滚动轴承噪声及其控制

谭拥军

（船舶重工集团 七一研究所）

0　引言

滚动轴承是机械设备上常用的基础件，虽然轴承本身的噪声辐射一般不至于影响设备的噪声级，但工作时轴承频率成分的小幅振动，会使相邻零件引起共振，从而产生较大的噪声。特别对于精密设备来说，如果轴承本身制造不良或有缺陷，则轴承噪声也可能成为主要噪声源之一，所以轴承噪声也是不可忽视的。

1　噪声产生的机理

滚动轴承发出噪声的主要原因是由滚动轴承转动时，在负载作用下，滚动轴承产生变形而引起振动发出噪声。

1.1 轴承环的噪声

滚动轴承噪声基本上是由轴承环的振动所引起，与其结构、刚度、制造精度、安装条件使用情况等因数有关。如果轴承内环滚道上径向波纹较大，当滚珠轴承的内环转动到此处时，滚珠都处在波峰峰顶上，不仅会引起外环的径向振动，而且也将引起外环的轴向振动。

1.2 保持器噪声

主要是由于轴承旋转时保持器与振动着的滚动体互相碰击而发出的噪声。发出这种噪声时，保持器会剧烈振动，一般认为是由于滚动体与保持器之间的滑动摩擦诱发的自激振动。保持器噪声主要产生于滚动轴承及圆锥轴承中，在径向间隙过大、润滑性能不良、轴上传递扭矩波动等情况下愈容易发生。

1.3 滚动体下落噪声

在大型滚珠轴承与滚柱轴承中，在只受径向载荷且低速旋转时才会出现并产生此种噪声。这是因为在低速旋转时，滚动体所产生的离心力小，使处在非载荷圈上的滚动体撞击保持器或滚动面而发出噪声，所以当转速增加到一定值时，下落噪声就会消除。

1 .4 摩擦噪声

摩擦声是指滚柱轴承上的异常噪声，通常出现在较大型的轴承，特别是采用油脂润滑的轴承，当润滑性能不好时更易发生。此外轴承在承受只有径向载荷而径向间隙又比较大时也容易产生摩擦声。摩擦声的发生是不稳定的，有时连续，有时间歇，而且随转速变化，只发生在一定的转速范围内，而该转速范围又随轴承型号而变化。根据实验，滚动轴承摩擦声的产生与润滑油性质有直接关系，同时与轴承外滚道的加工质量有关。

2　产生噪声的主要原因

噪声主要由两部分组成，一是机械振动产生的，二是由围绕保持架的空气或流体扰动而产生的空气动力性噪声。

滚动轴承产生机械振动和噪声的原因除上述分析的几种情况外，还与轴承环的几何形状、波纹度、偏心量、滚道的振摆以及滚动体的圆度和几何形状等。当滚动轴承滚道表面或滚动体上出现毛刺伤痕、锈斑等缺陷时，轴承在运转过程中将产生应力变化，引起高频振动。这种振动将以固体声的方式向外传播。这些缺陷如果出现在滚道上，产生的噪声往往是连续的；如发生在滚动体上，噪声则成为周期性的时有时无的现象。滚动轴承中如落入杂质和颗粒状灰尘，也可能使其发出不稳定的噪声。轴承的径向间隙也是引起噪声的因素。实践表明：间隙过小会发出音调较高的噪声，间隙过大则会产生较大的轰鸣声。对于高速旋转的轴承来说，保持架周围的空气扰动对噪声影响较大，设计时应重点考虑。

3　噪声的控制方法

3.1 轴承选择

轴承大多是标准件，因而在设备设计过程中合理地选用轴承型号与几何尺寸，对降低轴承噪声是一重要因素，其选择原则是：滚针轴承径向刚度Z高，滚珠轴承Z低，但滚针轴承与滚珠轴承对零件的几何精度及装配质量反应敏感，而向心球轴承则相反，其刚度差，对装配质量反应不敏感，所以从降低噪声来看，此类轴承较理想。但对刚度要求较高的支承还应考虑采用圆锥滚子轴承。另外，对于同一类型的支承，轴承内径越大，引起的振动和噪声也越大，同时轴承的响度级将随着滚珠直径的增大而增大。

3.2 适当提高轴承精度

试验已验证：提高轴承的滚动体、内环、外环的精度可降低轴承的噪声。轴承各零件对轴承的振动影响大致是：滚子、内外环及保持架约为4∶3∶1的关系，所以要降低轴承振动和噪声，首先要提高滚动体的精度，实验证明，把滚子精度由原来的Ⅱ级提高到Ⅰ级，轴承在主轴1 250 r/min时，其噪声可降低约10 dB（A）。

3.3 适当的配合

外环在支承孔中的配合将直接影响固体声的传播。配合过紧不但提高了传声性，而且会使滚道变形，影响其形状误差，使径向间隙减小，噪声增大。因而外环与支承孔的配合宜松些，同时合适的配合能使轴承与支承孔接触处的油膜对外圈振动产生阻尼。与轴承内环相配合的轴颈的表面粗糙度和公差，应符合所用轴承精度等级的要求，如不符合要求的轴颈上过紧的安装了滚动轴承，即使轴承零件制造精良，但轴颈的误差不可避免会传递给内环滚道，在运转过程中也会产生振动发出颤振声。因此，消除这类噪声除了控制轴承本身的制造质量外，还应考虑轴颈的加工和装配时的过盈量的控制。

3.4 提高轴承座的刚性及适当的预紧装置

轴承座的刚度对轴承噪声影响较大，实验表明：轴承工作时发出的声音随其壁厚的增加而减弱，所以增强轴承座的刚度、改变轴向壁厚能达到降低轴承噪声的目的。另一方面，对装配后的轴承预加一定量的载荷，可改变轴承中的径向间隙，增加接触刚性，改善振动声学特性。此外，良好的轴承润滑对降低噪声具有一定的作用，它能改善滚动体与滚道、滚动体与保持架的摩擦性能，降低轴承温升，但要控制油量。油量过多，轴承在高速运转时会出现油的搅动，产生噪声。

4　结论

综上所述，轴承噪声的大小与设计有关，因而在设计阶段应做到：

1）设备在受力、载荷等条件允许时，尽可能选用球轴承；

2）结构设计时，应考虑对轴承施加一定的预紧力；

3)对精密设备所使用的轴承，滚动体的直径要进行测量挑选，使其尺寸尽可能接近，并要精研后再装入，对内外滚道尚需作超精加工，以提高其形状精度及改善波纹度来降低噪声。

（来源：机械管理开发）