1、lCS 2110020J 11 鳕园中华人民共和国国家标准GBT 246101-2009IS0 15242-1：2004滚动轴承振动测量方法第1部分：基础Rolling bearings-Measuring methods for vibration-Part 1：Fundamentals20091115发布(IS0 152421：2004，IDT)2010-0401实施宰瞀徽零瓣警雠瞥星发布中国国家标准化管理委员会厘111刖 蟊GBT 246101-2009ISO 152421：2004GBq、24610滚动轴承振动测量方法分为4个部分：第1部分：基础；第2部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的向心
2、球轴承；第3部分：具有圆柱孔和圆柱外表面的调心滚子轴承和圆锥滚子轴承；第4部分：具有圆柱7L和圆柱外表面的圆柱滚于轴承。本部分为GBT 24610的第l部分。本部分等同采用1SO 1 52421：2004(滚动轴承振动测量方法第1部分：基础。本部分等同翻译ISO l 5242一l：2004。为了便于使用，本部分做了F列编辑性修改：“本文件”一词改为“本部分”；删除了国际标准的前言；崩小数点“”代替作为小数点的逗号“，”。本部分的附录A为资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国滚动轴承标准化技术委员会(SACTC 98)归|j。本部分起草单位：杭州轴承试验研究中心有限公司、洛阳轴
3、承研究所、洛阳轴研科技股份有限公司。本部分主要起草人：陈芳华、李飞雪、章有良、马素青、张亚军、郭宝霞、张燕辽。GBT 246101-2009ISO 152421：2004引 言滚动轴承旋转时的振动是轴承的一个重要运转特性。振动会影响装有轴承的机械系统的性能。当振动向运转的机械系统所处的环境传播时，会引起可闻噪声。滚动轴承旋转时的振动是与运转条件有关的一种复杂的物理现象。在某一组条件下测量的单套轴承的振动值并不一定表征不同的条件下或该轴承成为一较大部件中的一个零件时的振动值。评定装有轴承的机械系统产生的声响就更加复杂，它还受界面条件、感应装置的位置和方向以及系统运转所处声学环境的影响。空气噪声
4、本部分定义为任何令人不愉快的、不希望有的声音，由于术语“令人不愉快的、不希望有的”具有主观特性，因而其评定更为复杂。可以认为轴承的结构振动是最终导致空气噪声产生的驱动源。GBT 24610的本部分仅列入了经过选择的轴承结构振动的测量方法。GBT 24610的本部分定义和规定了被测的物理量以及在测试装置上测量滚动轴承振动时的一般测试条件和环境状况。根据GBT 24610的本部分，轴承的验收方可通过协商，确定接收标准，来控制轴承的振动。轴承振动可采用许多方法中的任一种来评定，小同的评定方法使用不州类型的传感器和测试条件。没有任何一组表征轴承振动的数值能够对所有可能的使用条件F的轴承振动性能进行评定
5、。最终，还应根据已知的轴承类烈、使用条件以及振动测试目的(例如：是作为制造过程诊断，或是作为产品质量评定)等，来选择最适用的测试方法。因此，轴承振动标准的适用范围并不是通用的。但对于GBT 24610的本部分而言，j将某些适用范围十分广泛的方法确立为标准方法。GBT 24610的本部分规定了振动测量的一般原则，具有圆柱孔和圆柱外表面的不同类型的轴承振动评定方法的详细内容将在其他部分规定。GBT 246101-2009I,S0 15242-1：2004滚动轴承振动测量方法第1部分：基础1范围GBT 24610的本部分规定了在所确立的测试条件下，旋转的滚动轴承的振动测量方法以及相关测量系统的标定。
6、2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 24610的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引j玎文件，其最新版本适用于本部分。GBT 18002 2009产品几何技术规范(GPS)极限与配合第2部分：标准公差等级和孔、轴极限偏差表(1SO 286 2：1988，MOD)GBT 2298 1991机械振动与冲击术语高于或低于滤波器最大响应频率的频率，在这些频率上对正弦信号的响应低于最大响应3 dB。313均方根(rms)速度root
