钢球影响轴承振动噪声探讨

摘要：随着我国轴承行业制造技术的不断进步，生产低噪音无异音轴承已成为各专业轴承厂家不断努力攻关、追求的目标。本文对钢球影响轴承噪声的主要因素进行了分析，并从钢球加工机床、加工工艺、磨料磨盘、清洗防护等方面提出了降低钢球振动与噪声的对策。 关键词：钢球；振动；轴承 中图分类号：TK730.3+22

大型高精度轴承钢球

随着我国轴承行业制造技术的不断进步，生产低噪音无异音轴承已成为各专业轴承厂家不断努力攻关、追求的目标。影响轴承的因素是多方面的。钢球对轴承的振动噪声等性能的影响更是举足轻重。现对钢球影响轴承振动、噪声的主要因素分析如下：

1 钢球影响轴承振动噪声的主要因素

1.1 钢球表面质量

钢球的表面质量是轴承振动、噪声、异音产生的根本原因。大量试验研究表明：外圈滚道表面、内沟滚道表面、钢球表面对轴承振动、噪声、异音产生的影响比率为1:3:10，钢球的表面缺陷如划伤、群点、凹坑、单点、擦伤、小平顶等缺陷，缺陷较大较深时则引起轴承合套振动值高并产生噪声；当缺陷较小较浅时，轴承合套振动值低，有时产生轴承异音。钢球表面质量较大较深的缺陷形式为深擦伤、粗大划条、粗大麦穗粒、群点、凹坑、小平顶等。钢球表面质量引起轴承产生的噪声及异音无周期性。此时产生的声音为刺耳的间歇和连续的低频声。

1.2 钢球的球形误差

钢球的球形误差主要影响轴承的低频振动和噪声。根据钢球的成圆运动的规律和磨料、磨盘参与切削的随机性，钢球由一次一次的有效切削重迭而逐步接近理想球体，而钢球球形误差受钢球来料的原始精度、机床主轴精度与振动、磨盘沟R弧与钢球的吻合度，磨盘沟R弧深度的不一致、磨料的不均匀性、不稳定性及人员操作的不稳定性等影响，钢球的球形误差存在较大差异。钢球的超精研加工工工艺留量过大或钢球来料原始精度较差时，钢球与磨盘沟R弧的不吻合度和磨削量越大，钢球与盘沟R弧的变形量越大，钢球的球形误差就越大，钢球的球形误差越大，则轴承产生的低频振动和噪声越大。

1.3 钢球的表面粗糙度、波纹度

钢球表面的粗糙度使轴承产生符合频率异音，表面波纹度则影响轴承产生高频的振动和噪声。钢球的表面粗糙度、波纹度与钢球加工的工艺及加工条件直接相关。当钢球的表面粗糙度较小时，其对轴承的振动、噪声的影响不明显。当钢球的表面粗糙度Ra≤0.01 μm，Ry≤0.1 μm以内时，轴承合套基本无异音，效果较好。钢球表面波纹度的密集程度基本均匀一致时，则钢球合套振动噪声平稳，基本无异音。钢球波纹度的密区比疏区更易引起轴承产生异音。

1.4 钢球表面的清洁度

钢球表面不洁净或粘有较小的异物时易导致轴承合套产生噪音和异音。钢球表面不洁净或粘有较小杂质将使轴承合套后，如同钢球表面存在较大的表面缺陷一样，导致轴承产生无周期性的噪声和异音。

2 减少钢球影响轴承的噪声异音的对策

2.1 提高钢球加工机床的刚性与精度

钢球加工机床的刚性与精度对钢球的球形误差、表面粗糙度、波纹度等质量指标有直接的影响，要科学地提高机床的刚性，采取积极隔振、吸振措施，吸收机床大部分振动能量。同时提高机床主轴传动齿轮、轴承及装配的精度等级，保证机床的加工精度，为钢球合套后减振降噪提供基础保证。机床装盘后磨盘的径向跳动控制在0.02 mm以内，轴向跳动控制在0.03 mm以内为佳。

