圆锥滚子轴承减振降噪技术_奚育宏.pdf

第 3 期0引言低噪声低振动轴承技术的发展在国际上具有广泛的影响力。随着轴承生产装置的机械化与自动化程度的不断提高、制造工艺的不断改进，工业发达国家开始批量且稳定地生产低噪声轴承。到 20 世纪 80年代，国外对低噪声轴承的生产基本上形成了普及态势1。国内对滚动轴承振动与噪声的研究始于 20 世纪 60 年代2。目前，我国在轴承减振降噪方面做了许多工作，轴承振动与噪声有了显著下降。但轴承行业对轴承振动与噪声的研究主要集中在深沟球轴承。经过多年努力，特别是“九五”期间大量的基础研究和技术攻关，使深沟球轴承的加工制造不断精化，技术水平不断提高，振动与噪声的控制能力与其他类型的轴承产品明显拉开了差距，已完全进入产业化生产阶段。与之相比，圆锥滚子轴承的减振降噪技术研究较为落后，质量等级一直在低水平上徘徊，与国外品牌轴承的差距较大，仅从批量生产的圆锥滚子轴承振动与噪声来看，我国同类产品比国外先进水平的振动值要差 13 个级别，这已成为困扰国内许多滚子轴承生产企业的难题。1研究背景和技术路线1.1研究背景轴承是旋转机械部件的关节，也是产生机械噪声的声源之一3。轴承在运转过程中不可避免地要产生振动，振动会引发轴承工作时的噪声4。所以，解决轴承噪声问题的关键在于解决轴承的振动。轴承的噪声是轴承振动在空气中的传播由人听觉系统感受的结果5。通常，轴承噪声级为 3040dB，属于比较安静的正常环境，不会对人体生理功能产生影响。企业中为实现更高的噪声控制，通常将滚子轴承噪声限制在 2527dB。与其他类型的产品相比，圆锥滚子轴承的结构、性能及噪声的发声机理极具特殊性。若要将圆锥滚子轴承的噪声降到最低，就必须探讨轴承噪声的发声机理、研究生产过程中的综合控制是提高轴承质量和实现技术创新的关键。圆锥滚子轴承由内圈锥、外圈杯、滚动体和保持架组成，如图 1 所示。工作时可同时承受较大的径向与轴向载荷，是一种可分离型轴承。其内圈内表面与装配轴通过过盈配合装配；外圈外表面通过过盈配合与机座孔装配；圆锥滚子借助保持架均匀间隔开且以间隙配合的方式装在内外圈之间。正常工作时，因轴承内部存在间隙而出现振动现象，进而表现为噪声或失效等现象。目前，轴承生产设备、工艺及材料等方面趋于稳收稿日期：2022-12-06；修订日期：2023-01-15作者简介：奚育宏（1970），男，汉族，甘肃天水人，高级工程师，主要研究方向为职业教育、机械产品优化设计。E-mail：圆锥滚子轴承减振降噪技术奚育宏（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001）摘要：圆锥滚子轴承的减振降噪技术，直接影响着轴承的稳定性、寿命和产品质量。本文在探究相关影响因素的前提下，针对轴承的装配高、润滑及安装方式进行分析讨论，归纳出合理的减振降噪方案，用以提升轴承质量。关键词：圆锥滚子轴承；减振降噪；装配高；润滑；安装中图分类号：TH133.33文献标识码：ADOI：10.16316/j.issn.1672-0121.2023.03.018文章编号：1672-0121（2023）03-0075-03第 58 卷 第 3 期Vol.58 No.3CHINA METALFORMING EQUIPMENT&MANUFACTURING TECHNOLOGY2023 年 6 月Jun.2023（a）外圈（b）保持架（c）滚子（d）内圈图 1圆锥滚子轴承的组成75-第 58 卷定，不再赘述。本文研究轴承减振降噪技术时，侧重在轴承装配高、润滑及安装工艺环节进行分析探讨。1.2技术路线本文对轴承的振动噪声进行分析，力图通过对相关因素的改善，实现圆锥滚子轴承减振降噪的目的。按照轴承加工、生产及使用顺序，建立图 2 所示技术分析路线。2影响因素2.1圆锥滚子轴承的装配高轴承内圈大端面与外圈小端面之间的轴向距离即为装配高（图 3a），是轴承装配过程中形成的径向和轴向游隙。装配高较大时，轴向与径向游隙较大，游隙为正值。逐渐减小装配高，游隙将由正值转变为“0”值或微负值。通常，二者同时增大、同时缩小。在轴承装配高由大向小调整的过程中，即游隙由正值向“0”值、微负值变化时（图 3、图 4）：轴承内部的轴向与周向间隙逐渐减小；结构空间储存润滑油及散热的性能降低；轴承的轴向和周向窜动量减小，设备运行趋于稳定；承受载荷的滚子数量由单个逐渐增多至所有滚子，避免了圆锥滚子应力集中及轴承过早出现疲劳失效现象的出现，这在提高轴承使用寿命的同时降低了轴承制造成本、提高了产品销量和企业的社会地位。圆锥滚子轴承有 5 个标准游隙：C2、标准、C3、C4、C5。工作时，通常选用标准游隙和 C3 游隙。如何确定轴承的游隙以及如何调整轴承的游隙,成为设计者和装配工人应该解决的关键问题6，直接影响着轴承的噪声、振动及使用寿命。实验表明，为兼顾产品寿命和成本，通常在车桥中采用背对背配对的两个圆锥滚子轴承并施加一定的预紧载荷，使轴承处于寿命较高的游隙区间，此时游隙值为 0.030.1mm 的临近微负游隙7。为判断游隙值是否达标，通常采用塞尺来直接检测或采用拧紧力矩法来间接测量。2.2圆锥滚子轴承轴承的润滑随着对轴承寿命、可靠性等要求的逐步提高，润滑剂被轴承的设计和制造专家看作轴承的第五大零件8，可见轴承润滑的重要性。资料表明9，大多数滚子轴承失效是由于润滑剂供应中断或不能恰当地将润滑剂送到滚动体和滚道之间接触的区域，形成有效油膜，致使轴承出现蚀损、脱落或断裂现象。圆锥滚子轴承的润滑方式包括脂润滑和油润滑两大类，其中油润滑又包含滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑与喷油润滑四种类型。通常，承受较大载荷的圆锥滚子轴承，采用喷油润滑是最为有效的润滑方式10。