滚动轴承零件的圆度和波纹度测量标准研究.doc

滚 动 轴 承 零 件 的 圆 度 和 波 纹 度 测 量 标 准 研 究【摘要】本文对 JB/T6642-1993《 滚 动 轴 承 零 件 圆 度 误 差 测 量 及 评 定 方 法 》 的 修 订 提 出 了 理 论 依据 和 修 订 方 法 阐 述 了 圆 轮 廓 波 纹 度 的 定 义 和 圆 度 波 纹 度 与 轴 承 振 动 的 关 系 ， 提 出 了 圆 度 波 纹 度 测量 数 据 处 理 的 研 究 方 向 关 键 词 】 圆 度 ； 波 纹 度 ； 振 动1993 年 国 家 公 布 了 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 《 滚 动 轴 承 零 件 圆 度 误 差 测 量 及 评 定 方 法 》JB/T6642-1993 在 这 个 标 准 中 定 义 了 2～ 15upr 或 2～ 50upr 的 频 率 响 应 范 围 的 圆 度 测 量 标 准 ， 没有 圆 轮 廓 的 波 纹 度 定 义 ， 而 且 仅 规 定 了 圆 度 的 峰 谷 值 计 算 方 法 ， 换 句 话 说 ， 仅 包 含 了 轮 廓 的 基 本 信息 随 着 我 国 轴 承 事 业 的 迅 猛 发 展 ， 精 密 轴 承 、 低 噪 声 轴 承 的 产 量 越 来 越 大 ， 仅 有 圆 度 的 定 义 已 不能 满 足 轴 承 检 测 的 需 要 。

轴 承 生 产 厂 家 和 用 户 需 要 知 道 比 圆 度 波 数 更 高 的 波 对 轴 承 振 动 有 何 影 响 ，同 样 的 圆 度 值 不 同 的 波 形 对 轴 承 振 动 的 影 响 如 何 因 此 有 必 要 对 JB/T6642-1993 进 行 修 订 和 补 充 ，以 适 应 精 密 轴 承 和 低 噪 音 轴 承 检 测 的 需 要 在 补 充 修 订 新 的 标 准 中 应 遵 循 哪 些 原 则 ， 笔 者 认 为 下 述 两 个 原 则 最 为 重 要 首 先 ， 大 力 开 发 低 噪 音 、 高 品 质 的 轴 承 ， 是 我 国 轴 承 工 业 目 前 的 战 略 目 标 之 一 ， 轴 承 降 噪 技 术是 其 中 的 重 点 轴 承 的 内 外 圈 和 钢 球 的 圆 度 波 纹 度 是 影 响 轴 承 噪 声 主 要 因 素 之 一 控 制 轴 承 的 内 外圈 和 钢 球 的 圆 度 波 纹 度 以 及 其 中 所 有 波 数 的 幅 值 ， 是 控 制 轴 承 噪 声 的 一 个 重 要 手 段 因 此 ， 有 必 要根 据 圆 度 波 纹 度 与 振 动 的 关 系 制 定 圆 度 波 纹 度 标 准 。

以 往 用 模 拟 式 电 气 系 统 计 算 圆 度 ， 仅 能 给 出 圆 度 轮 廓 的 峰 谷 值 无 法 对 其 中 波 成 分 进 行 分 析 这 样 ， 不 利 于 分 析 圆 度 不 好 的 工 艺 成 因 而 近 年 来 兴 起 的 计 算 机 处 理 技 术 ， 可 以 很 好 的 解 决 这 个 问题 通 过 计 算 可 将 圆 度 轮 廓 频 谱 展 开 ， 给 出 每 一 个 波 成 分 的 幅 值 以 便 技 术 人 员 进 行 工 艺 分 析 ， 改善 加 工 工 艺 通 过 对 一 些 厂 家 调 研 证 明 ， 这 是 一 条 可 行 之 路 此 外 ， 从 长 远 的 角 度 看 ， 计 算 机 应 用 于 测 量 仪 器 ， 可 以 实 现 许 多 其 它 仪 器 不 易 实 现 的 计 算 及 辅助 分 析 功 能 ， 是 发 展 趋 势 ， 其 技 术 优 势 是 明 显 的 有 必 要 在 技 术 标 准 中 确 立 其 地 位 根 据 上 述 原 则 ， 笔 者 认 为 需 要 首 先 对 圆 轮 廓 的 波 纹 度 给 出 一 个 定 义 。

