油氣潤滑技術(shù)在大功率精密磨削主軸中的應(yīng)用**

郭 召

(秦川機床工具集團股份公司研究院，陜西 寶雞 721009)

油氣潤滑技術(shù)在大功率精密磨削主軸中的應(yīng)用**

郭 召

(秦川機床工具集團股份公司研究院，陜西 寶雞 721009)

介紹了油氣潤滑基本原理，闡述了主軸油氣潤滑結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則，對公司大規(guī)格數(shù)控成形磨齒機磨削主軸采用油氣潤滑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對油氣潤滑技術(shù)進行了現(xiàn)場測試及應(yīng)用驗證。

大功率；磨削主軸；油氣潤滑；設(shè)計原則；熱變形

油氣潤滑是利用干燥、清潔的壓縮空氣作為動力源，通過其在管道內(nèi)的流動，帶動潤滑油沿管道內(nèi)壁連續(xù)不斷地流動，最終將潤滑油以精細油滴形式輸送至各個潤滑點。如圖1所示，輸送管道中持續(xù)通入恒定壓力的壓縮空氣，潤滑油以定量方式定時供入輸送管道。在進入的初期，潤滑油以較大的顆粒粘附在管道內(nèi)壁四周，隨后在壓縮空氣帶動下，潤滑油呈波浪狀沿管壁爬行，并逐漸分散均勻，經(jīng)過約0.5 m的調(diào)整后，在管壁內(nèi)側(cè)形成一層均勻的連續(xù)環(huán)狀油膜，最終以與壓縮空氣分離的連續(xù)精細油流噴射到潤滑點。

在輸送管道中，潤滑油和壓縮空氣的流動狀態(tài)是不同的，這一點有別于油霧潤滑。如圖1，潤滑油緊貼管壁流動，速度較慢，約為2～5 cm/s；而壓縮空氣在管道中間流動，速度很快，約可達50～80 m/s。較大的流動差異，使油、氣始終處于分離狀態(tài)，當壓縮空氣將潤滑油精確輸送到各個潤滑點后單獨排除，不污染環(huán)境，節(jié)省潤滑油，符合機床綠色環(huán)保的發(fā)展需求。

1 主軸油氣潤滑系統(tǒng)的設(shè)計原則

油氣潤滑系統(tǒng)的作用是形成油氣并對油氣進行輸送及分配，其基本組成包括氣源部分，油氣混合部分，輸送管路，噴嘴及電控裝置等。系統(tǒng)組成及工作流程如圖2所示。

要發(fā)揮油氣潤滑的優(yōu)勢，達到最佳的潤滑效果，油氣潤滑系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

(1)壓縮空氣氣源選擇

油氣潤滑的氣源要干凈、干燥，在接入油氣潤滑裝置之前要進行冷干，除油，除水，過濾等措施。氣壓控制在0.3～0.5 MPa，空氣流量控制在30～40 NL/min。氣源處理組件如圖3所示。

(2)油氣潤滑管道設(shè)計

油氣潤滑管道內(nèi)徑一般取2～4 mm，長度一般不超過10 m，最短距離不小于0.5 m。輸送管路設(shè)計過長，管路中形成的連續(xù)油膜容易堆積，達到最終潤滑點難以形成精細油滴，過大的油滴進入軸承滾道，容易引起軸承燒傷；輸送管路設(shè)計過短，進入管路的油滴尚未形成連續(xù)油膜就進入潤滑點，同樣無法形成精細油滴。

(3)供油量設(shè)計

油氣潤滑采用間歇供油方式，即根據(jù)設(shè)定的工作周期，油氣潤滑系統(tǒng)每隔一段時間向輸送管路中供應(yīng)一定劑量的潤滑油，供油量需要根據(jù)各個潤滑點工況合理選擇調(diào)節(jié)，初步設(shè)定量可根據(jù)以下公式進行計算，式中系數(shù)按表1選取。

Q= (0.1～0.2) ×系數(shù)×D/25

式中：Q為供沒量，mL/h；D為軸承直徑，mm。

表1 供油量計算系數(shù)選擇

系數(shù)軸承類型1深溝球軸承調(diào)心軸承向心推力軸承1．5滾柱滾子軸承圓錐滾柱軸承(無預(yù)壓)2圓錐滾柱軸承(有預(yù)壓)3自動調(diào)心滾柱軸承

