邓四二　夏新涛　颉谭成　王连生　张亮 摘要：提出高品质低噪音滚动轴承的新概念，综述了低噪音轴承研究中的非线性振动与快速傅立叶变换、异音与频率以及噪声与振动的关系，指出高品质低噪音的噪声研究发展方向。 关键词：滚动轴承；低噪声；振动；高品质轴承 《中图法》分类号：TH133.33-101　　　文献标识码：A 文章编号：1000-5080(2000)01-0029-03 The Rolling Bearing with High Properties and Low Noise DENG Si-Er　XIA Xin-Tao　XIE Tan-Cheng　WANG Lian-Sheng （Dep. of Mech. & Electr. Eng.,Luoyang Inst. of Technol.,Luoyang 471039,China） ZHANG Liang （ Zhongzhou Aluminium Factory,Jiaozuo 471000,China) Abstract：The authors advanced the new concept of rolling bearing with high properties and low noise, and analysed the relations between the nonlinear vibration and the fast Fourier transform method, between the strange sound and the frequency and between the noise and the vibration in the research of rolling bearing with low niose. Finally, the authors pointed out the future development of rolling bearing with high properies and low noise. Key Words:Antifriction bearing; Low noise; Vibration;Bearing with high properties 0　前言 高品质低噪音滚动轴承是低噪音轴承理论和应用领域的概念。国内现行的低噪音轴承实际上属于低振动轴承，其主要技术指标为轴承在一定轴向负荷下内圈以一定转速转动时外圈的纯径向振动加速度或振动速度的有效值，用加速度或速度传感器提取轴承的时域信号。　　高品质低噪音轴承是真正意义上的低噪音轴承，其主要技术指标为轴承以一定转速转动时所产生声音的强度和频率（统称噪声）以及强度和频率保持的时间（称为噪声寿命）。在测量噪声时，使用高质量的麦克风在规定的背景噪声环境下以一定的距离和方向提取轴承的时域信号。 1　基本概念 噪声寿命是低噪音轴承研究中的一个全新课题。它是指在一定的可靠性下，轴承声音的强度和频率正常保持的时间。声音的强度即人耳主观感觉到的声音的大小，可以用声强、声压或声压级表示。　　声强是声音在单位时间内通过垂直于给定传播方向的单位面积上的能量。对于无反射声存在的自由声场，点声源声强的大小一般和声源功率成正比，和离开声源的距离的平方成反比。声强一般用声压表示。声压是指被测量的声波在传播过程中引起的空气压强的变化量。　　分贝（dB）可以作为声压级的单位。声压级是某一声压与基准声压之比的常用对数乘以20。基准声压为1000 Hz时听阈声压，可取为2×105 N/m2 。与声压级类似，还可以用声强级来描述声强。　　声音的频率（Hz）一般是指单位时间内声源振动的次数。可用于描述人耳主观感觉到的音调的高低。人类可听声的频率范围一般在20 Hz～20000 Hz，也是噪声研究应包含的频率范围。研究表明［1］：声音的强度依赖于它的声强级和频率；声音的音调则主要取决于它的频率，与声强也有一定的关系。 2　轴承噪声研究中的问题 2.1　非线性振动与快速傅立叶变换（FFT） 具有单一频率的声音叫纯音。轴承噪声中的纯音是罕见的。传统的观点认为轴承噪声可以看作是由不同强度和不同频率的纯音复合而成的复音，因而可以用FFT方法研究轴承噪声的频谱图。但是，即使是一个简单的矩形或δ时域脉冲，在FFT频谱图中就可表现为丰富的谐波成分，而具有丰富谐波成分的FFT频谱图，却不能判断出时域信号是否是矩形或δ脉冲。尤其是，由于FFT属于一种拘泥于线性的频率变换方法，所以仅能真实反映线性振动的幅频关系，而歪曲非线性振动的幅频关系。然而，非线性接触变形［2］可以导致轴承振动是非线性振动，因而不宜采用FFT方法分析噪声频率的构成。　　除了钢球和套圈沟道的非线性接触变形以外，钢球和保持架的相互摩擦与碰撞、轴承游隙的变化、轴承套圈的柔性以及油脂动态特性等因素都具有非线性特征，同时，轴承中每一个零件相对其理想运动都有多个运动自由度，因此，滚动轴承在工作中的运动必然属于n维非线性动力学范畴。而目前轴承工程界对轴承动态性能的研究［3］，基本上仍处于早期的线性理论范畴，于是出现了许多问题。例如，理论模型解的周期性和实验信号的不确定性有较大差异、理论上的激励频率和实验中的亚谐振频率相差甚远、振动和噪声时域信号的不确定性等问题很难用线性理论解释。有人将上述问题称之为动态性能的随机行为，由随机误差引起，这是不恰当的。因为随机误差可以表现为不确定性，但不确定性并非仅仅来源于随机误差。现代非线性动力学理论指出：确定的动力学方程也会产生不可预见性，即所谓的混沌现象。尤其在高速旋转机械中，时有分岔、混沌［4］、振幅跳跃和亚共振现象发生［5,6］。这样，在FFT频谱图上的某些呈现出某种规律的谐波、低频谐波和不确定谐波（看起来象随机谐波）等，实际上来自非线性振动。因此，可以用非线性动力学理论解释上述问题。　　多次测量一套轴承时，其噪声时域信号的不重复性，是非线性的