基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

格式：docx
大小：42.16 KB
文档页数：9

下载文档原格式

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

李松生周鹏黄晓陈斌陈剑
（上海大学机电工程与自动化学院上海２０００７２）
摘要：超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性，是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一。在油气润滑条件下，利用超高转速电主轴结构，通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数，测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度，对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究。结果表明，转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素，对应于某一转速等特定工况，总存在一个最佳供油量，使轴承能够处于最佳润滑状态；在超高转速条件下，轴承内部会出现严重的 “乏油 ” 现象，易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等。
关键词：超高转速；主轴轴承；润滑性能；乏油现象；最佳供油量中图分类号：ＴＨ１１７．１文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２０１１）１０—０２５—４
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃ
ＳｐｉｎｄｌｅＢｅａｒｉｎｇｓＲｕｎｎｉｎｇｉｎＵｌｔｒａＨｉｇｈＳｐｅｅｄＬｕｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＯｉｌ－ａｉｒ
ＬｉＳｏｎｇｓｈｅｎｇＺｈｏｕＰｅｎｇＨｕａｎｇＸｉａｏＣｈｅｎＢｉｎＣｈｅｎＪｉａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｅｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）

电主轴油气润滑方式

电主轴油气润滑方式简介：在机加工行业，高速电主轴油气润滑系统的应用逐步增多，电主轴润滑使用油气润滑被越来越多的技术人员接受并使用。

维持电主轴高速运行时的精度和稳定性至关重要，需要使用油量可调可控的油气润滑方式控制轴承温度的升...在机加工行业，高速电主轴油气润滑系统的应用逐步增多，电主轴润滑使用油气润滑被越来越多的技术人员接受并使用。

维持电主轴高速运行时的精度和稳定性至关重要，需要使用油量可调可控的油气润滑方式控制轴承温度的升高。

电主轴的润滑方式通常有以下三种：油脂润滑、油雾润滑、油气润滑。

这三种润滑通常应用在不同的场合，也有各自的优点：一、在主轴上，使用油脂润滑比较简单、易用，通用性较强，主要适用于低转速的主轴运转；二、油雾润滑，其原理是润滑油被油雾发生器雾化为细小的微粒与压缩空气混合被输送到轴承的润滑点，油雾润滑冷却和润滑效果都非常良好，使用的系统设备简单，使用及维护非常容易。

但传统的油雾润滑技术耗油量较大，在供给润滑油过程中，对防护措施要求比较严格，容易腐蚀机械设备、也会给周围环境造成污染，供油量很难进行精确控制。

三、油气润滑，其原理是压缩空气将定量少量的润滑油连续不断，非常精准的输送到电主轴的轴承上加以润滑，这种润滑方式，在能源危机和环境保护意识日益增强的形势下是非常适合的！电主轴油气润滑精准少量的供油方式不但不会造成环境污染，而且还节约了大量能源，另外，也大大提高了电主轴运行的稳定性与可靠性，提高轴承使用寿命，降低运行成本，压缩空气也能带走轴承高速转动所产生的热量。

目前，在电主轴油气润滑领域，多普赛的威普4油气润滑装置和斯普图尔经济型润滑装置应用较多，主要用在高速电主轴上。

装置可以根据轴承的大小精确提供适量的润滑油，也可以根据实际的运行情况调整供油量，是非常适合用于高速电主轴的油气润滑系统。

油气润滑技术在加工中心主轴润滑中的应用

Ｇ８２Ｘ３３Ｚ一４２Ｐ２８．３３８Ｆ６／／第一层右侧粗加工．留２。精加工
Ｇ８２Ｘ３１．５Ｚ一４２Ｐ２Ｆ６Ｇ８２Ｘ３０Ｚ一４２Ｐ２Ｆ６Ｇ８２Ｘ２９．５Ｚ一４２Ｐ２Ｆ６Ｇ８２Ｘ２９Ｚ一４２Ｐ２Ｆ６
Ｇ８２Ｘ３０Ｚ一４２Ｐ２８．３３８Ｆ６／／第三层右侧粗加工，留２。精加工
Ｇ８２Ｘ２９．５Ｚ一４２Ｐ２８．３３８Ｆ６／／第四层右侧粗加工．留２。精加工
床研究和发展中有重要意义，电主轴轴承系统发热分
析及控制措施在高速主轴系统中至关重要，是高速、高
精度机床必须考虑和解决的关键技术问题之一。
收稿日期：２０１２年１２月
气混合装置中，并在油气混合装置中与压缩空气混合
１．２高速电主轴的润滑方法
的“ 零传动 ” 。内装式电机轴承的摩擦发热不可忽视，在高速加工中，电主轴的热变形已成为影响机床加工精
度的主要因素，机床热变形造成加工误差达到零件总加工误差的６０％～８０％。电主轴轴承在高速下的剧烈摩擦发热使主轴产生热变形，甚至引起主轴系统失效，大大阻碍了新技术的发展。因此，油气润滑技术在高速机