(4)噴油及排氣設(shè)計

軸承高速旋轉(zhuǎn)，形成氣障，為了將精細油滴準確送入軸承滾道，需要一定的噴射速度，因此噴油嘴的直徑范圍為0.8～1.0 mm，同時油嘴開口方向應(yīng)對準目標滾道。為防止?jié)櫥驮谳S承底部產(chǎn)生沉積以及腔內(nèi)部壓力過高，排氣口加工在4～6 mm為最佳范圍。噴油及排氣設(shè)計如圖4所示。

2 油氣潤滑技術(shù)在大功率磨削主軸中的應(yīng)用

公司開發(fā)的大規(guī)格數(shù)控成形砂輪磨齒機主要用于風(fēng)電、核電、冶金、礦山、軍工、船舶等重型機械傳動行業(yè)精密齒輪磨削加工。機床磨削負載大，配置大功率磨削主軸(圖5)，主軸電動機額定功率40 kW。成形法磨齒，要求砂輪與工件保持精確的位置關(guān)系，大功率磨削主軸溫升變形將對磨齒精度造成較大影響。通過采用油氣潤滑技術(shù)，有效解決了溫升變形問題，提高了磨齒精度。

2.1 主軸油氣潤滑系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)油氣潤滑系統(tǒng)設(shè)計原則，對大型磨齒機磨削主軸采用油氣潤滑結(jié)構(gòu)，主軸前端油氣潤滑結(jié)構(gòu)如圖6所示。每個軸承單獨供應(yīng)一路潤滑油，單獨設(shè)計排氣孔，避免壓縮空氣之間相互干擾。噴嘴和排氣孔設(shè)計在軸承隔套上，如圖7所示。

2.2 現(xiàn)場測試

新設(shè)計的采用油氣潤滑結(jié)構(gòu)的磨削主軸安裝在公司大規(guī)格數(shù)控成形磨齒機上進行測試(如圖8所示),油氣潤滑系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如表2。

在主軸運轉(zhuǎn)過程中，對主軸各段溫升變化進行檢測記錄，如表3所示。前端主支撐的溫升在10℃以內(nèi)，相比油脂潤滑結(jié)構(gòu)，溫升明顯降低，提高了主軸熱穩(wěn)定性。在后續(xù)的大量磨齒試驗中，由主軸熱變形引起的誤差明顯減小。

3 結(jié)語

油氣潤滑以小劑量多次數(shù)的方式連續(xù)輸送，使軸承始終處于最佳的潤滑狀態(tài)；壓縮空氣能使軸承更好地散熱，有利于軸承的冷卻，同時起到了良好的密封效果。采用油氣潤滑技術(shù)，需要遵循一定的設(shè)計原則，油氣潤滑參數(shù)的調(diào)整，要根據(jù)具體工況合理調(diào)整；油氣潤滑屬于微量潤滑，潤滑油供應(yīng)的連續(xù)性非常重要，有必要加強對油氣供應(yīng)狀態(tài)的監(jiān)測預(yù)警進行研究,保證油氣供應(yīng)的可靠性。

表2 油氣潤滑系統(tǒng)參數(shù)

潤滑點數(shù)油泵壓力/MPa輸入氣壓/MPa輸出氣量管內(nèi)徑/mm潤滑油粘度/(mm2/s)供油間隔/min供油量/(ML/路)主軸轉(zhuǎn)速/(r/min)520．4全開2．53240．032500

表3 主軸溫度監(jiān)測記錄 ℃

[1]王志坤.高速電主軸滾動軸承油氣兩相流潤滑試驗研究[D].南京：東南大學(xué),2005．

[2]黃紅兵.油氣潤滑技術(shù)在高速電主軸軸承上的應(yīng)用[J].機械制造與研究,2009,38(1):63-64.

[3]吳曉玲：流遍潤滑設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4] REBS油氣潤滑技術(shù)使用手冊[Z].

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Application of oil and gas lubrication technology in high power precision grinding spindle

GUO Zhao

(Qinchuan Machine Tool﹠Tool Group Co., Ltd., Baoji 721009, CHN)

Introduce oil-gas lubrication principle, expound the design principles of the spindle oil air lubrication structure, company’s large size CNC form grinding gear grinding machine spindle is designed using oil-gas lubrication structure, field test and verification are used for oil-gas lubrication technology.

high power; grinding spindle; oil-gas lubrication; design principle; thermal deformation

TG61

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.12.002

郭召，男，1985年生，工程碩士，工程師，主要從事精密數(shù)控齒輪磨削機床研發(fā)及磨削技術(shù)研究工作，已發(fā)表論文10篇。

茂) (

2016-05-17)

161210

*國家科技重大專項(2014ZX04001-191)