CN103033257B

CN103033257B - 一种滚动轴承振动状态的测定方法

Info

Publication number: CN103033257B
Application number: CN201210539512.6A
Authority: CN
Inventors: 朱兆杰; 陈升儒; 隋崇光; 马静
Original assignee: Qingdao Taide Automobile Bearing Co Ltd
Current assignee: Qingdao Tede Bearing Technology Co ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103033257A

Abstract

本发明属于滚动轴承振动测量的技术领域，涉及一种滚动轴承振动状态的测定方法，先将轴承振动的有效值VL_eq设定为四个振动级别；再对不同的振动级别进行轴承的N累计百分振级VL_N的设定，在轴承振级的设定中，引入振动指数VL_I，对振动数据进行归纳总结；然后用轴承振动测量仪对轴承的振动状态进行测量，并对测量过程中的所有振动数据进行记录和分类，计算每一类占总测量数据的比例；计算振动平均有效值VL_eq和各种VL_N所占的比例，与标准设定的VL_N级别进行对比；最后计算标准偏差SD并确定轴承振动偏离标准偏差的程度，完成滚动轴承振动状态的测定；其工艺过程简单，科学合理，测量结果准确，可广泛应用于各种轴承振动的测量和判定。

Description

一种滚动轴承振动状态的测定方法

技术领域

本发明属于滚动轴承振动测量的技术领域，涉及一种对滚动轴承的振动状态进行测量和评价的方法，特别是一种滚动轴承振动状态的测定方法。

背景技术：

目前，滚动轴承的振动是轴承加工质量的一种体现方式，轴承运动部位的各种制造缺陷，在轴承旋转中都会产生不同的振动，缺陷大小不同，缺陷位置不同，会产生不同方式的振动，轴承的振动是产生轴承噪声的重要根源之一，如果抛开轴承安装以及使用环境等其他因素的影响，对于轴承制造而言，轴承的振动是产生轴承噪声的主要根源，噪声属于声环境污染，噪声会对人类的工作和生活产生影响，因此减小轴承振动，是减小轴承噪声的主要方法。轴承制造过程中，受生产现场条件和环境的限制，无法对轴承噪声进行100%测量，而轴承的振动测量不受环境的影响，可以实现在线测量，因此轴承制造企业普遍采用对轴承的振动进行测量，以控制轴承的噪声；轴承振动可采用许多方法中的任一种来评定，不同的评定方法使用不同类型的传感器和测试条件，例如可以使用位移、速度、加速度传感器；轴承的振动是不同频率的各种幅值位移的复杂叠加，可能会有较大的单一幅值存在，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，而即使在低频和中频范围内，轴承加工精度的提高，使得轴承的振动位移都远小于微米级，这就使得位移测量系统在各种频率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需要具有极高的动态性能才能分辨出较低的频谱，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，因此轴承振动状态的测量一般还是使用速度和加速度。滚动轴承的振动测量有相关的标准和检测方法并有相关的标准对轴承的振动数值进行控制，轴承的使用环境和使用要求不同，标准要求不同，其主要方法是测量不同频率下轴承振动的平均值，并根据轴承使用要求不同，对轴承振动的平均数值加以限制。

随着轴承加工技术的进步，轴承的振动已经大幅度的降低，滚动轴承已经开始向所谓的静音轴承发展，例如在家电行业，对轴承的噪音提出了很高的要求，除了要求轴承的噪音非常低之外，还要求轴承运转中不能随机产生异常的声音，即所谓的异音，轴承异音具有不稳定性，因此有很强的随机性，经过多年的研究，有各种方法对噪声进行评定，其中也包括异常声音的评定。

