油氣潤滑技術在大功率精密磨削主軸中的應用**

郭 召

(秦川機床工具集團股份公司研究院，陜西 寶雞 721009)

油氣潤滑技術在大功率精密磨削主軸中的應用**

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構的設計原則，對公司大規格數控成形磨齒機磨削主軸采用油氣潤滑結構進行設計，對油氣潤滑技術進行了現場測試及應用驗證。

大功率；磨削主軸；油氣潤滑；設計原則；熱變形

油氣潤滑是利用干燥、清潔的壓縮空氣作為動力源，通過其在管道內的流動，帶動潤滑油沿管道內壁連續不斷地流動，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，經過約0.5 m的調整后，在管壁內側形成一層均勻的連續環狀油膜，最終以與壓縮空氣分離的連續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，當壓縮空氣將潤滑油精確輸送到各個潤滑點后單獨排除，不污染環境，節省潤滑油，符合機床綠色環保的發展需求。

1 主軸油氣潤滑系統的設計原則

油氣潤滑系統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。系統組成及工作流程如圖2所示。

要發揮油氣潤滑的優勢，達到最佳的潤滑效果，油氣潤滑系統的設計應遵循以下原則：

(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)油氣潤滑管道設計

油氣潤滑管道內徑一般取2～4 mm，長度一般不超過10 m，最短距離不小于0.5 m。輸送管路設計過長，管路中形成的連續油膜容易堆積，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；輸送管路設計過短，進入管路的油滴尚未形成連續油膜就進入潤滑點，同樣無法形成精細油滴。

(3)供油量設計

油氣潤滑采用間歇供油方式，即根據設定的工作周期，油氣潤滑系統每隔一段時間向輸送管路中供應一定劑量的潤滑油，供油量需要根據各個潤滑點工況合理選擇調節，初步設定量可根據以下公式進行計算，式中系數按表1選取。

Q= (0.1～0.2) ×系數×D/25

式中：Q為供沒量，mL/h；D為軸承直徑，mm。

表1 供油量計算系數選擇

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

(4)噴油及排氣設計

軸承高速旋轉，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對準目標滾道。為防止潤滑油在軸承底部產生沉積以及腔內部壓力過高，排氣口加工在4～6 mm為最佳范圍。噴油及排氣設計如圖4所示。

2 油氣潤滑技術在大功率磨削主軸中的應用

公司開發的大規格數控成形砂輪磨齒機主要用于風電、核電、冶金、礦山、軍工、船舶等重型機械傳動行業精密齒輪磨削加工。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，有效解決了溫升變形問題，提高了磨齒精度。

2.1 主軸油氣潤滑系統設計

根據油氣潤滑系統設計原則，對大型磨齒機磨削主軸采用油氣潤滑結構，主軸前端油氣潤滑結構如圖6所示。每個軸承單獨供應一路潤滑油，單獨設計排氣孔，避免壓縮空氣之間相互干擾。噴嘴和排氣孔設計在軸承隔套上，如圖7所示。

2.2 現場測試

新設計的采用油氣潤滑結構的磨削主軸安裝在公司大規格數控成形磨齒機上進行測試(如圖8所示),油氣潤滑系統參數設置如表2。

在主軸運轉過程中，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，相比油脂潤滑結構，溫升明顯降低，提高了主軸熱穩定性。在后續的大量磨齒試驗中，由主軸熱變形引起的誤差明顯減小。

3 結語

油氣潤滑以小劑量多次數的方式連續輸送，使軸承始終處于最佳的潤滑狀態；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，需要遵循一定的設計原則，油氣潤滑參數的調整，要根據具體工況合理調整；油氣潤滑屬于微量潤滑，潤滑油供應的連續性非常重要，有必要加強對油氣供應狀態的監測預警進行研究,保證油氣供應的可靠性。

表2 油氣潤滑系統參數

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

表3 主軸溫度監測記錄 ℃

[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,2005．

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

[3]吳曉玲：流遍潤滑設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2006.

[4] REBS油氣潤滑技術使用手冊[Z].

如果您想發表對本文的看法，請將文章編號填入讀者意見調查表中的相應位置。

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，主要從事精密數控齒輪磨削機床研發及磨削技術研究工作，已發表論文10篇。

茂) (

2016-05-17)

161210

*國家科技重大專項(2014ZX04001-191)