油-气润滑参数对高速电主轴滚动轴承温升的影响

的三个主要参数：滑油的运动黏度、缩空气压力、润压
压缩空气流量对精密角接触球轴承的温升影响。高速电主轴的热态特性分析包括两个部分：热源分析和散热分析。本文主要讨论与角接触球轴承相关的两个部分：角接触球轴承的生热和角接触球轴承与油气润滑系统之间的对流换热。
的压力一般在０３－．５ａ之间，过周围空气的压．５０４ＭＰ超力（为０１～．ａ两倍以上，此压缩空气流出约．５０２ＭＰ）因速度可达到音速。压缩空气由喷嘴冲出后，周围空气与之间具有很大的速度梯度，体质点间进行动量交换，流
２兰州理工大学机电工摘
要：气润滑系统是高速电主轴单元的重要组成部分，油～它对高速电主轴滚动轴承的热态特性有着重要的影响。
分析润滑油运动黏度、缩空气压力、缩空气流量在不同转速条件下对轴承温升的影响，过对比分析得到三者对轴承压压通
的因数，角接触球轴承
．
＝．０１Ｐ为轴承的等效静载００；ｏ
荷，；ｏ轴承额定静载荷，；为决定摩擦力矩的ＮＣ为Ｎ尸】当量动载荷，Ｎ。

高速立式加工中心电主轴的振动测试及频谱分析

动分量转变成电信号并将电信号输入到测量放大系统中．之后再对其进行信号处理
１．２电主轴测试系统的组成
电主轴在高速运转时．电主轴系统会发生振动通过在电主轴前端与后端贴装加速度传感器采集加速度信号．之后对加速度信号进行处理得到电主轴的振动信号。
随着社会的发展以及科技水平的提高．高速数控
机床作为装备制造业的战略性产业．是装备制造业的技术基础和主要发展方向高速立式加工中心的主要特点为高速、高精度、高稳定性。电主轴作为高速立式
要求的运动以外．其它一切偏离理想位置的运动为主轴振动。电主轴端部的振动量，主要应用加速度传感器
２电主轴的频谱分析
加速度传感器安装在主轴端部．传感器拾取振动信号，并将此振动信号通过电缆传人到振动分析仪．在电脑屏幕上显示一条幅值随时间变化的曲线在时域
及实际的生产加工过程提供依据
１电主轴的基本结构及振动测试
如图１所示．为高速立式加工中心电主轴的基本结构图。其额定功率为２２ｋＷ，额定扭矩为３４Ｎ・ｎｌ。最

高速电主轴油气润滑流场仿真分析

ｔｉｏｎｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｗｈｅｎｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｌｕｆｉｄｌｆｏｗｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｏｔｏｉｚｒｅｄｓｐｉｎｄｌｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｓ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅｇａｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔａｔｏｒａｎｄｒｏｔｏｒｏｆｍｏｔｏｒｉｚｅｄｓｐｉｎｄｌｅｏｎｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｌｆｏｗｉｆｅｌｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｌｏａｎｇｗｉｔｈｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｌｆｕｉｄｌｆｏｗｓｐｅｅｄｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｅｎｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｓｐｅｅｄｅｘｃｅｅｄｓａｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅ，ｔｈｅｌｕｂｉｃｒａｔｉｏｎｌｕｆｉｄｌｏｆｗｉｅｆｌｄｃｈａｎｇｅｓｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙａｎｄｔｈｅａｒｅａｏｆｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｅｄｏｆｏｕｔｌｅｔｌｆｏｗｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙ９０ａｎｇｌｅｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｌｕｆｉｄｌｏｆｗｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｏｔｏｒｓｔａｔｏｒｇａｐ，ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｉｆｅｌｄｉｎｔｈｅａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｗｓｉｆｒｓｔｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｔｒｅｎｄ，ａｎｄｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｄｅｃｒｅａｓｅｔｒｅｎｄｆｒｏｍｔｈｅｒｏｔｏｒｓｕｒｆａｃｅｔｏｔｈｅｓｔａｔｏｒｓｕｆａｒｃｅｉｎｔｈｅｒａ —

