承的旋转轴线町处于垂直或水平位置。轴线水平时，应考虑到地球引力相对于 旋转的滚动体的取向变化，否则将会导致附加振动，除非滚动体上的离心力或在滚动体上产生的接触力 远远大于其自重。 5 4 轴承载荷 为了达到轴承中限定的运动学条件，测振过程中应对轴承加载。施加的载荷应足够大，以防止滚动 体相对内、外圈滚道打滑但又不致引起变形而影响测量结果。 5 5 传感器 所测参量为轴承外圈的径向或轴向振动。机电传感器可将机械运动转换成电信号，所给出的信号 名义上与位移、速度或加速度成比例。也可使用力传感器，只要能将信号变换成上述三种参量中的 一种。 应分清是非接触式测量系统还是接触式测量系统。非接触式测量系统特别适用于位移测量，而接 触式测量系统的传感器应与振动的轴承外圈接触。当使用接触式传感器时，应注意保证传感器不能影 响轴承外圈的振动。但这种接触又需要足够牢固，以便在适用频率范围内的所有振动都能被检测得到。 为此，可运动部分的质量应尽可能小。如果振动是通过与轴承外圈接触的传感器触头来传递的，还应考 虑接触谐振的出现( 参见附录a ) 。 轴承外圈的振动运动是不同频率的各种幅值位移的复杂叠加。尽管可能会有较大的单一幅值存 在，甚至是在较高频率时也是如此( 尤其是有缺陷的轴承) ，但幅值一般会随着频率的增高而减小，在几 千赫兹时，能减小到纳米级。这样就使得某些位移测量系统在高频范围内很难给出可靠的测量结果；另 一方面，一个非常适于高频测量的加速度型传感器，却需要具有极高的动态性能才能分辨出较低的频 谱。一个比较好的处理方法是采用速度型传感器，显示的信号与速度成比例。如果需要，还可利用已知 的标定过的转换系数，将采集到的主要信号转换成电信号。 5 g b t2 4 6 1 01 - - 2 0 0 9 i s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 6 测量和评定方法 6 1 测量的物理量 测量时设定的物理量为振动速度 6 2 频域 在5 0h z 1 00 0 0h z 范围内，在 用特定的频率范围。 q ( v m s ) 。根据轴承类型，测量方向可为径向或者轴向。 个或多个频带内测出速度信号。对于不同的轴承类型，建议采 注：例如，某一尺寸范围的向心和角接触轴承可以使用5 0h z - - 3 0 0h z 、3 0 0h z 18 0 0h z 和18 0 0h z 100 0 0h z 的频率范围。 也可选择使用频谱分析法对振动信号进行分析。 6 3 时域 通常，被测轴承中的表面缺陷s n 或污染常常造成时域速度信号的峰值或尖锐脉冲，经制造厂与用 户协商，可以考虑将峰值或尖锐脉冲的检测，作为一种补充选项。根据轴承的类型和使用条件，可以采 用不同的评定方法。 6 4 传感器频率晌应和滤波器特性 机电传感器的频率响应应在图3 规定的范围内。 1o o o 10o o o x 频率单位为赫兹( h z ) ； y 输出信号振动速度，单位为分贝( d b ) 。 8 推荐区。 b 最大允许区( 包括a ) 。 图3 传感器频率响应特性 图3 中传感器的最低频率响应要求应包括放大器的补偿输出信号。 幅值线性度：在1 0p m s ( r m s ) 30 0 0p m s ( r 1 2 1 s ) 速度范围内，振动幅值线性度的最大偏差 应小于1 0 。 传感器的灵敏度：与电子装置匹配的传感器的灵敏度应限定在5 以内，在传感器的静态轴向位 移工作范围内，该灵敏度应在规定的极限值内。单个传感器的灵敏度发生变化时，电子装置应提供适当 的补偿。 电子装置的滤波器特性应在图4 规定的带通滤波器极限范围内。低于下截止频率( ，i ) 6 4 的所 有频率及高于上截止频率( ，) 1 6 0 的所有频率，通带的衰减不应小于4 0d b 。 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 1 s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 x 截l 卜频率，单位为赫兹( h z ) ； y 衰减量，单位为分贝( d l j ) 。 8 推荐范围。 