高速電主軸的油氣潤(rùn)滑

李旦豪，周文廣

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 鐵路軸承制造分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

在軸承套圈磨削中廣泛使用的內(nèi)圓和外圈溝道磨床中幾乎都配用電主軸進(jìn)行磨削。電主軸的潤(rùn)滑分為脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑。脂潤(rùn)滑由于摩擦阻力大使溫升提高，增加了摩擦損失和驅(qū)動(dòng)力，浪費(fèi)了能源；油霧潤(rùn)滑消除了脂潤(rùn)滑的缺點(diǎn)，但污染環(huán)境；油氣潤(rùn)滑采用定點(diǎn)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油量小，環(huán)境污染小，是目前先進(jìn)的潤(rùn)滑方法。本文論述高速電主軸的油氣潤(rùn)滑方法。

2 電主軸性能分析

電主軸的性能主要體現(xiàn)在不同工作轉(zhuǎn)速上，它用速度因數(shù)值DMN來(lái)表示：

式中：

DMN——速度因數(shù)/mm?r/min，

D——軸承外徑/mm，

d——軸承內(nèi)徑/mm，

N——電主軸的轉(zhuǎn)速/r/min。

DMN值同時(shí)反映了主軸的高速性能，電主軸的高速性能越好，它所允許的DMN值就越高。

DMN與潤(rùn)滑方式有著密切的關(guān)系，一般情況下，電主軸的DMN達(dá)8×105mm?r/min左右時(shí)，可使用微量脂潤(rùn)滑，DMN達(dá)1.3×106mm?r/min左右時(shí)，小直徑高轉(zhuǎn)速的電主軸宜使用油霧潤(rùn)滑。隨著高速電主軸的高速化發(fā)展出現(xiàn)了油氣潤(rùn)滑。

3 電主軸潤(rùn)滑分析

高速旋轉(zhuǎn)的電主軸要維持其旋轉(zhuǎn)精度，控制主軸的溫升是很重要的指標(biāo)。主軸的溫升來(lái)自于軸承。

軸承的溫升是由動(dòng)摩擦損失轉(zhuǎn)換成熱傳遞到軸承系統(tǒng)的結(jié)果。減小軸承溫升的方法是：（1）減少軸承的動(dòng)摩擦損失；（2）改善軸承的散熱條件。

3.1 脂潤(rùn)滑

一般情況下，軸承單位時(shí)間發(fā)熱量,隨著溫度的上升，潤(rùn)滑油的粘度就會(huì)下降，為了避免軸承燒傷，必須充分加入潤(rùn)滑油。但是油量的增加同時(shí)也增加了攪拌的阻力，加大了動(dòng)摩擦損失，從而增加了電主軸的驅(qū)動(dòng)力。

如果用微量的脂潤(rùn)滑，不但達(dá)不到低摩擦的目的，也帶不出軸承的熱量。高速電主軸的高速旋轉(zhuǎn)，使?jié)櫥铀賽夯档蜐?rùn)滑脂的使用壽命。

3.2 油霧潤(rùn)滑

目前的數(shù)控磨床在高速磨削時(shí)采用的電主軸大多數(shù)是油霧潤(rùn)滑，油霧潤(rùn)滑是選用了微量潤(rùn)滑，達(dá)到了低摩擦滾動(dòng)，降低了軸承的溫度，提高了電主軸的使用壽命。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于電主軸油霧潤(rùn)滑時(shí)內(nèi)部具有一定的氣壓，避免了（由于密封件的磨損）磨料微粒進(jìn)入電主軸軸殼內(nèi)導(dǎo)致電主軸的損壞。

油霧潤(rùn)滑存在環(huán)境污染問(wèn)題及油量控制不精確問(wèn)題。當(dāng)油霧所使用的空氣內(nèi)若有塵埃和水分進(jìn)入電主軸潤(rùn)滑系統(tǒng)破壞了軸承的良好的工作環(huán)境，降低了電主軸的使用壽命。

3.3 油氣潤(rùn)滑

油氣潤(rùn)滑具有以下特點(diǎn)：

（1）能將極微量的定量油連續(xù)穩(wěn)定地供給到每一套軸承上。

（2）氣氛環(huán)境污染少，將油氣潤(rùn)滑的電主軸放在丙烯箱內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)約2h后，測(cè)量箱內(nèi)的空氣污染程度約為0.03mg/m3。氣氛污染比油霧潤(rùn)滑少的原因，是因?yàn)橛蜌鉂?rùn)滑比油霧潤(rùn)滑的油量更少，且潤(rùn)滑油以合適的油滴流入軸承。

（3）外來(lái)的塵埃或水分及切削液難以進(jìn)入電主軸內(nèi)，這是由于隨同微量油供給的大量空氣，使電主軸內(nèi)充滿的氣壓比油霧潤(rùn)滑的氣壓更高。

4 油氣潤(rùn)滑原理

油氣潤(rùn)滑是利用定量活塞式分配器將非常微量的油（例如0.01m l）以最佳的間隔間歇地排出，隨同空氣流連續(xù)流入軸承。排出點(diǎn)排出的油在到達(dá)軸承之前就形成連續(xù)液流隨同空氣送入軸承。圖1 所示為油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)圖。

5 油氣潤(rùn)滑的油量和粘度

油氣潤(rùn)滑應(yīng)以必要的最小限度的油量供給軸承，所以油量的選擇至關(guān)重要。電主軸均用角接觸軸承，供油量的標(biāo)準(zhǔn)如下式；

圖1 油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)圖

式中：

Q——每個(gè)軸承油量，m l/h；

d——軸承內(nèi)徑，mm；

f——系數(shù)，角接觸軸承f=1.2。

油的粘度較低，或轉(zhuǎn)速越高，則所需要的油量有增加的傾向。實(shí)際上，油量應(yīng)根據(jù)軸承負(fù)荷和轉(zhuǎn)速等使用條件來(lái)決定。

就潤(rùn)滑油粘度對(duì)軸承溫升的影響而言，油氣潤(rùn)滑要比循環(huán)供油小得多。在供油量相同的條件下，粘度高時(shí)溫升稍有提高的傾向，在40℃使用粘度為10～30cst。

6 結(jié)束語(yǔ)

油氣潤(rùn)滑已經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證是成功的潤(rùn)滑方法，在高速下可實(shí)施穩(wěn)定的微量油潤(rùn)滑，且環(huán)境氣氛污染少，所以現(xiàn)在的高速電主軸采用的越來(lái)越多。我們?cè)诟咿D(zhuǎn)速軸承壽命試驗(yàn)機(jī)中選用了油氣潤(rùn)滑電主軸，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，在DM.N大于150mm?r/min時(shí)，改變了試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)由于采用油霧潤(rùn)滑污染環(huán)境的問(wèn)題，提高了環(huán)境質(zhì)量，延長(zhǎng)了電主軸的使用壽命。