畢業(yè)設計（論文）電主軸支承型設計與配置方式

1、1 電主軸支承型設計與配置方式電主軸支承型設計與配置方式 設計總說明設計總說明 高速電主軸作為高速機床的核心功能部件，其性能好壞直接影響著機床的高 速加工性能。電主軸軸承的選擇和配置以及相應的潤滑，是保證電主軸性能的關 鍵， 具有重要的研究價值和意義。本文在充分考慮了電主軸轉速高、動平衡精 度高、內裝主軸電機及過盈連接等因素的基礎上，介紹了高速電主軸軸承的主要 潤滑方式：噴油潤滑 油霧潤滑 脂潤滑 油氣潤滑等，并著重說明了油氣潤滑系 統(tǒng)的原理及設計過程；介紹了電主軸軸承的主要典型類型：磁懸浮軸承 動靜壓 軸承 陶瓷軸承等，系統(tǒng)分析了角接觸陶瓷球軸承的性能優(yōu)點及其配置形式；最 后通過彈性力學和動

2、力學理論推導得出了高速電主軸軸承內圈與轉軸配合過盈量 的計算公式。本文對高速電主軸支承型式及潤滑方式的研究可作為優(yōu)化電主軸結 構，改善機床高速加工性能的依據，有利于高速電主軸系統(tǒng)的整體設計及制造。 油氣潤滑，在學術界被稱為“氣液兩相流體冷卻潤滑技術” ，是一種新型的 潤滑技術，它與傳統(tǒng)的單相流體潤滑技術相比具有無可比擬的優(yōu)越性。它成功地 解決了干油潤滑和油霧潤滑所無法克服的難題。它適應了機械工業(yè)設備的最新發(fā) 展的需要，尤其適用于高溫、重載、高速、極低速以及有冷卻水和臟物侵入潤滑 點的工況條件惡劣的場合。由于它能解決傳統(tǒng)的單相流體潤滑技術無法解決的難 題，并有非常明顯的使用效果，大大延長了摩擦副

3、的使用壽命，改善了現(xiàn)場的環(huán) 境，因此正在得到越來越廣泛的應用。 油氣潤滑系統(tǒng)主要由主站、兩級油氣分配器、plc電氣控制裝置、中間連接 管道和管道附件等組成。 主站是潤滑油供給和分配，壓縮空氣處理、油氣混合和油氣流輸出以及plc 電氣控制的總成。根據受潤滑設備的需油量和事先設定的工作程序接通氣動泵。 壓縮空氣經過壓縮空氣處理裝置進行處理。潤滑油經遞進式分配器分配后被輸送 到與壓縮空氣網絡相連接的油氣混合塊中，并在油氣混合塊中與壓縮空氣混合形 成油氣流從油氣出口輸出進入油氣管道。在油氣管道中，由于壓縮空氣的作用， 使?jié)櫥脱刂艿纼缺诓ɡ诵蔚叵蚯耙苿?，并逐漸形成一層薄薄的連續(xù)油膜。經 2 油氣混合

4、塊混合而形成的油氣流通過油氣分配器的分配，最后以一股極其精細的 連續(xù)油滴流噴射到潤滑點。油氣分配器可實現(xiàn)油氣流的多級分配。由于進入了軸 承內部的壓縮空氣的作用，即使?jié)櫥课坏玫搅死鋮s，又由于潤滑部位保持著一 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。 角接觸陶瓷球軸承的配置形式 成對配置的角接觸球軸承用于同時承受徑向載荷與軸向載荷的場合，也可以 承受純徑向載荷和任一方向的軸向載荷。此種軸承由生產廠按一定的預載荷要求， 選配組合成對，提供給用戶使用。當軸承安裝在機器上緊固后，完全消除了軸承 中的游隙，并使套圈和綱球處于預緊狀態(tài)，因而提高了組合軸承的鋼性。 單列角接觸球軸承以徑向負