h 最大允许范围。 。标称下截止频率。 o 标称上截止频率。 图4 滤波器特性 6 5 时间一平均法 每一频带范围内速度信号的测量值，是振动达到稳定状态、测试时间不小于0 5s 内的有代表性的 时问- 平均值的读数。所谓达到稳定状态，是指在平均值附近只有偶然的随机波动。至于选择何种时 问一平均值公式，应由制造厂与用、协商确定。两种常用的公式 见式( 1 ) 、式( 2 ) 是计算均方 根( r m s ) 值和指数平均有效( e mc ) 值，其定义分别在3 1 3 和3 1 4 中给出。 厂_ 一 q 佃。p 。出 式中： v ( t ) 随时间变化的振动速度； t 采样时间，其值应长于组成v ( t ) 的任一主要频率分量的周期。 口。( ) 经常在= 丁时取值。 ( 1 r ，弘勺e - “c 7 式中： v ( t ) 随时问变化的振动速度； r 延迟时问，其值应长于组成v ( t ) 的任一主要频率分量的周期。 口。f f ) 应在f r 时取值。 ( 2 ) 7 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s o1 5 2 4 2 1 ：2 0 0 4 应在开始测试的5r a i n 内达到稳定状态。在5r a i n 内不能达到稳定状态时，制造厂与用户之间应 协商确定一个合适的达到稳定状态的时问。 6 6 测试步骤 测量应在所要求的位置点上进行。各种类型轴承的详细规定见6 b t2 4 6 1 0 的其他部分。 对于可接收的轴承，在相应频率范围内的最大振动示值应在制造厂与用广协商的极限值内。 7 测量条件 7 1 轴承的测量条件 7 1 1 预润滑 预润滑( 脂润滑、油润滑或固体润滑) 轴承包括密封轴承和防尘轴承，应在供货状态下测试， 参照条件( 7 1 2 和7 1 3 ) 也适用于未经预润滑的轴承。 7 1 2 轴承的清洁度 由于污染物影响振动水平，因此，轴承应进行有效的清洗，注意不要引入污染物或其他振源。 注：某些防锈剂可满足振动测试的润滑璺求( 见7 】3 ) ，此时不必清除防锈剂。 7 1 3 润滑 测试前，应根据轴承的类型和尺寸，使用一定量的清清的低黏度的润滑油对轴承进行润滑，其他要 求规定在g b t3 1 4 1 _ 19 9 4 中。润滑过程中应进行试运转，以使轴承内的润滑剂均匀分布。 7 2 测试环境条件 轴承应在不影响振动测试的室温环境中进行，其他要求规定在1 s o5 5 4 、i s o5 5 8 和i s ( ) 3 2 0 5 中。 7 3 测试装置条件 7 3 1 主轴心轴的刚度 用于支承和驱动轴承内圈的主轴( 包括心轴) 的设计与结构，不仅町传递旋转运动，而且本质上还可 作为内圈轴线的刚性参照系。在使用的频带范围内，主轴心轴和轴承内圈之问振动的传递与所测量的 振动速度相比，可以忽略不计( 在有异议的情况下，其精确值应由制造厂与用户协商确定) 。 7 3 2 加载机构 理论上，用于给轴承外圈施加载荷的加载系统的设计与结构，应使套圈在所有方向径向、轴向、 角向或挠曲型( 视轴承类型而定) 的振动本质上处于自由状态。 7 3 3 轴承，i 4 j n 载荷的大小和对中精度 特定轴承类型的详细规定按g b t2 4 6 1 0 的其他部分。 73 ，4 传感器的轴向位置和测量方向 特定轴承类型的详细规定按g b t2 4 6 1 0 的其他部分。 7 3 5 心轴 用于安装轴承内圈的心轴圆柱表面，其外径公差应符合g b t1 8 0 0 22 0 0 9 中f 5 级的规定，臣具 有最小的几何误差，确保心轴以滑配合装入轴承内孔中。 7 4 对操作者的要求 合格的操作者应确保按g b t2 4 6 1 0 的本部分以及相应轴承类型的其他部分进行振动测量。 8 测量系统的标定和鉴定评估 8 1 总则 应遵守文件化的标定程序进行标定，以保证测量前测量系统的标定是在标定有效期内。 8 2 系统部件的标定 轴承振动测量系统中需要标定的基本元件如下： 使轴承旋转的驱动单元； 8 g b t2 4 6 1 0 1 - - 2 0 0 9 i s 01 5 2 4 2 - 1 ：2 0 0 4 轴承加载单元； 将轴承振动转换