一、噪聲產(chǎn)生的機(jī)理

從物理上來(lái)講，噪聲指的是強(qiáng)度和頻率都是沒(méi)有規(guī)律、雜亂無(wú)章變化的聲音，主要通過(guò)對(duì)噪聲的強(qiáng)弱和頻譜分析來(lái)進(jìn)行度量。球軸承的噪聲是在內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈固定的條件下，通過(guò)聲級(jí)計(jì)所測(cè)量的聲壓級(jí)別來(lái)進(jìn)行評(píng)定。物體振動(dòng)會(huì)發(fā)出噪聲，而機(jī)械噪聲來(lái)源于機(jī)械部件之間的交變作用力。根據(jù)力的傳遞方式和作用，這些交變力一般可分為周期性作用力、撞擊力和摩擦力三個(gè)種類。

周期性的作用力會(huì)激起機(jī)械零部件的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生噪聲，并以聲波形式向四周輻射能量。從原理上說(shuō)這種穩(wěn)態(tài)振動(dòng)是很難完全消除的，要控制這種噪聲，最根本的辦法是消除或減小引起振動(dòng)的力。

很多機(jī)械的噪聲主要都來(lái)源于機(jī)械零部件間的相互撞擊，要降低這種噪聲首先要減小振動(dòng)的水平或增加阻尼。摩擦噪聲是由于物體之間的摩擦所引起的噪聲。產(chǎn)生摩擦?xí)r摩擦力大，則振動(dòng)幅值大。所以減小摩擦噪聲的有效方法是減小摩擦力。由以上噪聲的分類及其激勵(lì)表現(xiàn)形式，可將軸承噪聲分為∶軸承固有噪聲、因設(shè)計(jì)和工藝加工誤差而形成的噪聲以及傷痕和夾雜物引起的噪聲。

滾動(dòng)軸承發(fā)出噪聲的主要原因是由于滾動(dòng)軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，在負(fù)載作用下，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生變形引起振動(dòng)而發(fā)出的。

二、噪聲的分類與產(chǎn)生的原因

1.滾動(dòng)軸承的固有噪聲

假如軸承的各種控制尺寸均為理想尺寸（即內(nèi)、外滾道和滾動(dòng)體均為圓，有游隙）并且不存在任何誤差，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生固有噪聲，對(duì)滾動(dòng)軸承而言這是其本身固有的一種噪聲，是不可避免的。

這種噪聲是由于軸承旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的一種平穩(wěn)、連續(xù)的噪聲，它是一個(gè)基本噪聲。該噪聲是由彈性套圈彎曲的固有振動(dòng)引起的。這種振動(dòng)在徑向和軸向方向上都存在。在數(shù)學(xué)上可以用卷積分來(lái)描述∶設(shè)彈性交變力為F（t），系統(tǒng)的阻尼為c，系統(tǒng)質(zhì)量為m，系統(tǒng)彈簧剛度為k，則系統(tǒng)數(shù)學(xué)方程為∶

從微分方程的解中可以看出，固有振動(dòng)引起的噪聲的顯著特點(diǎn)是：即使回轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化，但噪聲的主頻率幾乎不變，即主頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但聲壓級(jí)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加。可以通過(guò)提高套圈端面的平面度、增加套圈厚度等方法使固有噪聲得到改善。

2.由設(shè)計(jì)、加工引起的噪聲

這種的噪聲是由軸承設(shè)計(jì)或工藝制造誤差造成的。它主要包含以下5種噪聲。

（1）滾道噪聲

即使使用最先進(jìn)的加工技術(shù)及最精密的加工儀器來(lái)加工滾道或滾動(dòng)體表面，也不可能制作出絕對(duì)理想的圓形。即在滾道和滾動(dòng)體表面總是存在著任意的微小的形狀誤差，這種誤差在宏觀上表現(xiàn)為形位誤差，在微觀上表現(xiàn)為波紋度和粗糙度。由波紋度和粗糙度產(chǎn)生的振動(dòng)包括一系列的隨機(jī)脈沖，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些脈沖將引起軸承的'滾道噪聲'，這種噪聲構(gòu)成了軸承噪聲的主要成分。其實(shí)滾道聲所激發(fā)的聲能是有限的，如在正常情況下，優(yōu)質(zhì)的6203軸承滾道聲為25~27dB。

滾道噪聲的特點(diǎn)如下∶

①噪聲、振動(dòng)具有隨機(jī)性;

②振動(dòng)頻率在1kHz以上;

③不論轉(zhuǎn)速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級(jí)則隨轉(zhuǎn)速增加而提高;

④當(dāng)徑向游隙增大時(shí)，聲壓級(jí)急劇增加;

⑤軸承座剛性增大，總聲壓級(jí)降低，即使轉(zhuǎn)速升高，其總聲壓級(jí)也增加不大;

