電主軸軸承溫度分析及油氣潤滑要點(diǎn)

李松聯(lián)

（北京培峰技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100098）

0 引言

在加工領(lǐng)域機(jī)床高速加工越來越占據(jù)重要的位置，當(dāng)前主要應(yīng)用于高速雕銑機(jī)和高速磨床，電主軸高速可靠運(yùn)行的潤滑方式及產(chǎn)品的選擇尤其關(guān)鍵。電主軸實(shí)物如圖1。

油氣潤滑的低消耗，低運(yùn)行成本，高可靠性的特點(diǎn)已成為電主軸設(shè)計(jì)過程中普遍采用的潤滑方式。而電主軸的熱態(tài)特性成為影響軸承穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，并會(huì)直接影響到電主軸轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。因此，分析電主軸溫升狀態(tài)尤其重要。軸承溫度上升和溫度的分布情況對(duì)軸承的工作游隙、潤滑劑的性能等都有直接的影響，最終導(dǎo)致軸承的性能下降。電主軸油氣潤滑如圖2所示。

1 電主軸發(fā)熱分析

圖1 電主軸

圖2 電主軸油氣潤滑示意

在電主軸中滾動(dòng)軸承使用較為普遍，具有剛度高、高速性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。電主軸主要采用內(nèi)置式電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，所以自然散熱效果差，對(duì)多數(shù)電主軸來說都需要設(shè)計(jì)通道用于冷卻，其發(fā)熱量的來源主要是2個(gè)方面，內(nèi)置式電機(jī)的發(fā)熱和軸承高速旋轉(zhuǎn)的摩擦發(fā)熱。

2 油氣潤滑系統(tǒng)參數(shù)對(duì)軸承溫度的影響

（1）潤滑油黏度對(duì)溫度的影響。當(dāng)在相同轉(zhuǎn)速下潤滑油黏度的增大會(huì)使軸承的溫度上升隨之增大。但是不同黏度的潤滑油對(duì)軸承溫升表現(xiàn)出來的溫度梯度的變化也不盡相同。低黏度段的溫升梯度大于高黏度段，并隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，趨勢越來越明顯。由此得出，隨著黏度的不斷增加，軸承溫度的變化率越來越小。

（2）潤滑油量對(duì)溫度的影響。在全油潤滑狀態(tài)時(shí)，大量的潤滑油由于油分子在主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生激烈摩擦而發(fā)熱，就會(huì)使油液本身的溫度上升，對(duì)軸承冷卻的效果降低。但在使用油氣潤滑系統(tǒng)之后，給油量降低至每（3～7）min給油0.04 mL，軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的油量其實(shí)很少，只需要在軸承滾珠和內(nèi)外圈之間形成較薄的油膜即可。

（2）壓縮空氣的壓力和流量對(duì)溫度的影響。當(dāng)主軸運(yùn)行時(shí)，隨著氣壓的不斷增大，溫度上升的趨勢會(huì)逐漸減小，而隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高，壓力升高降溫的效果會(huì)越來越小。而增大流量對(duì)繼續(xù)上升的溫度有明顯的降溫效果。

3 電主軸油氣潤滑的要求

3.1 油氣潤滑運(yùn)行基本要求

（1）潤滑油清潔度等級(jí)。13/10（ISO 4406—1999清潔度標(biāo)準(zhǔn)）。

（2）空氣清潔度?？諝膺^濾精度0.01 μm。

（3）空氣干燥度。露點(diǎn)為+2℃。

（4）軸承噴嘴前的入口表壓力。（0.2～0.3 ）MPa。

（5） 油氣輸送管。內(nèi)徑（2～2.5）mm，以彎曲半徑小而不易折彎的透明管路為宜。

（6）油氣管路的長度。長度在（1～4）m最為理想，在距離終端潤滑點(diǎn)有螺旋管利于存油，當(dāng)軸承停機(jī)再次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有利于油氣快速到位，縮短響應(yīng)時(shí)間。

圖3 油氣潤滑設(shè)備及功能顯示

3.2 油氣潤滑影響

主軸軸承溫度上升的因素

（1）油氣潤滑系統(tǒng)工作不正常，不能保證穩(wěn)定持續(xù)供油。

（2）使用油品不對(duì)、黏度不對(duì)或油料質(zhì)量低劣。

（3）電主軸供油過多，造成軸承發(fā)熱。

（4）主軸排氣通道不暢。

（5）油氣管路出現(xiàn)折彎或油氣通道堵塞。

3.3 油氣潤滑設(shè)備性能要求

（1）精確定量給油?？扇我庹{(diào)節(jié)輸送至軸承端每個(gè)潤滑的油量，范圍（5～40）mm3。

（2）數(shù)顯時(shí)間設(shè)定。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給油周期時(shí)間的任意設(shè)定。

（3）壓力檢測。能夠監(jiān)控油氣輸送壓力或氣源壓力，優(yōu)先監(jiān)控油氣壓力。

（4）給油狀態(tài)檢測。由于電主軸給油單位時(shí)間內(nèi)給油量少，給油間隔時(shí)間（3～7）min甚至更長，所以各個(gè)潤滑點(diǎn)每次給油的穩(wěn)定性檢測屬于重要指標(biāo)。

（5）軸承腔壓力。即油氣壓力能夠設(shè)定并調(diào)節(jié)。

（6）顯示及故障反饋。產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)及出現(xiàn)的故障具備就地顯示及遠(yuǎn)程反饋功能（圖3）。

4 結(jié)論

（1）油氣潤滑系統(tǒng)中，影響軸承溫度上升的因素有油品黏度、供油油量、空氣壓力及流量。

（2）潤滑油黏度。軸承滾珠和滾道摩擦發(fā)熱影響軸承溫度上升的，隨黏度的增大溫度逐漸上升，而且在高速階段時(shí)的上升趨勢更顯著。

（3）潤滑油量。過大的油量會(huì)使軸承溫度上升，而減小潤滑油量就能使軸承溫度隨之降低。

（4）壓縮空氣。是通過對(duì)流換熱而影響軸承溫度上升的。因此氣壓對(duì)于軸承溫度上升的影響較小，只有在增大流量時(shí)，才能使軸承溫度上升減慢。軸承速度越高，降溫效果越顯著。