軸承保持架離心甩油機

胡 波，江純清，高 宇，馬德鋒

(洛陽軸研科技股份有限公司 儀器開發部，河南 洛陽 471039)

精密高速軸系所用軸承保持架需要經過高速甩油后才能被使用在軸承上，否則會由于過多潤滑油存在于保持架中對軸承的正常工作產生干擾。現介紹一種保持架離心甩油機的設計。

1 甩油機結構及工作原理

甩油機結構簡圖如圖1所示。保持架放在保持架芯軸上，由保持架壓蓋壓住，最后用壓緊螺母通過壓緊彈簧將壓緊力作用于保持架壓蓋上，固定保持架。采用可調速直流無刷電動機驅動保持架芯軸帶動保持架高速旋轉，通過高速旋轉所產生的離心力將保持架內多余的潤滑油分離出來。保持架上油滴離心力F離=mω2r，式中：m為油滴質量；ω為旋轉角速度；r為旋轉半徑。保持架由加熱箱加熱，溫度范圍從室溫到60 ℃連續可調。設備的加溫、轉動、時間控制等動作由微處理機完成，顯示、參數設置由液晶顯示屏實現。

1—加熱腔蓋；2—壓緊螺母；3—壓緊彈簧；4—保持架壓蓋；5—保持架；6—保持架芯軸；7—溫度傳感器； 8—加熱腔體；9—漏油孔導管；10—電動機轉子；11—電動機；12—基座；13—電動機座；14—調平支腳圖1 甩油機結構簡圖

甩油機采用立式結構，其特點是保持架中被甩出的油滴會順著加熱器的內壁流下或吸附于加熱器內壁上，不會因為自身的重力再滴回保持架表面。離心機腔體中甩出的潤滑油可通過腔體內漏油孔導出回收，附著在腔體內部的油滴可以通過吸油紙來清潔。

2 主要參數及要求

本甩油機主要針對非金屬環形保持架，溫控范圍為30～60 ℃，溫控精度為±3 ℃；工作轉速為500～10 000 r/min,連續可調，轉速精度不大于1%。適用范圍為：保持架外徑Φ5～100 mm，高度不超過200 mm。

甩油機工作的要求為：甩油機轉速要穩定，在2 500 r/min下30 min內轉速波動量不大于±1%；連續工作時間不小于4 h；甩油時，旋轉軸與保持架必須同步旋轉，不得有相對轉動，甩油過程中盡量避免保持架受外力，不得引入雜質及污染物，甩出的油不得回吸至保持架；不同尺寸規格的保持架配以相應的工裝進行裝夾，以便于拆裝和清洗；設備工作室的噪聲不能超過60 dB；電源為單相三線制，220×(1±10%)V，50 Hz，10 A，環境溫度為10～35 ℃，相對濕度不超過85%，溫度梯度小于1 ℃/h。

3 電氣控制結構

甩油機電氣控制原理如圖2所示。

圖2 電氣原理框圖

3.1 電動機調速

依據設備要求，考慮到調速范圍及對環境噪聲的限制，以及有刷直流電動機電刷換向系統對電動機壽命和最高轉速的影響，設備選用了直流無刷電動機。電動機配合高分辨率編碼器及高性能驅動器，閉環控制，可實現無級調速，轉速實時顯示。為了滿足技術條件，電動機設計轉速為400～11 000 r/min。電動機調速系統閉環控制如圖3所示。

圖3 電動機調速閉環控制示意圖

3.2 溫度控制

溫度控制器以單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以AT89C52為控制芯片。該控制器測溫準確，是具有PID調節、自整定、自適應功能的智能溫度控制器。

加熱箱采用電加熱方式, 參考恒溫箱功率及以往經驗，加熱功率設定為1 000 W，加熱時間為20～30 min。加熱箱內膽(工作室)選用不銹鋼材料，外體由優質A3冷板制成，內、外體之間填充保溫材料，形成大約20 mm的可靠保溫層。箱體與箱門的密封為耐高溫硅橡膠壓條，密封性能優良；門鎖與電動機轉動形成互鎖，以保證安全。溫度傳感器的安裝位置，考慮到離心腔內的溫度不均勻度(控制在3 ℃以內)，在保證安全的前提下，放置在靠近保持架附近的內膽壁上。

4 設計時需考慮的問題

4.1 高速旋轉時保持架的動平衡[1]

在不平衡量計算時，偏心距是一個與轉子質量無關的絕對量，而質徑積則是與轉子質量有關的一個相對量。通常，對于具體給定的轉子，不平衡量以質徑積表示較好。對于本甩油機，選用ISO制定的典型轉子平衡等級G2.5和許用不平衡量進行計算。該機設計了不平衡保護功能，即運轉中由于不平衡引起振動幅度超過一定值時(由檢測開關檢測)，系統自動停機。

4.2 高速旋轉時保持架的共振[2]

4.3 工藝墊

甩油機可對單個保持架或多個保持架一起進行甩油，由于保持架芯軸的高度固定不變，因此，需要設計工藝墊來保證任何情況下壓蓋都能夠壓緊保持架。工藝墊的設計根據保持架具體的型號尺寸來確定。

5 結束語

設計的甩油機具有自動化程度高，轉速、溫度連續可調并實時顯示，可依據不同型號保持架設定甩油時間等特點，經用戶使用反饋達到使用要求。隨著機械加工和電器控制技術的不斷進步和不同用戶的具體需求，該設備仍需不斷創新，予以完善。