轴承的振动是产生轴承噪声的主要根源，而轴承振动的异常波动是轴承异音产生的主要根源，对轴承振动中的异常波动，轴承行业进行了多年的研究，有了一定的进展，目前主要有感官评定和仪器评定两种方法，感官评定是在轴承振动测量过程中，仪器对振动传感器传递的信号进行转换，转换成轴承振动数值，对数值进行平均，平均后的数值为有效值，作为判定轴承振动的根据，为了判断振动的异常波动，仪器对振动传感器传递的信号进行转换，通过示波器转换为波形，对示波器显示的波形进行人工观察，判断波形是否合格，同时在仪器内部将振动信号转换为声音信号，由人工对转换的声音进行判断；仪器评定是在目前的振动测量仪器的基础上，增加了判断轴承振动数值的有效值和轴承振动的峰值作为轴承振动异常的判断指标；在仪器评定方法的基础上，专利CN201110099055.9公开了一种新的方法，其方法是：(1)确定异常声检测参数F=f(PKi,RMSi)，并设定不同程度异常声对应的F标准值；(2)实测轴承的当前振动，从中获得当前轴承振动特征参量峰值PK和当前轴承振动特征有效值RMS；(3)根据当前轴承振动特征参量峰值PK和当前轴承振动特征有效值RMS，计算出当前异常声检测参数F；(4)通过当前异常声检测参数F与F标准值的比对，确认当前轴承是否处于异常状态或声音异常程度。核心内容是除了检测轴承振动的有效值RMSi和峰值PK i之外，增加异常声检测参数F，其中F为轴承振动特征参量波峰因数CFi，CFi=PKi/RMSi；感官判定方法使轴承异常振动的判定缺少标准，判定不能数值量化，受操作人员经验的限制，判定结果争议较大；采用仪器对轴承振动异常波动进行判定，在轴承振动的有效值之外，增加对振动的峰值进行检测，专利CN201110099055.9增加了波峰因数CFi，其中CFi=PKi/RMSi，能够部分检测轴承振动的异常波动，但是由于异常波动的形态变化多样，上述测量方法存在较大的缺陷。在轴承振动的异常波动的检查中，由于振动峰值的存在比较单一，而且出现具有一定的偶然性，因此无论是使用峰值，还是增加了波峰因数，其测量结果都存在很大的偶然性和不确定性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种轴承振动及异常波动状态的检验测定与评价方法，以解决现行轴承振动测量仪器控制轴承振动异常波动存在错判和漏判的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的具体工艺步骤如下：

（1）、选取市售的轴承振动测量仪先根据对轴承静音要求的不同，将轴承振动的有效值VL_eq设定为ZV1级、ZV2级、ZV3级和ZV4级四个振动级别；

（2）、再根据对轴承静音要求的不同，对不同的振动级别进行轴承的N累计百分振级VL_N的设定，作为轴承振动异常波动的评价指标；

（3）、在轴承不同振级的设定中，引入振动指数VL_I进行计算，对振动数据进行归纳总结，为标准的制定提供分析数据；

（4）、用轴承振动测量仪对轴承的振动状态进行测量，并对测量过程中的所有振动数据进行记录，然后对振动数据进行分类，计算每一类占总测量数据的比例；

（5）、对测量的振动平均有效值VL_eq进行统计计算，同时计算出各种VL_N所占的比例，与标准设定的VL_N级别进行对比；

（6）、对标准偏差SD进行计算，确定轴承振动偏离标准偏差的程度，完成滚动轴承振动状态的测定。

本发明涉及的等效连续振级的有效值VL_eq定义为在某一测点上，用某一段时间能量平均方法，将变化的振级以一个恒定的振级来表示该段时间内的振级大小，称这个振级为此段时间的等效连续振级，若振动分布符合正态分布，则VL_eq=VL₅₀+（d²/60）；N累计百分振级VL_N表示某一振级，且大于此振级的出现概率为N%；峰值振级VL_max为振动的最大值；标准偏差SD为衡量振级起伏状况，振动指数VL_I是考虑到振动起伏的影响，加以计权而得到的，数学表达式为：VL_I=VL₉₀+n*d-A,式中：d=VL₁₀-VL₉₀。