7、 mean square(rms)velocityu。()在时问间隔T内，各时间段速度平方的平均值，再取其平方根。注：均方根值也适用于位移和加速度。2GBT 246101-2009IS0 152421：2004314指数平均有效(eme)速度exponential mean effective(eme)velocity”。(幻用于获得时问一平均速度的参量，它类似于均方根速度，但考虑了指数衰减。往I：指数平均有效值也适用于位移和加速度。宅z：指数平均有效值也称为指数平均值或l时间衰减值。315周期period周期量函数重复出现时自变量的最小增量。4基本概念41轴承振动测量图l监示了轴承振动测量的
8、基本要素及影响测量的斟素。图1中的数字对应于本部分的各条目。7 2测试环境条件环境5 1测量的基木原理5 2转速5 3轴承旋转轴线的方位54轴承载荷5 5传感器测量程序6 1测量的物理量62频域6 3时域6 4传感器频率响应和滤波器特性65时问JF均盂66测试步骤测量和评定方法匿鸯毒j征操作者7 4对操作者的要求测试装置7 3 I土轴一b轴的刚度732加载装置7 33轴承外加载荷的大小和对中精度73 4传感器的轴向位置和测量方向7 35心轴标定8 2系统部件的标定83系统性能评估图1 轴承振动测量的基本要素4，2旋转轴线的特性旋转轴承可为一机器零件相对另一零件旋转提供旋转轴线，并可承受径向和或
9、轴向载荷。一旋转轴线可呈现6个基本自由度的运动，如图2所示，并列举如下：旋转运动，见图2b)；径向平移运动，即在通过旋转轴线的一个或两个相互垂直平面内的平移运动，见图2e)和图2d)；铀向平移运动，即在平行于旋转轴线的方向上的平移运动，见图2e)；3GBT 246101-2009IS0 152421：2004角向倾斜运动，即在通过旋转轴线的一个或两个相互垂直平面内的角向运动，见图If)和图29)。理想状态下，旋转轴承在旋转方向上对外加载荷是没有阻力(即零摩擦力矩)的。根据外加载荷的类型，轴承应设计为既能承受外加载荷，而且在剩余5个自由度的任何一个或所有剩余5个自由度上呈现刚性。例如，具有自调心
10、能力的轴承可承受径向和轴向载荷，只有在理想状态下，在两个倾斜方向才不呈现刚性。其他轴承町设计成轴向自由运动，但此时应在径向和倾斜方向呈现刚性。c)在x方向的径向甲移运动。R0。Bb)与z基准轴线同轴的旋转运动d)在y方句的径向平移运动浍e)在z方向的轴向平移运动 f)在x方向以A为原点的倾斜运动 g)在y方向以为原点的倾斜运动ABz基准轴线CD-旋转轴线图2旋转轴线6个自由度的示意图43轴承运动误差轴承共有5个非旋转自由度，可设计在任何一个非旋转自由度上承受载荷。旋转轴承的旋转轴线在5个菲旋转自由度的任一个自由度上的位移即为轴承的运动误差。这包括与轴承旋转有关的任何位移，但不包括由于温度变化或
11、#Ill载荷变化引起的位移。运动误差用位移表示，表示与理想旋转轴线的偏差。旋转轴承的运动误差是由于轴承旋转时进行相对运动的轴承内部各表面几何形状不理想造成的。几何形状不理想可能是轴承零件嗣有的特性(例如，加工表面的形状误差)，也可能是由于轴承在装配或安装过程中轴承零件发生变形造成的。44轴承振动引起轴承运动误差的因素同样也可引起轴承零件的动态振动。振动是由运动误差引起位移的结4汰。拳GBT 246101-2009ISO 152421：2004果，但还需考虑与加速度有关的惯性力的作用，以及轴承或安装的刚性特性也会在轴承中引起内部力。随时问变化的轴承零件的变形、若干不可预期的滚动体和保持架运动形式
12、以及保持架相对于滚动体或套圈的周期性位移也会引起内部力。在特定环境(例如旋转速度和施加载荷)下，振动由运动误差引起。轴承振动能影响机械系统的性能，并可使包括轴承在内的系统产生空气噪声。5测量程序51测量的基本原理就本部分而言，是评定由传感器测得的旋转轴承的结构振动。传感器可为位移、速度、加速度或力型传感器。传感器安装在一个轴承套圈一一规定点上，或安装在与一个轴承套圈机械式连接在一起的测试装置上的一个机械零件的一规定点上。应规定传感器相对于一参照系的作用线(即轴向或径向)。轴承在规定的载荷条件下以一固定转速旋转，在一规定的时间段内监测传感器的信号，然后对采集的数据进行分析、计算，得出一个或多个用
13、于表征振动水平的参数。通过这些观测结果，就得出了所选测试条件下的轴承振动数据。在不同的运转条件下，这些结果可能或不可能得出有关轴承振动和噪声的结论。测量程序可以用框图表示，如图1所示，它是各个要素的组合。本部分的相应条目给出了测量程序各个要素的详细内容。52转速轴承振动是在动态下进行测量的，测量时外圈静止或渐次转动，内圈以一恒定速度旋转，转速与轴承的尺寸和结构有关(见GBT 24610的特定类型部分)。在测试过程中，实际转速不应超过规定转速的二；。53轴承旋转轴线的方位测试轴承振动时，轴承的旋转轴线町处于垂直或水平位置。轴线水平时，应考虑到地球引力相对于旋转的滚动体的取向变化，否则将会导致附加
