黃紅兵1 汪永明2
(1.六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽六安 237158;2.安徽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,安徽馬鞍山 243002)
摘 要:隨著潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展,油氣潤(rùn)滑技術(shù)正逐步應(yīng)用于高速電主軸軸承的潤(rùn)滑。在分析油氣潤(rùn)滑工作原理的基礎(chǔ)上,討論了油氣潤(rùn)滑技術(shù)在高速電主軸軸承上的應(yīng)用及其特點(diǎn)。實(shí)踐表明,相對(duì)脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑而言,油氣潤(rùn)滑更適應(yīng)于高速主軸軸承的潤(rùn)滑要求。
關(guān)鍵詞:高速電主軸;軸承;油氣潤(rùn)滑
1 油氣潤(rùn)滑的基本原理
油氣潤(rùn)滑的基本原理是:利用具有一定壓力的壓縮空氣和一定量的潤(rùn)滑油在一定長(zhǎng)度的管道內(nèi)混合,通過(guò)壓縮空氣帶動(dòng)潤(rùn)滑油沿管道內(nèi)壁不斷地流動(dòng),把油氣混合體輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑
[1,2]。圖1為油氣混合物在管道中輸送形式的示意圖,單相流體油和單相流體壓縮空氣混合后就形成了兩相油氣混合流,其中油和壓縮空氣并不真正融合,而是在壓縮空氣的流動(dòng)作用下,帶動(dòng)潤(rùn)滑油沿管道內(nèi)壁不斷地螺旋狀流動(dòng)并形成一層連續(xù)油膜,Z后以精細(xì)的連續(xù)油滴的方式噴到潤(rùn)滑點(diǎn)。在油氣管中油的流動(dòng)速度和壓縮空氣的流動(dòng)速度大相徑庭,油的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓縮空氣流速,而從油氣管中出來(lái)的油和壓縮空氣也是分離的,因此油并沒(méi)有被霧化。在油氣管道中,由于壓縮空氣的作用,起初潤(rùn)滑油是以較大的顆粒呈間斷狀地粘附在管道內(nèi)壁四周,當(dāng)壓縮空氣快速流動(dòng)時(shí),油滴也隨之低速緩慢移動(dòng)并逐漸被壓縮空氣吹散、變薄,在行將到達(dá)管道末端時(shí),原先是間斷地粘附在管壁四周的油滴以波浪形油膜的形式連成一片,形成了連續(xù)油膜,被壓縮空氣以精細(xì)的連續(xù)油滴噴入潤(rùn)滑點(diǎn)。
在油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)中,由于耗油量很小,因此采用的是間歇性供油的方式,即根據(jù)設(shè)定的工作周期,系統(tǒng)每隔一段時(shí)間供送一定的油量。間隔時(shí)間和供油量可根據(jù)各潤(rùn)滑點(diǎn)的消耗量進(jìn)行調(diào)節(jié)并可定Z供給,但壓縮卒氣的供給卻是連續(xù)的。正是由于壓縮空氣的連續(xù)作用,間歇供給的油才能在管道中形成連續(xù)的油膜,從而保證潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑劑時(shí)時(shí)都是新鮮和連續(xù)的,同時(shí)也保證了單位時(shí)間內(nèi)潤(rùn)滑點(diǎn)得到定量的潤(rùn)滑劑。
2 油氣潤(rùn)滑在電主軸軸承上的應(yīng)用
2.1電主軸系統(tǒng)簡(jiǎn)介
電主軸是將機(jī)床主軸與電機(jī)融為—體的新技術(shù)
[3]。圖2為電主軸系統(tǒng)示意圖,它是一套組件,電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于主軸部件內(nèi),通過(guò)變頻器類(lèi)的驅(qū)動(dòng)器,以實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的變換。
目前,電主軸在不斷地向高速化方向發(fā)展,而電主軸軸承的潤(rùn)滑冷卻對(duì)實(shí)現(xiàn)電主軸的高速化具有極其重要的作用。目前,高速精密電主軸支承部件大多采用陶瓷滾動(dòng)軸承為主。主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下,除了內(nèi)置式電機(jī)外,滾動(dòng)軸承是另一個(gè)主要熱源,必須選擇合理的潤(rùn)滑方式、正確使用潤(rùn)滑劑、恰當(dāng)?shù)乜刂茲?rùn)滑劑用量,從而有效地降低溫升,減少主軸的熱變形,延長(zhǎng)電主軸使用壽命。
