路径: 主页 > GB/T > 第376页 > GB/T 24610.1-2019 | 标准编号 | GB/T 24610.1-2019 (GB/T24610.1-2019) | | 中文名称 | 滚动轴承 振动测量方法 第1部分：基础 | | 英文名称 | Rolling bearings -- Measuring methods for vibration -- Part 1: Fundamentals | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J11 | | 国际标准分类 | 21.100.20 | | 字数估计 | 18,125 | | 发布日期 | 2019-10-18 | | 实施日期 | 2020-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 24610.1-2019
Rolling bearings--Measuring methods for vibration--Part 1: Fundamentals
ICS 21.100.20
J11
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 24610.1-2009
滚动轴承 振动测量方法
第1部分:基础
(ISO 15242-1:2015,IDT)
2019-10-18发布
2020-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅰ
引言 Ⅱ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 基本概念 3
5 测量程序 6
6 测量和评定方法 7
7 测量条件 9
8 测量系统的标定和鉴定评估 10
附录A(资料性附录) 需要考虑弹簧加载传感器的接触谐振问题 11
附录B(资料性附录) 位移、速度和加速度幅值的相关性 12
附录C(资料性附录) 心轴径向跳动和轴向跳动的测量 13
参考文献 14
前言
GB/T 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:具有圆柱孔和圆柱外表面的圆柱滚子轴承。
本部分为GB/T 24610的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 24610.1-2009《滚动轴承 振动测量方法 第1部分:基础》,与GB/T 24610.1-
2009相比,主要技术变化如下:
---删除了术语“刚度”“位移”“速度”“加速度”“通带”“指数平均有效速度”及其定义(见2009年版
的3.2、3.6、3.7、3.8、3.11、3.14);
---修改了“振动”“传感器”的定义和“均方根”的缩写形式(见3.2、3.3、3.7,2009年版的3.3、3.4、
3.13);
---增加了术语“尖锐脉冲”“脉冲”及其定义(见3.9、3.10);
---修改了测量程序的部分要求(见5.2、5.5,2009年版的5.2、5.5);
---修改了测量和评定方法的部分要求(见6.2、6.3、6.5,2009年版的6.2、6.3、6.5);
---修改了部分图形(见图4、图5、图6,2009年版的图2、图3、图4);
---修改了轴承的测量条件部分内容(见7.1,2009年版的7.1);
---修改了测试装置条件的部分要求(见7.3,2009年版的7.3);
---删除了“对操作者的要求”(见2009年版的7.4);
---修改了系统性能评估的要求(见8.3,2009年版的8.3);
---增加了资料性附录B“位移、速度和加速度幅值的相关性”和资料性附录C“心轴径向跳动和轴
向跳动的测量”。
本部分使用翻译法等同采用ISO 15242-1:2015《滚动轴承 振动测量方法 第1部分:基础》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 1800.2-2009 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(ISO 286-2:1988,MOD)
---GB/T 2298-2010 机械振动、冲击与状态监测 词汇(ISO 2041:2009,IDT)
---GB/T 6930-2002 滚动轴承 词汇(ISO 5593:1997,IDT)
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(SAC/TC98)归口。
本部分起草单位:杭州轴承试验研究中心有限公司、洛阳轴承研究所有限公司、福建省永安轴承有
限责任公司、慈兴集团有限公司、环驰轴承集团有限公司、重庆长江轴承股份有限公司、新昌县开源汽车
轴承有限公司、浙江美亚特精密机械有限公司、捷姆轴承集团有限公司、大连柏盛源科技有限公司。
本部分主要起草人:李兴林、赵丽雅、李飞雪、钱卫华、赵坤、陈银军、赵兴新、刘丹、周友华、张天平、
侯永强、张冬冬。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 24610.1-2009。
引 言
滚动轴承旋转时的振动是其一个重要运转特性。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,进而会导致系统损伤,甚至会造成健康问题。
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---GB/T 24610(所有部分)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。GB/T 24610(所有部分)仅列入了经过选择的轴承结构振动的测量
方法。
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,不同的评定方法使用不同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下的轴承振动性能进行评定。最终,还
应根据已知的轴承类型、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。但对于本部分而言,
只将某些适用范围十分广泛的方法确立为标准方法。
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GB/T 24610的其他部分规定。
滚动轴承 振动测量方法
第1部分:基础
1 范围
GB/T 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。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 286-2 产品几何技术规范(GPS) 线性尺寸公差ISO 代号体系 第2部分:标准公差等级和
monitoring-Vocabulary)
ISO 5593 滚动轴承 词汇(Rolingbearings-Vocabulary)
3 术语和定义