根 据 国 家 标 准 ， 在 平 面测 量 中 随 机 或 周 期 性 偏 离 理 想 曲 线 的 表 面 不 平 度 ， 且 高 于 粗 糙 度 的 部 分 即 为 波 纹 度 笔 者 认 为 ： 在平 面 测 量 中 ， 没 有 封 闭 曲 线 测 量 中 波 数 的 概 念 ， 不 用 考 虑 封 闭 曲 线 中 的 角 度 ， 旋 转 等 特 性 ， 其 定 义是 广 泛 的 但 在 轴 承 零 件 测 量 中 ， 已 经 将 2～ 15upr 或 2～ 50upr 定 义 为 圆 度 ， 其 定 义 范 围 相 当 于平 面 测 量 中 形 状 误 差 ， 其 后 到 粗 糙 度 之 前 的 一 段 波 范 围 没 有 明 确 的 定 义 ， 只 有 一 个 15～ 500upr的 密 波 的 概 念 ， 但 圆 度 之 后 的 一 段 频 率 更 高 的 波 的 确 会 对 轴 承 的 振 动 特 性 产 生 影 响 ， 因 此 有 必 要 对这 一 段 波 给 出 一 个 明 确 地 定 义 ， 以 便 更 全 面 的 测 量 和 评 价 被 测 工 件 轮 廓 的 品 质 。

相 对 应 国 家 标 准 ，笔 者 提 出 将 这 一 段 波 的 所 有 波 的 集 合 定 义 为 滚 动 轴 承 内 （ 滚 ） 沟 、 外 （ 滚 ） 沟 和 钢 球 （ 滚 子 ） 的 波纹 度 有 了 基 本 定 义 ， 接 下 来 的 问 题 就 是 如 何 划 分 波 纹 度 的 波 数 范 围 以 往 许 多 圆 度 仪 均 有15～ 500upr 这 一 圆 度 密 波 的 波 段 ， 一 些 技 术 人 员 认 为 这 就 是 波 纹 度 编 者 通 过 计 算 分 析 后 认 为 ， 如果 用 这 一 概 念 定 义 波 纹 度 ， 相 对 于 滚 动 轴 承 来 说 ， 过 于 宽 泛 根 据 前 述 第 一 条 编 制 原 则 ， 笔 者 应 用 下 述 公 式 计 算 圆 度 波 纹 度 中 波 数 与 轴 承 振 动 频 率 的 关 系 ，用 以 确 定 测 振 仪 高 、 中 、 低 波 段 对 应 内 外 圈 和 钢 球 波 数 其 中 ：Fit、 Fet、 Fwt 分 别 为 内 沟 、 外 沟 、 钢 球 的 引 起 的 轴 承 振 动 频 率Z 为 钢 球 数T 为 圆 度 波 纹 度 波 数n 为 轴 承 工 作 频 率 ， 本 文 设 定 内 径 65mm 及 以 下 的 轴 承 为 25Hz（ 1500rpm） ， 65mm 以 上 的为 16.67Hz（ 1000rpm） 。

分 别 与 中 小 型 及 大 型 轴 承 测 振 仪 的 转 速 一 致 Dw 为 钢 球 直 径Dm 为 钢 球 中 心 径 为 轴 承 接 触 角编 者 根 据 上 述 公 式 分 别 计 算 了 100、 200、 300、 400 系 列 深 沟 球 轴 承 的 振 动 频 率 与 内 沟 、 外 沟 、钢 球 波 数 的 对 应 关 系 表 1、 2、 3 分 别 列 出 200 系 列 的 振 动 频 率 与 内 沟 、 外 沟 、 钢 球 波 数 的 计 算图 谱表 1 内 沟 圆 度 波 数 与 轴 承 振 动 频 率 的 关 系表 2 外 沟 圆 度 波 数 与 轴 承 振 动 频 率 的 关 系2cos12cos1mwmwtet mwit DnTZFDnT0204060801001206200 6202 6204 6206 6208 6210 6212 6215 6220 6224轴 承 型 号波 数高 频中 频低 频02550751001251506200 6202 6204 6206 6208 6210 6212 6215 6220 6224 轴 承 型 号波 数高 频中 频低 频表 3 钢 球 圆 度 波 数 与 轴 承 振 动 频 率 的 关 系由 图 表 可 以 看 出 以 下 几 个 特 点 ：1、 轴 承 振 动 频 率 与 圆 度 波 数 成 正 比 关 系 。