⑥潤(rùn)滑劑黏度越高，聲壓級(jí)越低，但對(duì)于脂潤(rùn)滑，其黏度、皂纖維的形狀大小也會(huì)影響噪聲值。

嚴(yán)格控制套圈滾道和滾動(dòng)體的圓度、波紋度、粗糙度和滾動(dòng)體的加工精度，可以顯著降低滾道噪聲。

（2）滾動(dòng)體噪聲

滾動(dòng)體噪聲是指滾動(dòng)體相對(duì)于滾動(dòng)面回轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、摩擦及撞擊時(shí)產(chǎn)生的噪聲。該噪聲主要發(fā)生在滾動(dòng)體進(jìn)入和退出載荷區(qū)的時(shí)刻。當(dāng)軸承在承受徑向載荷的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸承內(nèi)存在載荷區(qū)和非載荷區(qū)。由于軸承具有一定的徑向游隙，所以非載荷區(qū)的滾動(dòng)體與內(nèi)滾道不接觸，但由于離心力的作用其可能與外圈接觸。為此，在低轉(zhuǎn)速下，當(dāng)離心力小于滾動(dòng)體自重時(shí)，滾動(dòng)體就會(huì)下落從而與內(nèi)滾道或保持架發(fā)生碰撞并激發(fā)軸承的固有振動(dòng)而引起噪聲。

滾動(dòng)體噪聲的特點(diǎn)如下∶

①使用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)不易產(chǎn)生噪聲，使用脂潤(rùn)滑時(shí)容易產(chǎn)生，使用劣質(zhì)潤(rùn)滑脂更易產(chǎn)生噪聲；

②常常冬季發(fā)生；

③只承受徑向載荷且徑向游隙較大時(shí)也易產(chǎn)生，實(shí)際上滾子軸承最容易產(chǎn)生滾動(dòng)嗓聲；

④在某特定范圍內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生，并且不同尺寸的軸承其速度范圍也不同;

⑤可能是連續(xù)聲亦可能是斷續(xù)聲；

⑥該強(qiáng)迫振動(dòng)常激發(fā)外圈的二階、三階彎曲固有振動(dòng)，從而發(fā)出噪聲。

（3）保持架噪聲

保持架噪聲是軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持架的自由振動(dòng)以及保持架與滾動(dòng)體或套圈相撞擊而發(fā)出的。一般情況下這種噪聲是由于滾動(dòng)體和保持架、保持架與引導(dǎo)面之間的滑動(dòng)摩擦而引起的。保持架和滾動(dòng)體發(fā)生相互撞擊而發(fā)出的聲音具有周期性。當(dāng)采用滾動(dòng)體引導(dǎo)保持架時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性較為嚴(yán)重。深溝球軸承的沖壓保持架較薄，在徑向和軸向平面內(nèi)的彎曲剛度較低，整體穩(wěn)定性差，軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)因彎曲變形而產(chǎn)生自激振動(dòng)，從而引起'蜂鳴聲'。保持架噪聲特點(diǎn)如下∶

①?zèng)_壓保持架及塑料保持架均可產(chǎn)生；

②不論是稀油還是脂潤(rùn)滑均會(huì)出現(xiàn)；

③當(dāng)外圈承受彎矩時(shí)最容易發(fā)生；

④徑向游隙大時(shí)容易出現(xiàn)。

防止保持架噪聲措施如下∶

①為使保持架公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，應(yīng)盡量采用套圈引導(dǎo)方式并注意給予引導(dǎo)面充分的潤(rùn)滑。對(duì)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的圓錐滾子軸承的結(jié)構(gòu)給予改進(jìn)，將滾子引導(dǎo)的L型沖壓保持架改為套圈擋邊引導(dǎo)的Z型保持架；

②軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兜孔間隙（保持架放置滾珠的孔與滾珠之間的間隙）大的軸承其保持架振動(dòng)振幅遠(yuǎn)大于兜孔間隙小的保持架振動(dòng)振幅，所以兜孔間隙取值尤為重要；

③要注意盡量減小徑向游隙；

④盡量提高保持架制造精度，改善保持架表面質(zhì)量，將有利于減小滾動(dòng)體與保持架發(fā)生碰撞與摩擦，從而減小噪聲；

⑤積極采用先進(jìn)的清洗技術(shù)，對(duì)零配件和合套后的成品進(jìn)行有效、徹底的清洗，提高軸承的潔凈度。

（4）軸承圈的噪聲

滾動(dòng)軸承噪聲基本上是由軸承圈的振動(dòng)引起。其中軸承圈的結(jié)構(gòu)、剛度、制造精度、安裝條件、使用情況等因數(shù)對(duì)其振動(dòng)影響較大。如果軸承內(nèi)圈滾道上的徑向波紋較大，當(dāng)滾珠軸承的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)到此處時(shí)，滾珠將都處在波峰峰頂，不僅會(huì)引起外圈的徑向振動(dòng)，而且還將引起外圈的軸向振動(dòng)。

（5）尖鳴噪聲

該噪聲是金屬間產(chǎn)生相當(dāng)劇烈的滑動(dòng)摩擦?xí)r發(fā)出的尖叫聲，盡管此時(shí)軸承溫升不高，對(duì)軸承壽命和潤(rùn)滑脂壽命也無(wú)多大影響也不影響旋轉(zhuǎn)，但其不悅耳聲令人不安。承受徑向載荷的大型短圓柱滾子軸承常有此噪聲。這種噪聲可采用減小軸承徑向游隙和采用淺度外圈滾道結(jié)構(gòu)來(lái)防止。尖鳴噪聲特點(diǎn)為∶