风力发电机组主轴润滑与废油收集系统的研究

风力发电机组主轴润滑与废油收集系统的研究发布时间：2022-04-19T10:51:02.572Z 来源：《中国电力企业管理》2022年1月作者：任丹丹[导读] 本文根据某风电场双馈风电机组运行实际情况，通过对该机组润滑系统在运行中发现的缺陷、存在的问题等方面研究，提出了在该类型风电机组主轴是加装润滑与废油收集系统的方法。

大唐湖北新能源有限公司任丹丹 430070摘要：本文根据某风电场双馈风电机组运行实际情况，通过对该机组润滑系统在运行中发现的缺陷、存在的问题等方面研究，提出了在该类型风电机组主轴是加装润滑与废油收集系统的方法。

关键词：风电机组主轴润滑收集系统一、风力发电机组润滑现状（一）研究风力发电机组润滑意义风力发电机组属于大型高精度、高价值运转设备，风机的所有轴承、齿轮等部件均处于频繁启停、高负荷连续运转的工况条件下，且风电场多集中高山、荒野、海滩、海岛等偏远地区，其恶劣的自然环境对设备造成严重侵害，加之设备高度较高，维修保养十分不便。

因此对其保养维护提出更高、更严格的要求非常必要，以确保风力发电机可靠稳定地长期运转。

风力发电机组的变桨轴承、偏航轴承、主轴轴承和发电机轴承是风电机组的重要部件，其转动正常与否直接影响风机运行，该类轴承受力情况复杂，承受的冲击和振动也比较大，普遍采用稠度近于NLGI--2#的油脂进行润滑。

据统计，轴承使用中的损坏约55%是润滑不良造成的。

导致润滑不良的原因常见的主要有润滑油品选择不当、油封密封不严、润滑油品加注方法不科学、轴承内废旧油脂和磨屑不能及时排出等因素；其中，系统配置递进式分油器堵塞致整套润滑系统瘫痪是目前风电机组轴承润滑不良的主要因素。

另外，废旧油脂不能及时排出，致使废旧油脂和磨屑充满轴承内腔，形成梗阻，阻碍新鲜油脂的顺利注入，使轴承滚珠表面难以形成保护油膜，持续注入轴承内腔的新油脂在进油口处就胀破油封造成泄漏，轴承不仅失去润滑，而且长期与变质的废旧油脂和磨屑摩擦，久之将轴承损坏，因此确保轴承润滑系统正常运行就显得非常迫切。

电主轴助力高精高速高效加工——我国高性能机床主轴技术现状分析

径向刚度＞０ｉ。湖南大学针对超高速外圆／５０Ｎ・ｎ凸
轮轴磨床开发了电动机内置式液体（）静压电主动轴，额定功率和最高转速达３ｋ、１０ｒｎ５Ｗ０Ｏ０／，ｍｉ
国际先进水平：在ＰＢＣ板高速钻削用电主轴领域，已大面积推广应用１０００８０ｒｎ２～１０００／气静压０ｍｉ
现代工业对机床加工精度和加工效率要求的不断提
高，机床对主轴性能的要求也越来越高，传统的高速主轴概念已难以充分描述机床主轴的技术内涵。
磨损小，寿命长，在精密超精密机床上获得了广泛
应用，其主要技术难点在于控制高速时主轴的温升和热变形。气体轴承电主轴以 “ 膜 ”作为支撑，气
Ｏ６，
参磊‘ ‘ 加，两Ｉ朋Ｉ。冷工。— 冲，
Ｅ
用油气润滑和强制水冷方式。沈阳建筑大学开发限公司开发了系列（）静压主轴产品，额定功率动
高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元最高转速达到
我国高性能机床主轴技术现状分析
湖南大学国家高效磨削工程中心教授熊万里
优点，其极限转速高、精度高、刚度高，在加工中
高性能机床主轴概述
机床主轴是机床的核心部件，其功能是带动刀具（轮）或工件旋转，实现高速精密加工。随着砂
具有轴承动态预紧调整功能。 ③平均无故障运行时间 ≥５Ｏ０。 ④主轴回转精度＜１ｍ。⑤轴系统０ｈ．０刚度 ≥３０Ｉ。 ⑥动平衡精度Ｇ．级。⑦ 恒功０Ｎ・ＴＩＯ４

