電主軸軸承油氣潤滑試驗分析

姚銀歌，郭麗娟，王廣輝

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 引言

高速電主軸是機床的重要部件，其潤滑方式分為油脂、油霧和油氣3種。

(1)油脂潤滑適用于中低速電主軸，結(jié)構(gòu)簡單，屬一次性注油，使用方便，成本較低。

(2)油霧潤滑的工作原理是將潔凈的加壓氣體通入二次霧化裝置，由其對潤滑油進行霧化，形成持續(xù)不斷的高壓油霧對軸承進行潤滑和冷卻，相對于油脂潤滑提高了軸承的臨界轉(zhuǎn)速，但油霧潤滑系統(tǒng)可控性較差，主軸軸承在高轉(zhuǎn)速時攪油發(fā)熱嚴重，廢氣自然排放到外部空間，對周邊環(huán)境造成污染，不是一種理想的潤滑方式。

(3)油氣潤滑的工作原理是通過16位機控制定量泵的泵油頻率，以此對潤滑油進行精確分配，潔凈的加壓氣體攜帶精確分配的潤滑油持續(xù)不斷地供給軸承，對軸承進行潤滑的同時起到散熱的作用。其供油量可控，軸承發(fā)熱低，冷卻效果好，溫升低，幾乎不污染周邊環(huán)境，是電主軸軸承的理想潤滑方式[1]，缺點是成本較高。

目前油氣潤滑型電主軸油氣量大小無統(tǒng)一的標準，泵油間隔時間完全憑經(jīng)驗選取。要使振動值和軸承溫度達到最佳，油量控制非常重要。泵油間隔時間短(油氣量大)時，油量多，軸承攪油發(fā)熱，徑向游隙減小，軸承容易脹死；泵油間隔時間長(油氣量小)時，軸承潤滑不充分，鋼球和溝道處于邊界潤滑或甚至是干摩擦狀態(tài)，鋼球易產(chǎn)生振動，振動值大時不僅降低軸承的精度壽命，也會引起軸承溫升過高，燒毀軸承[2]。因此，分析確定最佳的油氣量對電主軸軸承的正常運行至關(guān)重要。

2 試驗

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

(1)觀察油氣潤滑型電主軸油氣量對軸承振動及發(fā)熱的影響；(2)確定最佳的油氣量，即最佳泵油間隔時間。

2.2 試驗儀器及裝置

VFD150V43A變頻控制器、MIXAIR 2油氣潤滑裝置、DZ-2振動測量儀、170MD36Q13.6型電主軸(ZYS)、VX6108R/A8/C4/U/TP4數(shù)顯溫度傳感器及MCW-15C-04精密水冷機。

其中，電主軸前軸承采用2-VEX45/NS，后軸承采用2-VEX35/NS；潤滑油采用32#汽輪機油；2級電動機。氣源進氣壓力0.5～0.8 MPa，出氣壓力0.2～0.25 MPa。

2.3 試驗方法

將水冷機、溫度傳感器、油氣潤滑裝置、變頻控制器按電主軸工作狀態(tài)接線。其中，溫度傳感器的兩觸頭分別接在前、后軸承所在位置的殼體上，接線原理圖如圖1所示?？紤]軸承全速運行時發(fā)熱及振動對油氣量變化較敏感，故將變頻控制器頻率調(diào)至600 Hz，電主軸轉(zhuǎn)速為36 000 r/min，空載運行進行試驗。泵油量為每次0.06 mL。

2.4 結(jié)果與分析

采集3組試驗數(shù)據(jù)進行分析，表1為軸承初跑合期間溫升及振動數(shù)據(jù)，表2、表3為軸承跑合后的數(shù)據(jù)。其中，主軸運行時間為軸承發(fā)熱達到熱平衡狀態(tài)時的運行時間；軸承溫度為檢測所得最低溫度和最高溫度。

表1 泵油間隔對軸承溫度及振動的影響(環(huán)境溫度27 ℃)

從表1中數(shù)據(jù)分析油氣量對軸承發(fā)熱的影響：泵油間隔時間為25 s時，前軸承溫度最高，23.8℃后達到熱平衡，后軸承溫度變化明顯，這是因為油氣量大，摩擦轉(zhuǎn)矩也大，軸承攪油發(fā)熱引起溫升。泵油間隔152 s時溫度略高于116 s時溫度，變化并不明顯。從表1試驗數(shù)據(jù)看出，泵油間隔116 s時油氣量對軸承溫度的影響最小。從表中數(shù)據(jù)分析泵油間隔時間對振動值影響：測量前3組數(shù)據(jù)，振動值均為0.9 mm/s，基本穩(wěn)定;而后2組數(shù)據(jù)振動值亦穩(wěn)定在0.9 mm/s，但時而在1.3～1.9 mm/s中間擺動，疑為潤滑油中的污物或斷續(xù)的油氣壓力對鋼球的沖擊所致。僅根據(jù)表1數(shù)據(jù)較難確定最佳泵油間隔時間，需采集更多數(shù)據(jù)進行分析。

表2 泵油間隔對軸承溫度及振動的影響(環(huán)境溫度22 ℃)

表3 泵油間隔對軸承溫度及振動的影響(環(huán)境溫度28 ℃)

從表2、表3可看出：(1)泵油間隔時間30 s時，雖然振動值較小，且振動值穩(wěn)定，但油氣量大，對環(huán)境有一定污染，軸承攪油發(fā)熱大，不是最佳泵油間隔時間;(2)泵油間隔時間226 s時，油氣量少，對環(huán)境污染小，但軸承不能得到充分潤滑，軸承溫度達23.1 ℃，有明顯噪聲，且振動值極不穩(wěn)定。

對比表1～表3數(shù)據(jù)可知：(1)在泵油間隔時間同為150 s左右的情況下，表1與表2、表3振動值、振動穩(wěn)定性及發(fā)熱均有差異;(2)泵油間隔時間相同的情況下，軸承跑合前后振動值有差異，跑合后振動值較穩(wěn)定，且振動值較低。

根據(jù)以上分析，考慮軸承發(fā)熱、振動穩(wěn)定性及環(huán)境污染等方面因素，該型號電主軸軸承最佳泵油間隔時間為120～150 s。此數(shù)據(jù)也適用于與該型號軸承速度因數(shù)差異不大的其他油氣潤滑型電主軸軸承。

3 結(jié)束語

由上述試驗結(jié)果分析可知，油氣潤滑型電主軸油氣量的大小不僅影響軸承溫度，而且對振動值及振動穩(wěn)定性也有影響。最佳油氣量的大小不是一成不變的，與環(huán)境溫度及軸承的磨合狀態(tài)有一定關(guān)系，應(yīng)針對具體應(yīng)用工況進行選擇。