①軸承徑向游隙大時(shí)易產(chǎn)生；

②通常出現(xiàn)在脂潤(rùn)滑中，油潤(rùn)滑則較罕見(jiàn)；

③隨著軸承尺寸增大而減小并且常在某轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)；

④冬季時(shí)常出現(xiàn)；

⑤它的出現(xiàn)是無(wú)規(guī)則、不可預(yù)知的，并且與填脂量及脂的性能、軸承安裝運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)。

3.由傷痕及夾雜物引起的噪聲

該類噪聲主要是由不文明生產(chǎn)導(dǎo)致的碰傷、卡傷或由于發(fā)生疲勞剝落、銹蝕斑痕以及夾雜物進(jìn)入軸承工作面引起的。

（1）傷痕噪聲

當(dāng)滾動(dòng)表面具有裂紋、碰傷、壓坑和銹斑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生周期性的振動(dòng)和噪聲，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其周期保持不變，隨著轉(zhuǎn)速的降低，其周期將變長(zhǎng)。若滾道有損傷，則會(huì)發(fā)出連續(xù)的聲音;若滾動(dòng)體有損傷，則會(huì)發(fā)出若有若無(wú)的聲音，但該聲音必定是周期性出現(xiàn)的，其周期與軸承規(guī)格、轉(zhuǎn)速及損傷位置有關(guān)。該類噪聲具有頻譜范圍寬和能量大的特點(diǎn)，很容易利用FFT（傅立葉快速變換法）技術(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，到目前為止對(duì)該方面的研究比較透徹。近年來(lái)，小波變換技術(shù)（Wavelet Transform）被廣泛地應(yīng)用到振動(dòng)頻譜的分析工作中，其中心就是濃縮信息，從大量的信息當(dāng)中提取出弱信號(hào)，進(jìn)行早期診斷。小波變換技術(shù)增強(qiáng)了對(duì)這種周期性損傷噪聲振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和辨別能力。

（2）摩擦噪聲

摩擦噪聲是指滾珠軸承上的異常噪聲，通常出現(xiàn)在較大型的軸承上，特別是采用脂潤(rùn)滑的軸承，當(dāng)潤(rùn)滑性能不好時(shí)更容易發(fā)生。此外軸承在只承受徑向載荷而徑向間隙又比較大時(shí)也容易產(chǎn)生摩擦聲。摩擦聲的發(fā)生是不穩(wěn)定的，有時(shí)連續(xù)發(fā)生，有時(shí)間歇發(fā)生，而且隨轉(zhuǎn)速的變化而不同。并且該噪聲只發(fā)生在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，而該轉(zhuǎn)速范圍因軸承型號(hào)不同而不同。實(shí)驗(yàn)研究表明，滾動(dòng)軸承摩擦聲的產(chǎn)生不僅與潤(rùn)滑油性質(zhì)有直接關(guān)系而且與軸承外滾道的加工質(zhì)量也有關(guān)系。

滾動(dòng)軸承產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲的原因除上述分析的幾種情況外，還與軸承環(huán)的幾何形狀、波紋度、偏心量、滾道的振擺以及滾動(dòng)體的圓度及幾何形狀等因素有關(guān)。當(dāng)滾動(dòng)軸承滾道表面或滾動(dòng)體上出現(xiàn)毛刺傷痕、銹斑等缺陷時(shí)，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生應(yīng)力變化，從而引起高頻振動(dòng)。這些缺陷如果出現(xiàn)在滾道上，產(chǎn)生的噪聲往往是連續(xù)的;如發(fā)生在滾動(dòng)體上，噪聲則是周期性的時(shí)有時(shí)無(wú)的。滾動(dòng)軸承中如落入雜質(zhì)和顆粒狀灰塵，也可能使其發(fā)出不穩(wěn)定的噪聲。軸承的徑向間隙也是引起噪聲的因素。實(shí)踐表明∶間隙過(guò)小會(huì)發(fā)出音調(diào)較高的噪聲，間隙過(guò)大則會(huì)產(chǎn)生較大的轟鳴聲。對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的軸承來(lái)說(shuō)，保持架周圍的空氣擾動(dòng)對(duì)噪聲影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮。

（3）夾雜物噪聲

夾雜物噪聲是指在軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由于各種灰塵、鐵屑等雜質(zhì)侵入軸承工作面而造成的非周期性的振動(dòng)和噪聲，具有隨機(jī)性。尤其是小型和微型軸承對(duì)它十分敏感。當(dāng)有污物存在時(shí)，不僅會(huì)損傷滾動(dòng)面，而且還會(huì)降低軸承使用壽命。

防止污染物噪聲措施如下∶

①采用高純凈度潤(rùn)滑劑；

②改進(jìn)清洗方法，提高軸承潔凈度；

③提高軸承部件密封性能等措施予以防止；

④加強(qiáng)文明生產(chǎn)及軸承的保養(yǎng)。