5、荷為主的徑、軸向聯(lián)合負荷，也可承受純徑向負 荷，除串聯(lián)式配置外，其他兩配置均可承受任一方向的軸向負荷。在承受徑向負 荷時，會引起附加軸向力。因此一般需成對使用，做任意配對的軸承組合，成對 安裝的軸承按其外圈不同端面的組合分為：背對背配置、面對面配置、串聯(lián)配置 （也稱：o型配置、x型配置、t型配置）三種類型： 背對背配置，后置代號為db（如70000/db） ，背對背配對的軸承的載荷線向 軸承軸分開?？沙惺茏饔糜趦蓚€方向上的軸向載荷，但每個方向上的載荷只能由 一個軸承承受。背對背安裝的軸承提供剛性相對較高的軸承配置，而且可承受傾 覆力矩。 面對面配置，后置代號為df（如70000/df） ，面對

6、面配對的軸承的載荷線向 軸承軸匯合?？沙惺茏饔糜趦蓚€方向上的軸向載荷，但每個方向上的載荷只能由 一個軸承承受。這種配置不如背對背配對的剛性高，而且不太適合承受傾覆力矩。 這種配置的剛性和承受傾覆力矩的能力不如db配置形式，軸承可承受雙向軸向載 荷。 串聯(lián)配置，后置代號為dt（如70000/dt） ，串聯(lián)配置時，載荷線平行，徑向和軸向載荷 由軸承均勻分擔。但是，軸承組只能承受作用于一個方向上的軸向載荷。如果軸向載荷作用 于相反方向，或如果有復合載荷，就必須增加一個相對串聯(lián)配對軸承調節(jié)的第三個軸承。這 種配置也可在同一支承處串聯(lián)三個或多個軸承，但只能承受單方向的軸向載荷。通常，為了 平衡和限制軸的

7、軸向位移，另一支承處需安裝能承受另一方向軸向載荷的軸承。 關鍵詞關鍵詞: : 油氣潤滑,角接觸球軸承,過盈量,配置形式 3 electro-spindle type bearing design and lubrication methods general design information： high-speed electro-spindle high-speed machine tools as the core functional components, and its direct impact on the performance of the machines high-s

8、peed processing performance. motorized spindle bearings, as well as the selection and configuration of the lubricant is to ensure that the key to the performance of electro- spindle has important research value and significance. in this paper, takes full account of the high speed motorized spindle,

9、high precision dynamic balance, the spindle motor and the contents have been connected by such factors as earnings, based on high speed electric spindle bearing lubrication of the main ways: fuel injection gas oil mist lubricating grease and other lubricants and highlighted the principles of oil lub

10、rication system and the design process; introduced the main power spindle bearing typical types: hybrid bearing magnetic bearing, such as ceramic bearings, ceramic analysis of the angular contact ball bearings and the allocation of the performance advantages of the form; final through the kinetic th

11、eory of elasticity is derived and obtained high- speed electro-spindle with the bearing inner ring and the shaft have the formula for calculating the amount of surplus. in this paper, high-speed electro-spindle bearing lubrication type and mode of study can be used as electro-spindle structure optim

12、ization to improve the performance of machine tools based on high-speed processing and is conducive to high-speed electro-spindle system, the overall design and manufacturing. oil lubrication, in the academic community known as the two-phase fluid lubrication technology, is a new type of lubrication

13、 technology, which with the traditional single-phase fluid lubrication technology with unparalleled advantages. it has successfully resolved the oil mist lubrication and oil lubrication will not be able to 4 overcome the problem. it adapted to the machinery of the latest developments in industrial e

14、quipment, especially for high temperature, heavy-duty, high-speed, very low and the cooling water and dirt intrusion of lubrication points, poor working conditions of the occasion. because it can solve the traditional single-phase fluid lubrication technology can not solve the problem, and have a ve