HDBS系列高速卧式加工中心电主轴油气润滑系统

第９期
２１０１年９月
组合机床与自动化加工技术
ＭｏｕｌｒＭａｈｎｅＴｏｌ＆ＡｕｔｍａｔｃＭａｆｃｕｉｇＴｅｈｎｑｕｄａｃｉｏｏｉｎｕａｔｒｎｃｉｅ
ＮＯ９．Ｓｐ．２１ｅ０１
ＧＡ０Ｌｎ．ＪＡＮＧＭｅ — ａＵＸｕｙｎｉｇＩｉ，Ｊｉ — ｏｇｎ
（ｌｎＤｒｇｎＭａｈｎｏｌＣＯ；ＴＤａｉａｏｃｉｅＴｏａＬＤ，ＴｃｎｃｌＣｎｅ，ＤｌｎＬａｎｎ１６０，Ｃｉａｅｈｉａｅｔｒａｉｉｏｉｇ１６２ａｈｎ）
中图分类号：Ｈ６Ｔ６Ｔ１；Ｇ５文献标识码：Ａ
Ａｐｐｌａｉｎｏｉ－ｉｂｒｃｔｏｉｈｅｉｎｏｏｅｉｅｐｉｄｌｏａｈｉｉｎｅｉｔｏｆＯｌａｒＬｕｉａｉｎｎｔｅＤｓｇｆＭｔｒｚｄＳｎｅｆｒＭｃｎｎｇＣｅｔｒｃ
０引言
随着现代工业生产向着高速、效方向发展，高高速加工机床得到了越来越多的应用。作为高速加工
１油气润滑工作原理及优点
油气润滑是利用压缩空气在管道内的流动带动润滑油沿管道内壁连续不断的流动将油气混合并输送至各个润滑点。压缩空气以恒定的压力（．０３～０４ａ连续供给，润滑油是根据各个润滑点的耗．ＭＰ）而

电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_二_

・电主轴技术讲座・Seminar on Motorized Spindle第二讲　电主轴的基本参数与结构(二)Lesson ⅡMain Specifications and Struc ture of Motorized Spindle (Ⅱ)周延李中行5　润滑滚动轴承在高速回转时,正确的润滑极为重要,稍有不慎,将会造成轴承因过热而烧坏。

当前电主轴主要有两种润滑方式。

(1)油脂润滑　是一次性永久润滑,不需任何附加装置和特别维护。

但其温升较高,允许轴承工作的最高转速较低,一般d m n 值在110×106以下。

在使用混合轴承条件下,其d m n 值可以提高25%～35%。

(2)油2气润滑　是一种新型的、较为理想的方式,图8为其润滑系统原理图。

它利用分配阀对所需润滑的不同部位,按照其实际需要,定时(间歇)、定量(最佳微量)地供给油2气混合物,能保证轴承的各个不同部位既不缺润滑油,又不会因润滑油过量而造成更大的温升,并可将油雾污染降至最低程度,其d m n 值可达119×106。