ISO 2041和ISO 5593界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
运动误差 errormotion
旋转轴线不希望有的径向或轴向(平移)运动或倾斜(角向)运动,但不包括由于温度或外加载荷变
化引起的运动。
3.2
振动 vibration
围绕某一平衡点的机械振荡。
注:该振荡可以是周期性的或随机的。
[源自ISO 2041:2009的2.1,做了修改]
3.3
传感器 transducer
以某种方式将能量从一种形式转换成另一种形式的装置,从而使输入能量所期望的特征在输出端
显示出来。
注1:输出通常是电参数。
注2:不推荐使用英语术语“pick-up”。
注3:测量振动使用的传感器主要类型有:
a) 压电加速度计;
b) 压阻加速度计;
c) 应变式加速度计;
d) 可变电阻传感器;
e) 静电(电容)传感器;
f) 粘丝(箔片)式应变计;
g) 可变磁阻传感器;
h) 磁致伸缩传感器;
i) 动导体传感器;
j) 动圈传感器;
k) 电感传感器;
l) 激光振动计。
注4:也可以使用其他类型的传感器,如动态力传感器,它们可将信号转换为位移、速度或加速度信号。
[源自ISO 2041:2009的4.1,做了修改---增加了注3和注4]
3.4
滤波器 filter;wavefilter
根据频率来分离振动的模拟或数字装置,使波的振动在一个或多个频带上的衰减相对较小,而在其
他频带上的衰减相对较大。
3.5
带通滤波器 band-passfilter
从大于零的下截止频率到限定的上截止频率的单一通带滤波器(3.4)。
3.6
截止频率 cut-offfrequency
fupp和flow
定义带通滤波器(3.5)的标称频率。
3.7
vrms(t)
在时间间隔T 内,振动速度平方的平均值,再取其平方根。
注1:均方根值也适用于位移和加速度。
注2:在本部分的2009年版中,均方根被缩写为r.m.s.。
3.8
基本周期 fundamentalperiod
周期 period
周期量函数重复出现时自变量的最小增量。
注:如果没有歧义,则基本周期可称为周期。
[源自ISO 2041:2009的2.32]
3.9
尖锐脉冲 spike
振幅单次明显、快速的瞬态变化,且超出了信号的一般水平。
注:图1为尖锐脉冲的例子。
说明:
1---尖锐脉冲。
图1 时域中的尖锐脉冲现象
3.10
脉冲 plus
振幅周期性明显、快速的瞬态变化,且超出了信号的一般水平。
注:图2为脉冲的例子。
图2 时域中的脉冲现象
4 基本概念
4.1 轴承振动测量
图3显示了轴承振动测量的基本要素及影响测量的因素。图3中的数字对应于本部分的各条
款号。
图3 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/或轴向载荷。一旋转
轴线可呈现六个基本自由度的运动,如图4所示,并列举如下:
---旋转运动,见图4b);
---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4c)
和图4d);
---轴向平移运动,即在平行于旋转轴线的方向上的平移运动,见图4e);
---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4f)
和图4g)。
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,而且在剩余五个自由度的任何一个或所有剩余五个自由度上呈
现刚性。例如,具有自调心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。其他轴承可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。
a) 显示轴线名称的一般情况
b) 与Z基准轴线同轴的旋转运动 c) 在X 方向的径向平移运动 d) 在Y方向的径向平移运动
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A为原点的倾斜运动
说明:
AB---Z基准轴线;
CD---旋转轴线。
图4 旋转轴线六个自由度的示意图
4.3 轴承运动误差
轴承共有五个非旋转自由度,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
在五个非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外加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固有的特性(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。
4.4 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
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。
随时间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和结构噪声。
5 测量程序
5.1 振动测量的基本原理
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的。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旋转频率旋转,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-个或多个用于表征振动的参数。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。
注:在不同的运转条件下,这些结果并不一定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3所示,它是各个要素的组合。本部分的相应条款给出了测量程序
各个要素的详细内容。
5.2 旋转频率
轴承振动测量时外圈静止,内圈以一恒定旋转频率旋转,旋转频率与轴承的尺寸和结构有关(见
GB/T 24610的特定类型部分);或者,测量时轴承也可以内圈静止,外圈旋转。在测量过程中,静止套
圈允许有小量的旋转运动。
在测试过程中,实际旋转频率不应超过标称旋转频率的+1-2%。
5.3 轴承旋转轴线的方位
测试轴承振动时,轴承的旋转轴线可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。
5.4 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于影响测量结果。
5.5 传感器
所测参量为被测套圈的径向或轴向振动。机电传感器将机械运动转换成以位移、速度或加速度为
单位的电信号。
当使用接触式传感器时,应注意保证传感器不能影响被测套圈的振动。但这种接触又需要足够牢
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
