基于谐波控制理论的滚动轴承噪声声压级函数

　　滚动轴承噪声对环境的污染,一直是国内外轴承界关注的问题。在20世纪60年代,德国、日本、瑞典和中国等已将滚动轴承的运转噪声列入质量控制标准[1～6]。20世纪80年代左右,日本等国已有滚动轴承噪声测量标准,前苏联的便捷式滚动轴承噪声测量仪已申请专利[7]。多年来,对轴承声场的研究主要用于主轴系统性能的监视和故障诊断[8]。一种先进的方法是AE监控法[9,10],可以估计轴承内部零件表面缺陷的严重性。噪声的直接测量也被用于检测滚动轴承内部零件的缺陷[11],借助声压测量,不仅可以研究表面不规则性在滚动接触时对噪声的影响,而且还可以研究无故障的好轴承所产生的声压[12～14]。

　　然而,轴承在制造中产生的缺陷和在工作中产生的故障是不同的。轴承工业必须设计和制造出符合用户要求的无故障的低噪声轴承。目前,在轴承工程界和理论界,低噪声轴承的噪声产生机理和工程应用问题仍处于探讨阶段[7],相关研究是以声学为基础的。

　　鉴于谐波对轴承振动的重要影响以及振动对噪声的贡献[15～18],本文将以实验研究为基础,建立噪声声压级和谐波分布参数的关系模型,目的是实施轴承噪声的谐波控制与预测,并为轴承噪声的理论研究提供某些有用的参数估计。

　　1　实验数据

　　本实验研究要求采集轴承产品的噪声数据和轴承零件滚动表面的谐波误差数据。实验试件采用了生产现场生产的6203深沟球轴承,已经按标准游隙装配好,共30套,是随机抽取的。在标准噪声室里测量各套轴承的噪声声压级以后,将轴承拆套,再用圆度仪测量外圈沟道和内圈沟道的谐波误差,也测量了个别钢球的表面谐波误差。噪声的测量数据见图1。在图1中,Zh是实测的轴承噪声声压级,h是测试的轴承序号(h=1,2,…,H;H=30)。图2和图3是编号为6的轴承内圈和外圈沟道在一侧接触角处的谐波分布状态图,图4是一粒钢球某截面的谐波分布状态图。其它试件的谐波分布图和图2～图4相类似。可以看出,所研究的轴承滚动表面的谐波分布是山坡型,属于正常分布[19]

　　2　轴承滚动表面的谐波分布模型

　　为了方便研究谐波和噪声的关系,有必要建立谐波的分布模型。根据山坡型谐波分布规律,可得如下谐波分布的统一表达式:

式中,P为轴承零件符号,P=e,表示外圈,P=i表示内圈,P=w表示钢球;FP为零件P的滚动表面谐波分布函数,μm;aP为零件P的滚动表面谐波分布参数,μm;bP为零件P的滚动表面谐波分布参数,无量纲;aP和bP是待定的常数;j为第j次谐波次数,j=2,3,…,n,这里n为所研究的最高谐波次数。