14、振动，除非滚动体上的离心力或在滚动体上产生的接触力远远大于其自重。54轴承载荷为了达到轴承中限定的运动学条件，测振过程中应对轴承加载。施加的载荷应足够大，以防止滚动体相对内、外圈滚道打滑但又不致引起变形而影响测量结果。55传感器所测参量为轴承外圈的径向或轴向振动。机电传感器可将机械运动转换成电信号，所给出的信号名义上与位移、速度或加速度成比例。也可使用力传感器，只要能将信号变换成上述三种参量中的一种。应分清是非接触式测量系统还是接触式测量系统。非接触式测量系统特别适用于位移测量，而接触式测量系统的传感器应与振动的轴承外圈接触。当使用接触式传感器时，应注意保证传感器不能影响轴承外圈的振动。但这种
15、接触又需要足够牢固，以便在适用频率范围内的所有振动都能被检测得到。为此，可运动部分的质量应尽可能小。如果振动是通过与轴承外圈接触的传感器触头来传递的，还应考虑接触谐振的出现(参见附录A)。轴承外圈的振动运动是不同频率的各种幅值位移的复杂叠加。尽管可能会有较大的单一幅值存在，甚至是在较高频率时也是如此(尤其是有缺陷的轴承)，但幅值一般会随着频率的增高而减小，在几千赫兹时，能减小到纳米级。这样就使得某些位移测量系统在高频范围内很难给出可靠的测量结果；另一方面，一个非常适于高频测量的加速度型传感器，却需要具有极高的动态性能才能分辨出较低的频谱。一个比较好的处理方法是采用速度型传感器，显示的信号与速度
16、成比例。如果需要，还可利用已知的标定过的转换系数，将采集到的主要信号转换成电信号。5GBT 24610 1-2009ISO 152421：20046测量和评定方法61测量的物理量测量时设定的物理量为振动速度62频域在50 Hz10 000 Hz范围内，在用特定的频率范围。q(Vms)。根据轴承类型，测量方向可为径向或者轴向。个或多个频带内测出速度信号。对于不同的轴承类型，建议采注：例如，某一尺寸范围的向心和角接触轴承可以使用50 Hz-300 Hz、300 Hz1 800 Hz和1 800 Hz1 0 000 Hz的频率范围。也可选择使用频谱分析法对振动信号进行分析。63时域通常，被测轴承中的
17、表面缺陷sn或污染常常造成时域速度信号的峰值或尖锐脉冲，经制造厂与用户协商，可以考虑将峰值或尖锐脉冲的检测，作为一种补充选项。根据轴承的类型和使用条件，可以采用不同的评定方法。64传感器频率晌应和滤波器特性机电传感器的频率响应应在图3规定的范围内。1 ooo 1 0 ooo X 频率单位为赫兹(Hz)；Y 输出信号振动速度，单位为分贝(dB)。8推荐区。b最大允许区(包括a)。图3传感器频率响应特性图3中传感器的最低频率响应要求应包括放大器的补偿输出信号。幅值线性度：在10 pms(rmS)3 000 pms(r121s)速度范围内，振动幅值线性度的最大偏差应小于10。传感器的灵敏度：与电子装
18、置匹配的传感器的灵敏度应限定在5以内，在传感器的静态轴向位移工作范围内，该灵敏度应在规定的极限值内。单个传感器的灵敏度发生变化时，电子装置应提供适当的补偿。电子装置的滤波器特性应在图4规定的带通滤波器极限范围内。低于下截止频率(，I)64的所有频率及高于上截止频率(，)160的所有频率，通带的衰减不应小于40 dB。GBT 246101-20091SO 152421：2004x 截l卜频率，单位为赫兹(Hz)；y 衰减量，单位为分贝(dlj)。8推荐范围。h最大允许范围。标称下截止频率。o标称上截止频率。图4滤波器特性65时间一平均法每一频带范围内速度信号的测量值，是振动达到稳定状态、测试时间
19、不小于05 S内的有代表性的时问-平均值的读数。所谓达到稳定状态，是指在平均值附近只有偶然的随机波动。至于选择何种时问一平均值公式，应由制造厂与用、协商确定。两种常用的公式见式(1)、式(2)是计算均方根(rmS)值和指数平均有效(em c)值，其定义分别在313和314中给出。厂_一q佃。P。出式中：v(t) 随时间变化的振动速度；T 采样时间，其值应长于组成v(t)的任一主要频率分量的周期。口。()经常在=丁时取值。(1r，弘勺e-“c7式中：v(t) 随时问变化的振动速度；r 延迟时问，其值应长于组成v(t)的任一主要频率分量的周期。口。ff)应在fr时取值。(2)7GBT 246101