对于在高温高压工况下运行的轴承，在其润滑油中添加 MOS2，能延长润滑周期、设备寿命并降低成本，最重要的是降低了轴承的温度，使润滑条件得到改善。通常，滚动轴承用矿物油润滑；合成油用于工作温度高于 90或低于-40的轴承润滑。此外，脂润滑的粘度会影响轴承的散热、烧伤和滚子的搅油阻力。润滑时：对于开式轴承，进行 100的润滑脂填（a）装配高（b）正游隙（c）0 游隙或微负游隙图 3圆锥滚子轴承的装配高及游隙圆锥滚子轴承减振降噪分析探究影响因素改善轴承装配高、润滑及装配的相关因素噪声27dB优化合格否是图 2研究技术路线（a）正游隙（b）0 游隙（c）微负游隙图 4圆锥滚子轴承游隙与承载滚子数量的关系76-第 3 期奚育宏：圆锥滚子轴承减振降噪技术充；对带轴承座的轴承，首次在两侧填时，约填空间的 40；在外圈填时，约填空间的 20。第二次润滑时，油脂填充量（g）=0.005外径（mm）宽度（mm）；若轴承工况为高温高速时，每 1.5 月换一次润滑脂且温度不超过 95；正常工作时，一般 3 个月换一次润滑脂。对于高温运行的轴承，其表面用可进行磷化处理且采用石墨基进行润滑，这种方式处理的轴承，工作温度高达 600。2.3轴承正确安装的方法轴承安装时，须确保轴承各组件受力均匀，不可直接锤击以免变形；安装时的方法有两种：压装法和热胀冷缩法。对于过盈配合较大的安装件，应先对轴承进行 120温差内的预热后再完成安装，即选择热胀法；当过盈量较小时，选用压力机进行安装，即压装法。（1）当轴承内圈与轴过盈配合，外圈与轴承座孔间隙配合时，可用压力机将轴承先压装在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内，压装时在轴承内圈端面上，垫一软金属材料做的装配套管（铜或软钢）。（2）当轴承外圈与轴承座孔过盈配合，内圈与轴为间隙配合时，可将轴承先压入轴承座孔内，这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。若轴承套圈与轴及座孔都是过盈配合时，安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔，装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。（3）当轴承的内径大于 70mm，或配合过盈较大时，采用加热法使轴承孔膨胀，这样安装省力省时，也避免因施力过大而导致的损伤。这时需要控制的是加热温度，一般将轴承加热至 80100即可。超过120就会导致轴承发生回火现象，反而使套圈的硬度与精度降低。3总结控制圆锥滚子轴承噪声27dB，便可实现其减振降噪需求。此技术通常是在合理游隙的调整、恰当的润滑及正确的安装方式后实现的。目前，关于圆锥滚子轴承的游隙调整、润滑状况、安装是否得当及工作时的噪声检测技术不成熟且较为落后，有较大的研发空间。期待相关专家及技术人员深入研究，降低振动及噪声，提高产品质量。参考文献：1杨晓蔚.国外低噪声轴承技术发展J.轴承，2002（4）:31-34+46.2张建奇.滚子制造技术现状分析 A.2007 全国滚动体专业技术年会C.常熟，2007.3彭畅.旋转机械轴承振动信号分析方法研究D.重庆：重庆大学，2014.4覃文源,张志谊,华宏星.摩擦力作用下推进轴系弯-扭耦合振动特性分析J.噪声与振动控制，2013，33（5）:4-9.5夏新涛,张 林.滚动轴承振动与加工质量的灰色理论分析J.轴承，2009，350（1）:24-26.6王晓凤.齿轮箱中圆锥滚子轴承游隙的应用问题研究J.科技传播，2014，6（6）:66-67.7黄苏刚,徐雁超,邹兵凤.圆锥滚子轴承预紧后轴向游隙的测量J.汽车工艺师，2022（Z1）:41-43.8王顺顺,刘建龙.浅谈电机轴承润滑脂的选用 J.石油商技,2015.9陈龙,颉潭成,夏新涛.滚动轴承应用技术M.北京：机械工业出版社，2010.10丛林，王红岩，钟康民.滚动轴承的润滑方式的分类和选择J.润滑与密封，1999（4）:68-70.Tapered roller bearing vibration and noise reduction technologyXI Yuhong（Gansu Institute of Mechanical and Electrical Engineering,Tianshui 741001,Gansu China）Abstract:The vibration and noise reduction technology of tapered roller bearings will directly affect the stability,life and product quality of the bearings.In this paper,under the premise of exploring the relevant influencing factors,we analyze and discuss the assembly height,lubrication and mounting method of the bearings,in order to summarize a reasonable vibration and noise reduction plan to improve the quality of thebearings.Key words:Tapered roller bearings;Vibration and noise reduction;High assembly;Lubrication;Mounting77-