为了保证装置的正常工作,德国GMN 公司还规定:油2气润滑用油的清洁度要达到ISO4406的13/10级标准。

油2气润滑装置外观见图9。

油2气润滑装置一般由专业的润滑功能部件公司设计制造。

电主轴公司选购以后,设定不同的定时、定量值和选定含某种特别添加剂的油,再成套供应给电主轴用户。

其他润滑装置还有油雾润滑。

尽管其价格比较便宜,但它污染环境,损害工人健康。

国外电主轴公司已不再向用户提供油雾润滑装置。

6　轴承类型与润滑方式的组合国外多数电主轴公司可以为套筒外径尺寸相同、功率相同的电主轴提供3种或2种轴承类型和润滑方式的组合。

它们分别具有不同的最高转速,以供用户选择。

例如,瑞士IBA G 公司提供的3种组合方式为:混合轴承配油2气润滑,最高转速为n 1;钢轴承配油2气润滑,最高转速为n 2;混合轴承配油脂润滑,最高转速为n 3。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究李松生;周鹏;黄晓;陈斌;陈剑【摘要】The lubricating performance is one of the main factors to limit the increase of spindle bearing speed and influence the dynamic stability of the spindle bearings running in ultra high speed. Under the oil-air lubricating condition the lubricating performances of the ultra high speed electric spindle were studied by changing the oil-supply, the working speed, the axial preload of the bearings and so on, and measuring the resistance of the oil film and the temperature of the bearing which affect the lubricating performances of the bearings. The results show that the working speed and the oil-supply are the important factors affect the lubricating performances of the spindle bearings, and in a speed there will be an oil-supply that makes the bearing be in the optimal lubrication state. In ultra high speed, it could appear serious starved phenomenon in bearings.%超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)010【总页数】5页(P25-28,44)【关键词】超高转速;主轴轴承;润滑性能;乏油现象;最佳供油量【作者】李松生;周鹏;黄晓;陈斌;陈剑【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TH117.1电主轴是将主轴电机内装，将电机和主轴结合为一体，实现电机和主轴一体化功能的部件。

随着高速和超高速磨削技术的发展，各种磨床对电主轴转速的要求越来越高，目前，内圆磨床用超高转速电主轴的转速已经超过1×105r/min，最高转速甚至达到3×105r/min。

作为超高转速电主轴支承的角接触球轴承(通常称为主轴轴承)，往往处于超高速运行状态，常常达到和超过轴承设计所允许的极限转速，轴承的速度参数Dmn值达到2.5×106mm·r/min，甚至更高［1］。

为了实现超高转速运行和保持良好的动态稳定性，主轴轴承多采用有利于提高轴承极限转速的油雾或油气润滑技术。

但是，随着电主轴转速、供油量、轴承预载荷等工况条件的变化，主轴轴承内部的润滑状态和润滑性能会发生很大变化，因此影响和制约着轴承极限转速的提高和轴承运行过程中的动态稳定性，甚至发生因润滑失效而导致轴承早期损坏的现象。

所以，分析研究主轴轴承在超高转速运行条件下的润滑性能，对于实现超高转速稳定运行和进一步提高电主轴所能够达到的最高工作转速至关重要［2］。

很多文献对轴承内部润滑性能进行了理论仿真分析和试验研究。

蒋兴奇［3］分析了高速主轴轴承的摩擦力矩、运动、载荷和刚度，研究了轴承的热特性、设计和应用参数对速度和动力学性能的影响;黄晓明［4］对高速电主轴轴承的摩擦发热以及油气润滑系统的散热特性进行了分析;胡志宏等［5］采用多重网格法分析了油气润滑超高速主轴轴承在不同结构参数和工况条件下内部各接触区域的润滑状态;李松生等［6］则通过分析超高速电主轴轴承内部润滑的基本特点，对主轴轴承在超高速运行条件下的内部润滑状态进行了分析;左涛涛等［7］基于油雾润滑，对高速电主轴进行了断油性能的试验研究;刘建海等［8］利用油层恢复模型对滚动轴承的乏油润滑进行了分析计算;谭洪恩等［9－10］对点线接触弹流润滑的供油条件的退化进行了分析，并分析供油油膜厚度、中心膜厚、最小膜厚和润滑油油膜压力区形成位置与润滑次数的关系。

Wedeven等［11］最先通过光干涉实验分析了滚动轴承的乏油润滑现象;Chevalier等［12］分析了点接触乏油现象以及入口区油膜分布对其影响;Venner等［13］研究了接触点表面波纹对乏油弹流润滑的影响。

本文作者采用实验的方法，利用油气润滑的超高转速电主轴，对其内部的主轴轴承的润滑性能进行了试验研究，并对试验结果进行了分析研究。

1 轴承润滑状态性能测试1.1 试验装置油气润滑的超高转速电主轴，是由图1所示的油气润滑装置，通过专用管道向电主轴内部的主轴轴承输送油气混合物，由于油气润滑装置中的定量分配器和定时器相结合可以将微量的润滑油分别精确定量地连续供给每一套主轴轴承，微小油滴使球滚动体和内、外圈滚道上形成弹流动压润滑油膜［14］。