本发明使用的轴承振动测量仪为市售的数字化的轴承振动测量仪，其主体结构包括加速度传感器、传振杆、被测轴承、芯轴、轴承驱动装置、前置信号调理模块、数据采集卡和计算机信号处理模块；加速度传感器依次通过传振杆和芯轴分别与被测轴承和轴承驱动装置连接后构成测量平台与传感器系统，用于检测轴承的当前振动；前置信号调理模块和数据采集卡构成数据采集系统，用于轴承振动数据采集，包括前置信号调理模块和数据采集卡；计算机信号处理系统用于数据的采样、计算、分析、显示和存储；轴承经驱动装置驱动旋转产生振动信号，由加速度传感器1拾取转换成相应的电信号并经电路放大、滤波后送入数据采集卡，再经计算机信号处理模块通过内置软件进行分析、显示及数据存储。

本发明与现有技术相比，克服了现行轴承振动测量仪采用峰值检测控制轴承振动异常波动存在错判和漏判的缺点，其工艺过程简单，科学合理，测量结果准确，可广泛应用于各种轴承振动的测量和判定。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的轴承的四种振动图谱，其中，图a为稳定振动，振动的强度随时间变化不显著；图b为周期性变化振动,振动的强度随时间有规律地起伏，周期性地时大时小的出现；图c为无规振动，振动随时间起伏变化无一定的规律；图d为脉冲振动，振动突然爆发又很快消失，持续时间不超过10ms，并且两个连续爆发振动之间间隔大于50ms。

图3为本发明使用的轴承振动测量仪的主体结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例的具体工艺步骤如下：

（1）、选取市售的轴承振动测量仪先根据对轴承静音要求的不同，将轴承振动的有效值VL_eq进设定为ZV1级、ZV2级、ZV3级和ZV4级不同的振动级别；根据人对噪声的感官程度，确定出轴承的噪声级别，然后根据轴承的噪声要求，最终确定轴承振动的允许水平；对于振动测量而言，判断一个时期内振动的大小，VL_eq是最常用而且有效的数值，因此在轴承振动测量中，按照振动测量领域现行的测量和评定方法，引入VL_eq作为轴承振动评价的基本参数；VL_eq数值的设定或参考现行标准所设定的数值；

（2）、根据对轴承静音要求的不同，对不同的振动级别，进行轴承的N累计百分振级VL_N的设定，作为轴承振动异常波动的评价指标；表1对典型的轴承和振动级别进行了介绍；

表1：

在对每个级别的振动测量中，再对轴承振动的频率进行区分，在每个频率段范围内，详细规定每个频率段具体的数值；百分振级VL_N的设定对于轴承振动波动，在不同场合下有不同要求；以内径20mm轴承为例，现行的方法规定了平均值和峰值，平均值为38dB，峰值为54dB，而在峰值和平均值之间有54-38=16dB的巨大差距，这个范围为所谓的轴承振动异常波动的区域，在此区域内不仅只有轴承的峰值，还会存在大量的在平均值之上、峰值之下的波峰，因此仅仅使用轴承振动的峰值进行控制，对轴承振动的波动评价是远远不够的；以同一产品为例，假设轴承的VL_eq与上述测量的轴承振动的平均值相同，都是38dB，同时假设轴承振动的峰值也为54dB，峰值和有效值之差也为16dB，这个范围是轴承振动异常波动的区域，但是在这个范围内不是所有的振动波峰都是异常，一般来说，特别是统计学方面而言，占总统计数据10%以下的数据，在异常判断方面有意义，高于此数据，在统计方面会产生一定的不确定性，因此峰值和有效值之差的这个区域，对占总统计数据10%以下的数据进行分析，并且分别设定了VL₁₀、VL₅、VL₂等统计参数；累计百分振级VL_N表示某一振级，且大于此振级的出现概率为N%。如ZV₃L₁₀=44dB表示整个测量期间振动值超过44dB的概率占10%，ZV₃L₅=48dB表示整个测量期间振动值超过48dB的概率占5%，ZV₃L₂=51dB表示整个测量期间振动值超过51dB的概率占2%，在这种情况下对这种概率进行限制，可以有效区别轴承振动的波动；峰值和有效值之差这个范围，通过引入累计百分振级VL_N对轴承异常波动进行分析判定，相比单一峰值的判定方法，更具有科学性；

