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滚动轴承振动的测量装置

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：无论采用何种物理量表征滚动轴承的振动，测量滚动轴承振动的装置都有以下四个部分：传感器系统、测量放大器、驱动主轴和加载器。径向加载在测试圆柱滚子轴承振动时，对外圈应施加一定的合成径向载荷。传感器所感应的是轴承外圈径向振动位移的变化率。在所测量的轴承振动加速度级范围内，加速度传感器的幅值线性误差应小于5%。

无论采用何种物理量表征滚动轴承的振动，测量滚动轴承振动的装置都有以下四个部分：传感器系统、测量放大器、驱动主轴和加载器。图5-2所示为速度型振动测量仪的原理图。

为了保证轴承振动测量的准确度，我国有关标准对测试系统中的每一部分都规定了相应的技术要求。

图5-2 滚动轴承振动测试原理图

2.2.1 测试系统的基础振动

启动驱动主轴（各频带量程开关置于最低档位），将传感器测头压下，使其处于与测试状态相同的条件下，速度型测振仪的基础振动应符合表5-12的规定，加速度型测振仪的基础振动应符合表5-13的规定。

表5-12 速度型测振仪的基础振动（μm/s）

① 包括3mm。

表5-13 加速度型测振仪的基础振动

2.2.2 转速

轴承在测试过程中，速度型测振仪内圈实际转速n应符合表5-14的规定。加速度型测振仪，内圈实际转速应符合表5-15的规定。

表5-14 速度型测振仪的转速

① 包括3mm。

表5-15 加速度型测振仪的转速

2.2.3 心轴

速度型测振仪，其心轴与主轴组合后，心轴与轴承内圈配合处的径向跳动不大于5μm，心轴与轴肩端面圆跳动不大于10μm。心轴硬度为61～64HRC。心轴与轴承内孔配合的公差应符合表5-16的规定。

表5-16 速度型测振仪的心轴与轴承内孔的配合公差

① 包括3mm。

加速度型测振仪，其心轴与主轴组合后，径向跳动应不大于5μm，端面跳动应不大于10μm。心轴硬度为62～66HRC。心轴与轴承内孔配合的极限偏差应符合表5-17的规定。

表5-17 加速度型测振仪的心轴与轴承内孔的配合公差

① 包括3mm。

2.2.4 加载系统

对轴承外圈施加载荷的加载装置，除能传递恒定的载荷、限制外圈旋转和可能的弹性恢复力矩外，还作为轴承与机械装置之间的隔离系统，使轴承外圈基本处于自由振动状态。

（1）轴向加载在测试过程中，对深沟球轴承、角接触球轴承和圆锥滚子轴承应施加一定的合成轴向载荷。合成轴向载荷作用线与驱动主轴轴心线的同轴度不超过0.20μm，如图5-3a所示，与驱动主轴轴心线的夹角不大于2°，如图5-3b所示。

对速度型测振仪，轴向载荷应符合表5-18的规定。

图5-3 合成轴向载荷与主轴轴心线的同轴度和倾斜极限示意图

a）同轴度 b）倾斜极限

表5-18 速度型测振仪轴向载荷和径向载荷值

① 包括3mm。

对加速度型测振仪，轴向载荷应符合表5-19的规定。

（2）径向加载在测试圆柱滚子轴承振动时，对外圈应施加一定的合成径向载荷。对速度型测振仪，其径向载荷的数值列于表5-18中，对加速度型测振仪，径向载荷的数值列于表5-19中。

表5-19 加速度型测振仪轴向载荷和径向载荷值

① 圆锥滚子轴承自15mm起。

径向加载的加载垫与被测轴承外圈接触部位如图5-4所示。施加的径向载荷垂直向下，其作用线与通过驱动主轴中心的垂直线的夹角不大于2°，与通过驱动主轴中心的垂直线的距离应小于0.5mm。

施加的合成径向载荷作用线应在轴承外圈几何中心B/2处，如图5-5所示。

图5-4 径向加载示意图

图5-5 合成径向载荷作用线

2.2.5 传感器

（1）速度传感器传感器座应能分别沿驱动主轴轴线方向和垂直方向移动，并保证传感器对被测轴承外圈接触载荷的作用线与通过驱动主轴中心的垂直线间的夹角不大于2°，与通过驱动主轴中心的垂直线的距离小于0.2mm。

传感器所感应的是轴承外圈径向振动位移的变化率。在50～10000Hz频率范围内，传感器与被测轴承外圈不应产生脱离现象，并保证传感器对被测轴承外圈接触载荷小于0.7N。

传感器系统的频率响应应在图5-6规定的极限范围内。

图5-6 速度传感器频率响应特性

（2）加速度传感器加速度传感器的传振杆与轴承接触载荷作用线和通过轴承外圈几何中心并垂直于轴承轴线和水平平面的垂直线的同轴度不应超过0.2mm。

传振杆与轴承外圈柱面间的接触载荷：

内径d﹤10mm 为1.0～5.0N

内径d≥10mm 为5.0～10.0N

加速度传感器系统使用压电加速度计，所用压电加速度计的谐振频率应大于20kHz。

在所测量的轴承振动加速度级范围内，加速度传感器的幅值线性误差应小于5%。

加速度传感器系统的安装谐振频率应大于2000Hz。

在50～10000Hz频率范围内，加速度传感器系统的跟随特性应良好，幅值线性误差应小于5%。

2.2.6 电子测量装置

（1）速度型测振仪电子测量装置应具有50～10000Hz的频率响应范围，并分成3个2.5倍频程滤波器，其滤波器的带宽应符合表5-20的规定。

表5-20 滤波器的频带宽度（Hz）

每一测点振动速度信号的测量时间应不少于0.5s，待指针稳定后读数。如果信号有波动，则应取波动范围的中间值。

电子测量装置的滤波特性应在图5-7的规定范围内，低于低截止频率（f_L）64%或高于高截止频率（f_H）160%的所有频率的衰减不小于40dB。

图5-7 滤波特性

电子测量装置应定期检定，在检定周期内校准值的允许变化范围为±4%。速度型传感器的标定系统如图5-8所示。

图5-8 速度型测振仪器标定系统

（2）加速度型测振仪电子仪器的动态范围应不低于60dB。

在电子仪器的动态范围内，其本底噪声不大于5dB。电子仪器的通频带为50～10000Hz。

在50～10000Hz频率范围内，电子测量仪器与加速度传感器系统的综合幅值线性误差应小于10%。

电子测量仪器的换档误差应不大于±0.30dB，示值误差应不大于0.5dB。

目前国内外常用的轴承振动测量仪器分别列于表5-21和表5-22中。

表5-21 国产轴承振动测量仪

表5-22 国外生产的轴承振动测量仪