2.2電主軸軸承的油氣潤(rùn)滑方法
電主軸軸承的潤(rùn)滑可以采用脂潤(rùn)滑和油霧潤(rùn)滑,但效果不太理想
[4]。本文采用定時(shí)、定量油氣潤(rùn)滑,其系統(tǒng)基本構(gòu)成見(jiàn)圖3所示。根據(jù)受潤(rùn)滑點(diǎn)的需油量和事先設(shè)定的工作程序接通氣動(dòng)泵,潤(rùn)滑油經(jīng)遞進(jìn)式分配器分配后被輸送到與壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)相連接的油氣混合裝置中,并在油氣混合裝置中與壓縮空氣混合形成油氣流,再進(jìn)入油氣管道。在油氣管道中,由于壓縮空氣的作用,使?jié)櫥脱刂艿纼?nèi)壁波浪形地向前移動(dòng),并逐漸形成一層薄薄的連續(xù)油膜。再通過(guò)油氣分配器的分配,Z后以一股極其精細(xì)的連續(xù)油滴流噴射到潤(rùn)滑點(diǎn)。
油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖4所示。油氣分配器可實(shí)現(xiàn)油氣流的多級(jí)分配,它利用分配閥對(duì)所需潤(rùn)滑的不同部位,按照其實(shí)際需要,定時(shí)(間歇)、定量(Z佳微量)地供給油氣混合物,從而保證軸承的各個(gè)不同部位既不缺潤(rùn)滑油,又不會(huì)因潤(rùn)滑油過(guò)量而使軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)因油的阻力而發(fā)熱造成更大的溫升。由于進(jìn)入了軸承內(nèi)部的壓縮空氣的作用,既使?jié)櫥课坏玫搅死鋮s,又由于潤(rùn)滑部位保持著一定的正壓,使外界的臟物和水不能侵入,起到了良好的密封作用。
2.3電主軸軸承油氣潤(rùn)滑的特點(diǎn)
a)提高軸承承載能力:油氣潤(rùn)滑是將氣液兩相流以較高的速度噴射到潤(rùn)滑區(qū),在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承摩擦面能有效形成具有一定承載能力的氣液兩相膜,兼有流體動(dòng)壓和流體靜壓的雙重作用。因此,使摩擦表面始終處在良好的工作狀態(tài)下,這一點(diǎn)是僅靠流體動(dòng)壓形成的單相流體膜所無(wú)法比擬的。
b)提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度:由于油氣潤(rùn)滑的氣液兩相混合流體中含有大量氣體和少量的潤(rùn)滑油,因此在高速工作條件下,溫升較低。又由于氣液兩相流能夠及時(shí)帶走大量的熱量,所以它還具有良好的冷卻降溫作用。因此,采用氣液兩相流體的油氣潤(rùn)滑,比其他潤(rùn)滑方式具有更加寬廣的速度適應(yīng)范圍。
c)提高軸承對(duì)惡劣工作環(huán)境的適應(yīng)能力:對(duì)于油氣潤(rùn)滑來(lái)說(shuō),潤(rùn)滑區(qū)充滿壓縮空氣,形成正壓,可以很好地防止灰塵、水、污物等的浸入,起到密封的作用,大大減少了軸承由于外界污染而造成的損壞,因此特別適合應(yīng)用于苛刻的工況條件,軸承的工作可靠性得到顯著提高。
d)提高軸承的使用壽命:軸承采用油氣潤(rùn)滑,相對(duì)于采用其他潤(rùn)滑方式,油膜破裂形成于摩擦的幾率降低,工作時(shí)軸承溫升降低,由于外界環(huán)境污染造成的意外損壞幾度降低。普遍情況下軸承壽命大幅提高,平均使用期限可以提高3—6倍。
e)極大地降低潤(rùn)滑劑的消耗:理論上,油氣潤(rùn)滑中的潤(rùn)滑劑100%被利用,它僅僅用于形成油膜。
3 結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐證明,高速電主軸軸承采用油氣潤(rùn)滑,具有較理想的潤(rùn)滑冷卻效果。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)該技術(shù)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化,油氣潤(rùn)滑會(huì)逐步替代脂潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑。但是,如何更加合理地使用油氣潤(rùn)滑裝置和油氣潤(rùn)滑技術(shù),還需在實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)一步探索和研究。
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來(lái)源:《機(jī)械制造與自動(dòng)化》2009年第1期