2.2 科学制定钢球加工工艺

科学合理的加工工艺参数和流程是钢球合套后减振降噪的重要保证。钢球加工生产中积极采用行业新工艺、新技术对钢球合套后减振降噪有明显的作用，如采用钢球表面强化处理工艺、热处理自动线加工、树脂砂轮磨研工艺等。特别是采用钢球表面强化处理工艺对钢球减振降噪有明显改善。钢球经表面强化处理后，钢球表面产生一层硬的变质层，其表面硬度比基体金属硬度提高2 – 3 HRC，明显增强钢球表面抗碰撞和康摩擦能力，有利于提高钢球表面质量，钢球耐磨性可提高1.5 – 2倍，钢球合套后振动值可降低4-6 Db 同时因钢球抗碰撞和抗摩擦能力提高，钢球合套后噪声也明显好转。另一方面，钢球超精前的来料质量要从严控制，其质量精度要达到或接近国际G16级等级标准。超精加工量要小，一般控制在1-2 μm以内，保证钢球获得较理想的球形误差、表面粗糙度、波纹度等。

2.3 从严控制磨料、磨盘等加工条件

磨料是钢球研磨加工的主要介质，钢球在磨料的作用下进行微量切削，最终达到理想的加工精度。磨料一般要经过窜制、沉淀后选取洁净、均匀的磨料，保证了大部分磨料颗粒在0.5 μm以下，超精研加工时，使钢球获得较好的表面质量、表面粗糙度、波纹度等，对钢球合套后减振降噪可达到较理想的效果。

磨盘在超精过程中承担着镶嵌磨料的研磨载体作用。选用组织细密均匀，硬度适合，无砂眼、气孔、硬质点，同时有良好镶嵌性能的磨盘，是盘沟R弧与钢球成型加工中，保证每粒钢球的每个面均匀切削的前提。磨盘硬度一般控制在HB170-210范围，钢球规格小时选择硬度相对较硬的磨盘为佳，钢球规格较大时选择硬度相对较软的磨盘。

2.4 合理调整出球量，保证盘沟R弧深度一致

合理调整机床进出球量，保盘沟R弧深度一致，是钢球获得较理想的球形误差及表面质量的关键。立式机床在进出球方面，通过调整进出球球口，可基本保证单位时间内进入沟道接受磨削的钢球数与沟道中心径长成正比，即盘沟R弧的深度可基本保持一致。同时立式机床根据机床特性，出球时完全靠后面的钢球挤碰而进入料盘，不可避免的出现钢球在出球口停留的时间及钢球交换有明显差异，使钢球的质量精度一致性有较大差异，因此立式机床加工钢球要减振降噪，保证盘沟R弧深度一致的重点是，保证钢球在出球口处的顺利及充分交换。

卧式机床在进出球方面，单位时间内进入每条沟道中接受磨削的钢球数基本相等，即单位时间内每沟磨削掉的钢球屑重量基本相等，而内沟比外沟沟径短，因此内沟易比外沟磨的深。最内沟与最外沟沟深差异最大。而在出球口方面，被加工的钢球在收球刀板的引导下顺利流入料盘。同时料盘每转一圈，料盘内外钢球交换一次。因此卧式机床加工钢球要减振降噪，保证盘沟R弧深度一致的重点是，保证钢球在进球口处根据盘沟的长短调整钢球量与之成正比，同时可适当减少盘沟数，以减少最内沟与最外沟之间的长度差。

根据立式机床与卧式机床的特点，在合理调整钢球进出球量，保证盘沟R弧深度一致外，在加工钢球规格上，立式机床比较适合加工较小规格钢球，卧式机床比较适合加工较大规格钢球。

2.5 钢球下球后的清洗及防护

钢球经加工检验合格后，在清洗及防护方面是较易忽视的问题。钢球加工完毕后其表面质量及几何精度较高，极易在外力及杂质的破坏下造成精度下降。因此，在钢球清洗过程中要保证环境清洁、少灰尘。在与钢球接触处采用软质材料隔离，并清洗干净。在搬运及运输过程中轻拿轻放，防止碰撞及挤压，可有效保持钢球精度质量，减少钢球合套后对轴承的振动噪声影响。