電主軸軸承油氣潤(rùn)滑試驗(yàn)分析

姚銀歌，郭麗娟，王廣輝

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 引言

高速電主軸是機(jī)床的重要部件，其潤(rùn)滑方式分為油脂、油霧和油氣3種。

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

(2)油霧潤(rùn)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(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行霧化，形成持續(xù)不斷的高壓油霧對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，相對(duì)于油脂潤(rùn)滑提高了軸承的臨界轉(zhuǎn)速，但油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)可控性較差，主軸軸承在高轉(zhuǎn)速時(shí)攪油發(fā)熱嚴(yán)重，廢氣自然排放到外部空間，對(duì)周邊環(huán)境造成污染，不是一種理想的潤(rùn)滑方式。

(3)油氣潤(rùn)滑的工作原理是通過(guò)16位機(jī)控制定量泵的泵油頻率，以此對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行精確分配，潔凈的加壓氣體攜帶精確分配的潤(rùn)滑油持續(xù)不斷地供給軸承，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑的同時(shí)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(rùn)滑方式[1]，缺點(diǎn)是成本較高。

目前油氣潤(rùn)滑型電主軸油氣量大小無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，泵油間隔時(shí)間完全憑經(jīng)驗(yàn)選取。要使振動(dòng)值和軸承溫度達(dá)到最佳，油量控制非常重要。泵油間隔時(shí)間短(油氣量大)時(shí)，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(shí)間長(zhǎng)(油氣量小)時(shí)，軸承潤(rùn)滑不充分，鋼球和溝道處于邊界潤(rùn)滑或甚至是干摩擦狀態(tài)，鋼球易產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)值大時(shí)不僅降低軸承的精度壽命，也會(huì)引起軸承溫升過(guò)高，燒毀軸承[2]。因此，分析確定最佳的油氣量對(duì)電主軸軸承的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

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

2.2 試驗(yàn)儀器及裝置

VFD150V43A變頻控制器、MIXAIR 2油氣潤(rùn)滑裝置、DZ-2振動(dòng)測(cè)量?jī)x、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(jī)。

其中，電主軸前軸承采用2-VEX45/NS，后軸承采用2-VEX35/NS；潤(rùn)滑油采用32#汽輪機(jī)油；2級(jí)電動(dòng)機(jī)。氣源進(jìn)氣壓力0.5～0.8 MPa，出氣壓力0.2～0.25 MPa。

2.3 試驗(yàn)方法

將水冷機(jī)、溫度傳感器、油氣潤(rùn)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。考慮軸承全速運(yùn)行時(shí)發(fā)熱及振動(dòng)對(duì)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(yùn)行進(jìn)行試驗(yàn)。泵油量為每次0.06 mL。

2.4 結(jié)果與分析

采集3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表1為軸承初跑合期間溫升及振動(dòng)數(shù)據(jù)，表2、表3為軸承跑合后的數(shù)據(jù)。其中，主軸運(yùn)行時(shí)間為軸承發(fā)熱達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行時(shí)間；軸承溫度為檢測(cè)所得最低溫度和最高溫度。

表1 泵油間隔對(duì)軸承溫度及振動(dòng)的影響(環(huán)境溫度27 ℃)

從表1中數(shù)據(jù)分析油氣量對(duì)軸承發(fā)熱的影響：泵油間隔時(shí)間為25 s時(shí)，前軸承溫度最高，23.8℃后達(dá)到熱平衡，后軸承溫度變化明顯，這是因?yàn)橛蜌饬看螅Σ赁D(zhuǎn)矩也大，軸承攪油發(fā)熱引起溫升。泵油間隔152 s時(shí)溫度略高于116 s時(shí)溫度，變化并不明顯。從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，泵油間隔116 s時(shí)油氣量對(duì)軸承溫度的影響最小。從表中數(shù)據(jù)分析泵油間隔時(shí)間對(duì)振動(dòng)值影響：測(cè)量前3組數(shù)據(jù)，振動(dòng)值均為0.9 mm/s，基本穩(wěn)定;而后2組數(shù)據(jù)振動(dòng)值亦穩(wěn)定在0.9 mm/s，但時(shí)而在1.3～1.9 mm/s中間擺動(dòng)，疑為潤(rùn)滑油中的污物或斷續(xù)的油氣壓力對(duì)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(shí)間，需采集更多數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表2 泵油間隔對(duì)軸承溫度及振動(dòng)的影響(環(huán)境溫度22 ℃)

表3 泵油間隔對(duì)軸承溫度及振動(dòng)的影響(環(huán)境溫度28 ℃)

從表2、表3可看出：(1)泵油間隔時(shí)間30 s時(shí)，雖然振動(dòng)值較小，且振動(dòng)值穩(wěn)定，但油氣量大，對(duì)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(shí)間;(2)泵油間隔時(shí)間226 s時(shí)，油氣量少，對(duì)環(huán)境污染小，但軸承不能得到充分潤(rùn)滑，軸承溫度達(dá)23.1 ℃，有明顯噪聲，且振動(dòng)值極不穩(wěn)定。

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

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

3 結(jié)束語(yǔ)

由上述試驗(yàn)結(jié)果分析可知，油氣潤(rùn)滑型電主軸油氣量的大小不僅影響軸承溫度，而且對(duì)振動(dòng)值及振動(dòng)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(duì)具體應(yīng)用工況進(jìn)行選擇。