2、 同 一 轴 承 相 同 波 数 的 内 沟 、 外 沟 、 钢 球 引 起 的 轴 承 振 动 的 频 率 是 不 同 的 ， 其 中 ,内 沟 最 高 ，钢 球 其 次 ， 但 相 差 不 大 ， 外 沟 最 低 ， 相 差 较 大 3、 不 同 的 轴 承 的 相 同 波 数 的 内 沟 、 外 沟 、 钢 球 引 起 的 轴 承 振 动 的 频 率 也 是 不 同 的 4、 过 高 的 波 数 引 起 的 轴 承 振 动 的 频 率 将 超 出 测 振 仪 的 10kHz 测 量 上 限 对 轴 承 振 动 测 量 影 响不 大 对 比 国 家 圆 度 标 准 GB/T 7234—1987、 GB/T 7235—1987 对 圆 度 波 数 的 定 义 ， 可 以 发 现 轴 承 测振 仪 的 低 频 段 （ 50～ 300Hz） ， 中 频 段 （ 300～ 1800Hz） ， 高 频 段 （ 1800～ 10kHz） 与 圆 度2～ 15， 2～ 50 个 波 没 有 对 应 关 系 换 句 话 说 ， 相 同 波 数 的 不 同 轴 承 的 振 动 频 率 是 不 同 的 。

用 相 同 的波 数 范 围 定 义 不 同 的 轴 承 的 圆 度 波 纹 度 不 能 很 好 地 反 映 轴 承 的 振 动 频 率 特 性 考 虑 到 目 前 厂 家 使 用 的 各 种 圆 度 仪 、 测 振 仪 均 不 具 备 针 对 不 同 轴 承 进 行 波 数 —频 率 分 析 功 能 ，以 及 许 多 厂 家 仍 使 用 模 拟 计 算 型 圆 度 仪 ， 没 有 数 据 分 析 能 力 ， 笔 者 认 为 可 以 沿 用 GB/T 7234—1987、 GB/T 7235—1987 的 圆 度 标 准 并 将 波 数 范 围 扩 展 ， 其 扩 展 的 波 数 范 围 ， 定 义 为 圆 轮 廓 波 纹度 其 最 大 波 数 的 确 定 应 以 引 起 轴 承 10KHz 振 动 频 率 为 上 限 依 据 这 个 原 则 ， 可 以 定 义 了 两 种 波 纹 度 的 波 数 范 围 ， 即 15～ 150upr， 15～ 250upr 是 考 虑 到对 于 钢 球 和 内 沟 测 量 来 讲 ， 150 个 波 可 覆 盖 绝 大 多 数 标 准 球 轴 承 测 振 10kHz 上 限 频 率 ， 而 对 外 沟来 讲 ， 则 需 要 250 个 波 。

圆 度 及 波 纹 度 频 率 范 围 参 见 图 1图 1 圆 度 及 波 纹 度 频 率 范 围按 原 标 准 扩 展 出 波 纹 度 标 准 ， 使 得 用 户 可 以 在 已 有 的 圆 度 仪 基 础 上 作 很 小 的 改 动 ， 即 可 实 现 波0204060801001206200 6202 6204 6206 6208 6210 6212 6215 6220 6224 轴 承 型 号波 数高 频中 频低 频纹 度 测 量 如 果 用 户 使 用 的 圆 度 仪 为 计 算 机 控 制 系 统 型 的 ， 可 在 15～ 500upr 的 密 波 段 增 加 两 个两 阶 3dB 的 巴 特 沃 斯 (Butterworth)数 字 低 通 滤 波 器 子 程 序 ， 仅 升 级 程 序 即 可 ； 如 果 用 户 使 用 的 圆度 仪 为 模 拟 型 的 ， 可 在 15～ 500 的 密 波 段 增 加 两 个 硬 件 型 的 两 阶 3dB 的 巴 特 沃 斯 模 拟 低 通 滤 波 器 。