譚擁軍
（船舶重工集團 七一研究所）
0 引言
滾動軸承是機械設備上常用的基礎件，雖然軸承本身的噪聲輻射一般不至于影響設備的噪聲級，但工作時軸承頻率成分的小幅振動，會使相鄰零件引起共振，從而產生較大的噪聲。特別對于精密設備來說，如果軸承本身制造不良或有缺陷，則軸承噪聲也可能成為主要噪聲源之一，所以軸承噪聲也是不可忽視的。
1 噪聲產生的機理
滾動軸承發出噪聲的主要原因是由滾動軸承轉動時，在負載作用下，滾動軸承產生變形而引起振動發出噪聲。
1.1 軸承環的噪聲
滾動軸承噪聲基本上是由軸承環的振動所引起，與其結構、剛度、制造精度、安裝條件使用情況等因數有關。如果軸承內環滾道上徑向波紋較大，當滾珠軸承的內環轉動到此處時，滾珠都處在波峰峰頂上，不僅會引起外環的徑向振動，而且也將引起外環的軸向振動。
1.2 保持器噪聲
主要是由于軸承旋轉時保持器與振動著的滾動體互相碰擊而發出的噪聲。發出這種噪聲時，保持器會劇烈振動，一般認為是由于滾動體與保持器之間的滑動摩擦誘發的自激振動。保持器噪聲主要產生于滾動軸承及圓錐軸承中，在徑向間隙過大、潤滑性能不良、軸上傳遞扭矩波動等情況下愈容易發生。
1.3 滾動體下落噪聲
在大型滾珠軸承與滾柱軸承中，在只受徑向載荷且低速旋轉時才會出現并產生此種噪聲。這是因為在低速旋轉時，滾動體所產生的離心力小，使處在非載荷圈上的滾動體撞擊保持器或滾動面而發出噪聲，所以當轉速增加到一定值時，下落噪聲就會消除。
1 .4 摩擦噪聲
摩擦聲是指滾柱軸承上的異常噪聲，通常出現在較大型的軸承，特別是采用油脂潤滑的軸承，當潤滑性能不好時更易發生。此外軸承在承受只有徑向載荷而徑向間隙又比較大時也容易產生摩擦聲。摩擦聲的發生是不穩定的，有時連續，有時間歇，而且隨轉速變化，只發生在一定的轉速范圍內，而該轉速范圍又隨軸承型號而變化。根據實驗，滾動軸承摩擦聲的產生與潤滑油性質有直接關系，同時與軸承外滾道的加工質量有關。
2 產生噪聲的主要原因
噪聲主要由兩部分組成，一是機械振動產生的，二是由圍繞保持架的空氣或流體擾動而產生的空氣動力性噪聲。
滾動軸承產生機械振動和噪聲的原因除上述分析的幾種情況外，還與軸承環的幾何形狀、波紋度、偏心量、滾道的振擺以及滾動體的圓度和幾何形狀等。當滾動軸承滾道表面或滾動體上出現毛刺傷痕、銹斑等缺陷時，軸承在運轉過程中將產生應力變化，引起高頻振動。這種振動將以固體聲的方式向外傳播。這些缺陷如果出現在滾道上，產生的噪聲往往是連續的；如發生在滾動體上，噪聲則成為周期性的時有時無的現象。滾動軸承中如落入雜質和顆粒狀灰塵，也可能使其發出不穩定的噪聲。軸承的徑向間隙也是引起噪聲的因素。實踐表明：間隙過小會發出音調較高的噪聲，間隙過大則會產生較大的轟鳴聲。對于高速旋轉的軸承來說，保持架周圍的空氣擾動對噪聲影響較大，設計時應重點考慮。
3 噪聲的控制方法
3.1 軸承選擇
軸承大多是標準件，因而在設備設計過程中合理地選用軸承型號與幾何尺寸，對降低軸承噪聲是一重要因素，其選擇原則是：滾針軸承徑向剛度Z高，滾珠軸承Z低，但滾針軸承與滾珠軸承對零件的幾何精度及裝配質量反應敏感，而向心球軸承則相反，其剛度差，對裝配質量反應不敏感，所以從降低噪聲來看，此類軸承較理想。但對剛度要求較高的支承還應考慮采用圓錐滾子軸承。另外，對于同一類型的支承，軸承內徑越大，引起的振動和噪聲也越大，同時軸承的響度級將隨著滾珠直徑的增大而增大。
3.2 適當提高軸承精度
試驗已驗證：提高軸承的滾動體、內環、外環的精度可降低軸承的噪聲。軸承各零件對軸承的振動影響大致是：滾子、內外環及保持架約為4∶3∶1的關系，所以要降低軸承振動和噪聲，首先要提高滾動體的精度，實驗證明，把滾子精度由原來的Ⅱ級提高到Ⅰ級，軸承在主軸1 250 r/min時，其噪聲可降低約10 dB（A）。
3.3 適當的配合
外環在支承孔中的配合將直接影響固體聲的傳播。配合過緊不但提高了傳聲性，而且會使滾道變形，影響其形狀誤差，使徑向間隙減小，噪聲增大。因而外環與支承孔的配合宜松些，同時合適的配合能使軸承與支承孔接觸處的油膜對外圈振動產生阻尼。與軸承內環相配合的軸頸的表面粗糙度和公差，應符合所用軸承精度等級的要求，如不符合要求的軸頸上過緊的安裝了滾動軸承，即使軸承零件制造精良，但軸頸的誤差不可避免會傳遞給內環滾道，在運轉過程中也會產生振動發出顫振聲。因此，消除這類噪聲除了控制軸承本身的制造質量外，還應考慮軸頸的加工和裝配時的過盈量的控制。
3.4 提高軸承座的剛性及適當的預緊裝置
軸承座的剛度對軸承噪聲影響較大，實驗表明：軸承工作時發出的聲音隨其壁厚的增加而減弱，所以增強軸承座的剛度、改變軸向壁厚能達到降低軸承噪聲的目的。另一方面，對裝配后的軸承預加一定量的載荷，可改變軸承中的徑向間隙，增加接觸剛性，改善振動聲學特性。此外，良好的軸承潤滑對降低噪聲具有一定的作用，它能改善滾動體與滾道、滾動體與保持架的摩擦性能，降低軸承溫升，但要控制油量。油量過多，軸承在高速運轉時會出現油的攪動，產生噪聲。
4 結論
綜上所述，軸承噪聲的大小與設計有關，因而在設計階段應做到：
1）設備在受力、載荷等條件允許時，盡可能選用球軸承；
2）結構設計時，應考慮對軸承施加一定的預緊力；
3)對精密設備所使用的軸承，滾動體的直徑要進行測量挑選，使其尺寸盡可能接近，并要精研后再裝入，對內外滾道尚需作超精加工，以提高其形狀精度及改善波紋度來降低噪聲。
（來源：機械管理開發）
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