15、ry clear results, significantly extended the life of friction, to improve the site environment, it is being more and more widely. oil lubrication system is mainly from the main station, two oil and gas distributor, plc electrical control device, intermediate pipe and pipe connections, such as the co

16、mposition of the annex. the main station is the supply and distribution of lubricants, compressed air treatment, gas mixing and flow of oil and gas output, as well as the assembly of electrical control plc. equipment according to the needs of lubrication oil and working procedures of pre-connect pne

17、umatic pump. compressed air through compressed air treatment plant for processing. lubricants distributor by the progressive distribution of compressed air was fed to the network connected with the oil and gas blocks in the mixed and mixed in the oil and gas blocks in the formation of oil and gas mi

18、xed with the compressed air stream output from the oil and gas exports to enter the oil and gas pipelines. in the oil and gas pipelines, because of the role of compressed air, so that lubricating oil pipeline along the wavy wall to move forward, and gradually formed a thin layer of continuous film.

19、mixed oil and gas blocks by the formation of a mixture of oil and gas flow through the distribution of oil and gas distributor, and finally to a very fine droplets of the continuous flow injection to the lubrication point. oil and gas distributor can be multi-level oil and gas flow distribution. int

20、o the bearing as a result of compressed air within the role, even if the site has been cooling lubrication and lubricating parts as a result of a certain amount of pressure to keep the outside world can not be the dirt and water intrusion, has played the role of a good seal. ceramic ball bearing ang

21、ular contact configuration of the form pairs configured for angular contact ball bearing at the same time to bear radial load and axial load of 5 occasions, it can withstand any pure radial load and axial load direction. such bearings by the production plant according to a certain degree of pre-load

22、 requirements, matching pairs portfolio, available to users. when the bearings installed in the fastening machine, the complete elimination of the bearings in the clearance and the ball ring and the key link in the pre-state, thereby enhancing composition of bearing steel. single row angular contact

23、 ball bearing with radial load mainly trails, axial joint load, but also pure radial load to bear, in addition to tandem configuration, the other two can be configured in either direction under the axial load. in the radial load to bear, it will cause additional axial force. so normally take into us

24、e, so any combination of pairs of bearings, the bearings installed in pairs according to their combination of the outer ring is divided into different end: back-to-back configuration, face-to-face configuration, series configuration (also known as: o-type configuration, x-type configuration , t- typ

25、e configuration) three types: back-to-back configuration, code-named post-db (such as 70000/db), back-to- back pair of bearing the load bearing axis to separate lines. affordable in both directions on the role of the axial load, but in each direction on the bearing load can only be made by a bear. i

26、nstalled to provide back-to-back bearing a relatively high rigidity of the bearing configuration, and can withstand overturning moment. face-to-face configuration, code-named post-df (such as 70000/df), face-to-face pair of load bearing lines converging to the bearing axis. affordable in both direct

27、ions on the role of the axial load, but in each direction on the bearing load can only be made by a bear. this configuration is not as good as back-to-back high-rigid matching, but less suitable to bear overturning moment. this configuration of the overturning moment stiffness and bearing capacity o

28、f db to configure than the form of two-way bearings can withstand axial load. tandem configuration, code-named post-dt (such as 70000/dt), in series configuration, the load-line parallel, radial and axial load evenly shared by the bearings. however, the bearings can only bear the role of group in a

29、direction axial load. if the axial load in the opposite direction, or if there are complex loads, it is necessary to add 6 a series matching the relative bearing of the third bearing adjustment. this configuration can also be supported by the agency in the same series of three or more bearings, but

30、can only afford a one-way axial load. typically, in order to balance and limit the axial displacement axis, and the other support would need to install the other direction can withstand the axial load bearing. key words：oil lubrication, angular contact ball bearings, have surplus capacity, configura