20、-2009ISO 152421：2004应在开始测试的5 rain内达到稳定状态。在5 rain内不能达到稳定状态时，制造厂与用户之间应协商确定一个合适的达到稳定状态的时问。66测试步骤测量应在所要求的位置点上进行。各种类型轴承的详细规定见6BT 24610的其他部分。对于可接收的轴承，在相应频率范围内的最大振动示值应在制造厂与用广协商的极限值内。7测量条件71轴承的测量条件711预润滑预润滑(脂润滑、油润滑或固体润滑)轴承包括密封轴承和防尘轴承，应在供货状态下测试，参照条件(712和713)也适用于未经预润滑的轴承。712轴承的清洁度由于污染物影响振动水平，因此，轴承应进行有效的清洗，注意不
21、要引入污染物或其他振源。注：某些防锈剂可满足振动测试的润滑璺求(见7】3)，此时不必清除防锈剂。713润滑测试前，应根据轴承的类型和尺寸，使用一定量的清清的低黏度的润滑油对轴承进行润滑，其他要求规定在GBT 3141_1 994中。润滑过程中应进行试运转，以使轴承内的润滑剂均匀分布。72测试环境条件轴承应在不影响振动测试的室温环境中进行，其他要求规定在1SO 554、ISO 558和Is()3205中。73测试装置条件731主轴心轴的刚度用于支承和驱动轴承内圈的主轴(包括心轴)的设计与结构，不仅町传递旋转运动，而且本质上还可作为内圈轴线的刚性参照系。在使用的频带范围内，主轴心轴和轴承内圈之问振
22、动的传递与所测量的振动速度相比，可以忽略不计(在有异议的情况下，其精确值应由制造厂与用户协商确定)。732加载机构理论上，用于给轴承外圈施加载荷的加载系统的设计与结构，应使套圈在所有方向 径向、轴向、角向或挠曲型(视轴承类型而定)的振动本质上处于自由状态。733轴承，i4Jn载荷的大小和对中精度特定轴承类型的详细规定按GBT 24610的其他部分。7 3，4传感器的轴向位置和测量方向特定轴承类型的详细规定按GBT 24610的其他部分。735心轴用于安装轴承内圈的心轴圆柱表面，其外径公差应符合GBT 18002 2009中f5级的规定，臣具有最小的几何误差，确保心轴以滑配合装入轴承内孔中。74
23、对操作者的要求合格的操作者应确保按GBT 24610的本部分以及相应轴承类型的其他部分进行振动测量。8测量系统的标定和鉴定评估81 总则应遵守文件化的标定程序进行标定，以保证测量前测量系统的标定是在标定有效期内。82系统部件的标定轴承振动测量系统中需要标定的基本元件如下：使轴承旋转的驱动单元；8GBT 246101-2009IS0 15242-1：2004轴承加载单元；将轴承振动转换成为电信号的传感器；处理信号的电子单元(放大器、滤波器、显示装置)。测量系统中的每一部分应保持在其原来设计的性能状态，并能在所控制的条件下进行校正。校正或标定应能追溯到国际测量标准或国家测量标准。以F是每个测量系统
24、的主要标定和确认项日：a)驱动单元1)主轴转速；2) 主轴的运动误差和残余振动；3)安装轴承的主轴心轴的状况(损伤、腐蚀、变形、尺寸变化等)。b)加载单元1)载荷大小；2)加载方向的对中；3)加载点的位置。c)传感器1)灵敏度和幅值线性度；2)频率响应；3)方向和位置。d) 电子单元(放大器、滤波器和显示装置)1)放大倍数和线性度；2)频率特性；3)仪表或数字显示器的指示精度。83系统性能评估如果测量足在轴承零件的相同位置上进行，并且使用同样的测量设备和测试参数，测量的重复性应在平均测值的10以内。注；测量系统的变化不包括被测轴承的变化。9GBT 246101-20091SO 152421：2
25、004附录A(资料性附录)需要考虑的接触谐振问题A1接触力如果传感器是用弹簧加载，则接触力应大于mXa(m为运动部分的质量，n为所测的最大加速度)以防止传感器与轴承外圈脱离接触。A2接触谐振传感器的触头，因其弹性模量，其作川就像弹簧一样，因此造成接触谐振。触头为球形时，情况就变得更为复杂，因为此时触头的作用就像具有变刚度的弹簧一样，刚度随载荷的增加而增大。E值越高，传感器触头半径r越大，则响应频率l厂的值就越大。表A1给出了一些例子，如半球形传感器触头(E一600 OFa)与传感器一起构成总运动质量?72以静态月F压在轴承外圈(E一200 GPa)外表面上，此时得出的，值。表A1接触谐振频率rt F m imm N g kHz1 1 9 65 1 1 12 61 5 1 126l l 5 43