图2所示的试验用超高转速电主轴，其最高转速为1×105 r/min，主轴轴承为两套SNFA品牌的VEX8角接触球轴承，组成电主轴的前后支承，并通过轴向圆柱螺旋弹簧对轴承施加轴向预载荷，两路油气输送管道分别向前、后轴承供给油气;电主轴外壳有冷却水通道，通过循环水对内装电机的定子进行冷却，电主轴的运转通过变频器驱动，改变变频器的输出频率即可实现电主轴的调速。

图1 油气润滑系统Fig 1 Oil-air lubrication system图2 电主轴结构原理图Fig 2 Configuration principle picture of electric spindle试验系统如图3所示，在电主轴运行过程中，通过测量电主轴外壳和转轴伸出端之间的电阻值以考察轴承内部油膜电阻的变化情况，与此同时，用温度仪检测主轴轴承外圈附近前轴承座表面的温度，以考察轴承内部温升的变化，与油膜电阻一起实现对轴承内部润滑状态的评价。

试验时由电主轴的外壳－轴承外圈－润滑油膜－轴承内圈－转轴等一起构成测量油膜电阻的回路［15］，油膜电阻值在一定程度上反映了球滚动体与内、外圈滚道之间弹流润滑的稳定状态和油膜厚度状况，油膜电阻值和油膜的厚度成正比;轴承外圈附近前轴承座表面的温升则反映了轴承内部发热的状态，也可在一定程度上间接反映轴承内部的润滑状态。

图3 试验装置Fig 3 Experimental equipment试验时，电主轴转速的调节范围为6000～1×105r/min，通过改变供油量、转速、轴向预载荷等，测量外壳和转轴之间的电阻、轴承外圈附近的温升等。

1.2 试验参数测试用电主轴内部主轴轴承及其他相关参数如表1所示。

表1 试验参数Table 1 Experimental parameters参数数值(型号)M3/PB1/1MPK-0.075/G1/2-EASY轴承型号 VEX8内圈曲率系数f2 0.54外圈曲率系数f1 0.57球直径DW/mm 3.969球数Z 8接触角α0/(°) 15润滑油黏度(20℃)η/(Pa·s)油气润滑系统0.07572 试验结果及分析2.1 供油量对轴承润滑特性的影响通过改变油气润滑装置的供油间隔时间来调节向轴承内部的供油量，试验和测量不同供油量下主轴轴承内部的润滑状态和润滑特性。

试验时轴承的轴向预载荷为40 N。

图4，5分别示出了供油量对油膜电阻值和轴承温升的影响，可以看出，当每套轴承的供油量较小时，润滑油膜的电阻值很小，表明润滑油膜厚度较小，轴承内部处于缺油状态，球在内、外套圈滚道上无法形成稳定和有效的弹流润滑，接触摩擦严重，轴承部位的温升较高;当供油量继续增加，达到0.15 mL/min时，油膜电阻达到最大值，此时弹流油膜的厚度较厚，轴承部位的温升也相对较低，表明轴承内部处于最佳润滑状态，此供油量应该就是该工况条件下的最佳供油量。

当供油量继续增大时，轴承内部逐渐处于富油润滑状态，滚道上多余润滑油高速搅动所产生的热量因供油量的增加而加剧，因此造成轴承内部温度升高，润滑油的黏度等物理力学性能发生变化导致弹流润滑油膜变薄，故轴承部位的温升增加，油膜电阻呈减小的趋势。

图4 供油量对油膜电阻值的影响Fig 4 The impact of the oil supply quantity on the resistance of the oil film图5 供油量对轴承温升的影响Fig 5 The impact of the oil supply quantity on the temperature of the bearing2.2 转速对轴承润滑特性的影响经典弹性流体动力润滑理论认为，油膜的厚度会随着转速的提高而相应增大。

本文试验过程中，设定每套轴承的供油量为0.15 mL/min，轴向预载荷为40 N，运行转速在6000～1×105r/min之间进行调节。

如图6所示，调节变频器驱动频率，当运行转速从6000 r/min逐步升高到1×105r/min时，开始阶段轴承内部的油膜电阻呈显著增大的倾向，符合润滑理论对油膜厚度的预测趋势［16］;而当转速继续升高时，油膜电阻则反而呈不断减小的趋势，这是由于当转速升高到一定程度时，相邻球滚动体相继连续快速滚过同一接触点，使得分开的油层来不及恢复至滚道内就进入下一次接触，即出现“乏油”润滑的现象［15］，导致球在内、外圈滚道上的弹流润滑不充分、油膜变薄所致。

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

合集下载