31、tion form 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 .1 1 1.11.1 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 .1 1.21.2 課題研究的主要內容課題研究的主要內容 .1 1.2.11.2.1 高速電主軸油氣潤滑研究高速電主軸油氣潤滑研究 .1 1.2.21.2.2 高速電主軸軸承選擇及配置分析高速電主軸軸承選擇及配置分析 .6 第二章第二章 油氣潤滑系統(tǒng)的設計油氣潤滑系統(tǒng)的設計 .9 9 2.12.1 油氣潤滑的基本原理油氣潤滑的基本原理.9 2.22.2 油氣潤滑系統(tǒng)組成及設計油氣潤滑系統(tǒng)組成及設計.11 2.32.3 油氣潤滑系統(tǒng)的技術要求油氣潤滑系統(tǒng)的技術要求 .14 2.

32、42.4 油氣潤滑技術的主要優(yōu)點油氣潤滑技術的主要優(yōu)點 .16 第三章第三章 電主軸軸承選擇及配置分析電主軸軸承選擇及配置分析 .1717 3.13.1 軸承的選擇軸承的選擇.17 3.23.2 軸承的配置方式軸承的配置方式 .19 3.2.13.2.1 角接觸球軸承的配置方式角接觸球軸承的配置方式.20 3.3.3.3.軸承的配置選擇應注意的問題軸承的配置選擇應注意的問題.24 3.43.4 軸承預負荷的確定軸承預負荷的確定.26 3.53.5 電主軸軸承配合過盈量的計算電主軸軸承配合過盈量的計算 .28 3.5.13.5.1 高速電主軸軸承內圈內徑和主軸外徑徑向位移高速電主軸軸承內圈內徑和

33、主軸外徑徑向位移 .28 結論結論 .3232 參考文獻參考文獻 .3333 致謝致謝 .3535 0 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 隨著生產力水平的高速發(fā)展，高速加工逐漸成為現(xiàn)代機械加工新的發(fā)展方向， 它所起到的作用日益為人們所重視。在日趨激烈的市場競爭中，新材料及難加工 材料層出不窮，質量要求不斷提高，精度大幅提升，周期縮短，新的生產形勢對 生產加工提出了新的要求。而高速加工具有切削效率高、加工表面質量高、加工 精度高等優(yōu)點，同時也縮短了加工時間和降低了加工成本，越來越受到人們的青 睞。機床主軸是影響高速加工的主要因素，主軸的性能在高速加工

34、中起著舉足輕 重的作用。 高速、高精度電主軸是高速加工機床中的核心功能部件。它將機床主軸的高 精度與高速電動機的電磁功能有機地結合在一起，省去復雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具 有調速范圍廣、振動噪聲小、便于控制、能實現(xiàn)準停、準速、準位等功能，不僅 擁有極高的生產效率，而且能顯著地提高零件的表面質量和加工精度。在機械制 造業(yè)不斷向高速、高精度、高智能化發(fā)展的今天，高速高精度電主軸已經得到了 廣泛的應用。 1.21.2 課題研究的主要內容課題研究的主要內容 1.2.11.2.1 高速電主軸油氣潤滑研究高速電主軸油氣潤滑研究 潤滑的作用 潤滑是保證軸承正常運轉的必要條件，它對于提高軸承的承載能力和使用壽 命起

35、著重要的作用。不論采用何種形式，潤滑對滾動軸承的壽命的影響表現(xiàn)為: 減少金屬間摩擦，減緩軸承磨損，延長軸承的使用壽命。潤滑的好壞直接影 響滾動軸承的磨損，如果潤滑條件足以防止?jié)L動體和滾道間發(fā)生金屬接觸的話， 疲勞裂紋一般出現(xiàn)在接觸表面的內層，磨損幾乎沒有，但如果潤滑膜的厚度不足， 就會發(fā)生金屬對金屬的相互接觸，甚至承載表面的微凸體峰尖可能發(fā)生冷焊現(xiàn)象。 此時接觸部位的剪應力能達到使表面形成裂紋的程度，這些裂紋逐步向材料內部 擴展并使接觸表面開裂，此時軸承的疲勞壽命比通常發(fā)生的次表面疲勞要小很多， 1 軸承的磨損加劇。 研究結果表明:彈性流體動壓油膜的厚度和兩接觸表面粗糙度均方根的和所 構成的關