动是通过与被测套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)。
呈现的信号应为速度,因为它可以在很宽的频率范围内提供最佳的分辨率。被测套圈的振动运动
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。
由于声压与表面上的速度信号成比例,所以速度型传感器应优先选取。所选取的传感器应能够提供足
够宽泛的频率响应。
注:不同频率下位移、速度和加速度的相关性在附录B中给出。
6 测量和评定方法
6.1 测量的物理量
测量时设定的物理量为均方根振动速度,vrms(μm/s)。根据轴承类型,测量方向可为径向或者
轴向。
6.2 频域
速度信号应在一个或多个频带内分析,频带的范围取决于主轴的旋转频率。对于1800min-1
(30s-1)的旋转频率,频带的范围是从50Hz~10000Hz,具体频率范围在GB/T 24610的其他部分中
规定。
振动信号的窄带频谱分析可作为补充选项。
6.3 时域
被测轴承中的表面缺陷和/或污染常常造成时域速度信号的脉冲或尖锐脉冲,可以考虑将脉冲或尖
锐脉冲的检测作为一种补充选项。可以采用不同的评定方法。
6.4 传感器频率响应和滤波器特性
传感器的频率响应应在图5规定的范围内。
说明:
X ---频率,单位为赫兹(Hz);
Y ---输出信号/振动速度,单位为分贝(dB)。
注:对于在不同于设定值(50Hz~10000Hz)范围内进行的测量,最大允许区要做相应的调整。例如,如果在
3600min-1条件下测量,该区域要延伸到20000Hz;对于较低的旋转频率,范围要相应地往下扩展。
a 最大允许区。
图5 传感器频率响应特性
图5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10μm/s~3000μm/s的速度范围内,在整个频率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:与信号处理匹配的传感器的灵敏度应限定在±5%以内。信号处理的滤波器特性
应在图6规定的带通滤波器极限范围内。低于下截止频率(flow)64%的所有频率及高于上截止频率
(fupp)160%的所有频率,通带的衰减不应小于40dB。
说明:
X ---频率,单位为赫兹(Hz);
Y ---输出信号/振动速度,单位为分贝(dB)。
a 推荐区。
b 最大允许区。
c 标称下截止频率。
d 标称上截止频率。
图6 滤波器特性
6.5 时间-平均法
每一频带范围内速度信号的测量值,是振动示值稳定、旋转频率在1800min-1时、测试时间不小于
0.5s内的有代表性的时间-平均值的读数。所谓稳定,是指在平均值附近只有偶然的随机波动。
最小时间平均周期与主轴的旋转频率成反比。
均方根检波器的精度应在读数的±5%以内,且波峰因数高达5。
6.6 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GB/T 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户协商的极限值内。
7 测量条件
7.1 轴承的测量条件
7.1.1 预润滑轴承
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。
7.1.2 非预润滑轴承
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要求,此时不必清除防锈剂。
非预润滑轴承应根据轴承类型和大小,使用运动黏度在10mm2/s~100mm2/s之间并经精细过滤
的润滑油进行充分润滑。
润滑过程中应进行试运转,以使轴承内的润滑剂均匀分布。
7.2 测试环境条件
轴承应在不影响振动的环境中进行测试。
7.3 测试装置条件
7.3.1 主轴/心轴的刚度
用于支承和驱动轴承的主轴(包括心轴)的结构,不仅可传递旋转运动,而且还可作为旋转轴线的刚
性参照系。在使用的频带范围内,主轴/心轴和轴承之间振动的传递与所测量的振动速度相比,可以忽
略不计。
7.3.2 加载机构
用于对轴承被测套圈施加载荷的加载系统的结构,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,并能够保证轴承的正常运转。
7.3.3 轴承外加载荷的大小和对中精度
特定轴承类型的详细规定按GB/T 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GB/T 24610的其他部分。
7.3.5 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ISO 286-2中f5级的规定,且具有最小的
几何误差,确保心轴以滑配合装入轴承内孔中。
应控制径向和轴向跳动,以便不影响测试。跳动应采用附录C给出的装置进行测量。
7.3.6 其他
测量系统包括有附加的振动源,例如,驱动电机或油泵马达,这些振动源将会影响测量的振动值。
更多信息在GB/T 24610的其他部分给出。
8 测量系统的标定和鉴定评估
8.1 总则
应遵守已建立的标定程序。
8.2 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;
---轴承加载单元;
---将轴承振动转换成为电信号的传感器;
---信号处理装置(放大器、滤波器、显示装置)。
测量系统中的每一部分应保持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。以下是每个测量系统的主要标定和确认项目:
a) 驱动单元:
1) 主轴旋转频率;
2) 主轴的运动误差和残留振动;
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) 信号处理装置(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。
8.3 系统性能评估
使用同一测量设备和测试参数对三套轴承进行测量:
---选择经过适当润滑的基准轴承;
---测量始终是在轴承相同的方位上进行;
---基准轴承始终沿同一方向旋转;
---测量过程中对轴承卸载、加载,加载时保证静止套圈在所有测试中都处于相同的角位置;
---用至少3套不同的基准轴承重复测量至少10次。
对于这三套轴承,三个频带的测量重复性应在每套轴承平均测值的±15%以内。
附 录 A
(资料性附录)
需要考虑弹簧加载传感器的接触谐振问题
A.1 接触力
如果传感器是用弹簧加载,则接触力要大于m×a(m 为运动部分的质量,a 为所测的最大加速
度),以防止传感器与被测套圈脱离接触。
A.2 接触谐振
传感器的触头,因其弹性模量E,其作用就像弹簧一样,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f的值就越大。表A.1给出了一些例子,如半球形传感器触头
(E=600GPa)与传感器一起构成总运动质量m 以静态力F 压在被测套圈(......
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