（3）、在轴承不同振级的设定中，引入振动指数VL_I进行计算，对振动数据进行归纳总结，为标准的制定提供分析数据；引入的振动指数VL_I,数学表达式为：VL_I=VL₉₀+n*d-A,式中：d=VL₁₀-VL₉₀，VL₉₀通过测量得到，n和A为系数，n=2～6，A=10～60；

（4）、用轴承振动测量仪对轴承的振动进行测量，对测量过程中的所有振动数据进行记录，然后对振动数据进行分类，计算每一类占总测量数据的比例；

本实施例使用的轴承振动测量仪为市售的数字化的轴承振动测量仪，其主体结构包括加速度传感器1、传振杆2、被测轴承3、芯轴4、轴承驱动装置5、前置信号调理模块6、数据采集卡7和计算机信号处理模块8；加速度传感器1依次通过传振杆2和芯轴4分别与被测轴承3和轴承驱动装置5连接后构成测量平台与传感器系统，用于检测轴承的当前振动；前置信号调理模块6和数据采集卡7构成数据采集系统，用于轴承振动数据采集，包括前置信号调理模块6和数据采集卡7；计算机信号处理系统8用于数据的采样、计算、分析、显示和存储；轴承经驱动装置5驱动旋转产生振动信号，由加速度传感器1拾取转换成相应的电信号并经电路放大、滤波后送入数据采集卡7，再经计算机信号处理模块8通过内置软件进行分析、显示及数据存储。

Claims

1.一种滚动轴承振动状态的测定方法，其特征在于具体工艺步骤如下：

(1)、选取市售的轴承振动测量仪先根据对轴承静音要求的不同，将轴承振动的有效值VL_eq设定为ZV1级、ZV2级、ZV3级和ZV4级四个振动级别；

(2)、再根据对轴承静音要求的不同，对不同的振动级别进行轴承的N累计百分振动级别VL_N的设定，作为轴承振动异常波动的评价指标，N累计百分振动级别VL_N表示某一振动级别，且大于此振动级别的出现概率为N％；

(3)、在轴承不同振动级别的设定中，引入振动指数VL_I进行计算，对振动数据进行归纳总结，为标准的制定提供分析数据，振动指数VL_I的数学表达式为：VL_I＝VL₉₀+n×d-A,式中：d＝VL₁₀-VL₉₀，VL₁₀和VL₉₀通过测量得到，n和A为系数，n＝2～6，A＝10～60；

(4)、用轴承振动测量仪对轴承的振动状态进行测量，并对测量过程中的所有振动数据进行记录，然后对振动数据进行分类，计算每一类占总测量数据的比例；

(5)、对测量的振动平均有效值VL_eq进行统计计算，同时计算出各种VL_N所占的比例，与标准设定的VL_N级别进行对比；

(6)、对振动指数VL_I的标准偏差SD进行计算，标准偏差SD衡量振级起伏状况，确定轴承振动偏离标准偏差的程度，完成滚动轴承振动状态的测定。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承振动状态的测定方法，其特征在于使用的轴承振动测量仪为市售的数字化的轴承振动测量仪，其主体结构包括加速度传感器、传振杆、被测轴承、芯轴、轴承驱动装置、前置信号调理模块、数据采集卡和计算机信号处理模块；加速度传感器依次通过传振杆和芯轴分别与被测轴承和轴承驱动装置连接后构成测量平台与传感器系统，用于检测轴承的当前振动；前置信号调理模块和数据采集卡构成数据采集系统，用于轴承振动数据采集；计算机信号处理系统用于数据的采样、计算、分析、显示和存储；轴承经驱动装置驱动旋转产生振动信号，由加速度传感器(1)拾取转换成相应的电信号并经电路放大、滤波后送入数据采集卡，再经计算机信号处理模块通过内置软件进行分析、显示及数据存储。