36、系值是一個數(shù)值上對潤滑性能關系重大的參數(shù)，此參數(shù)稱為膜厚比。對 滾子軸承進行的大量試驗研究表明，不同潤滑條件下軸承額定壽命與潤滑油膜厚 比的關系。從研究結果來看，隨著膜厚比的增加，滾動軸承的使用壽命可以成倍 地增加。 潤滑起防塵、防銹、防蝕作用，延長軸承的使用壽命。軸承的污染可以分為 物理污染和化學污染兩種，通常會引起軸承的過早磨損和腐蝕損壞。造成物理污 染的固體顆粒來源，一是通過軸承座密封、軸承密封圈或油孔進入軸承的外部物 質，二是軸承零件磨損剝落的微粒。化學污染則主要是由水通過各種途徑進入軸 承內引起的，同時一些潤滑劑中的化學夾雜物也會造成化學污染的發(fā)生。試驗表 明:軸承全部磨損中約有一半

37、發(fā)生在軸承遭污染后繼續(xù)運轉的最初 1%時間內，磨 損的 25%發(fā)生在接下來的 1%運轉時間內，其余的 25%磨損則發(fā)生在所余下的 98% 的時間內。這就說明，當污染微粒物循環(huán)通過軸承的運動后，其尺寸減小了，污 染微粒的磨蝕作用也逐漸減小了。如果污染持續(xù)發(fā)生的話，則這種磨損將成比例 增大，軸承的壽命就會更短。 通過固體磨粒對潤滑脂失效及密封軸承壽命影響的試驗，得知固體雜質對密 封軸承壽命及鋰基脂失效的影響顯著。固體雜質對軸承壽命性能的影響主要反映 在對脂的化學劣化及磨損性劣化，而在較低溫度下以磨粒磨損為主。在 125的 高溫下，鐵和粉塵加劇了脂的失效，導致軸承壽命的降低。研究表明，微粒狀鐵 降低

38、密封軸承的潤滑壽命的機理是它作為一種催化劑，在高溫下加速潤?；瑒┲?基礎油的氧化及添加劑的分解，同時伴隨磨粒磨損促使軸承發(fā)生早期破壞。 化學污染最常見的形式就是水的侵入。水侵入軸承后通常以兩種化學方式導 致軸承的磨損。其一是由潤滑劑中發(fā)生的水解反映引起的，這種反映釋放出活性 酸，造成軸承金屬的侵蝕;二是水腐蝕，其結果是導致了軸承表面的生銹。在后 期，水腐蝕造成了軸承表面雜亂無章的蝕坑和銹斑。也有人指出，軸承滾道因為 承受周期交變應力而產生微裂紋，水分進入裂紋后造成腐蝕和氫脆，又加速了裂 縫的擴展，導致軸承提前發(fā)生尺寸較大的剝落現(xiàn)象。因此對化學污染，特別是水 分的控制也是應當注意的問題。 2 在

39、工程應用中，解決軸承污染的有效手段就是合理地選擇潤滑方式、潤滑劑 及潤滑參數(shù)等。一般來說，合理的潤滑方式不僅可以提供良好的軸承工作環(huán)境， 而且也應當具備良好的密封效果，從而能有效地阻止雜質和水等進入軸承內部、 延長軸承的使用壽命。 潤滑油膜的形成增大了接觸面積，減少了接觸壓力，使相應的應力值降低， 延長了軸承的疲勞壽命。潤滑可以減少軸承內部的摩擦發(fā)熱并帶走熱量、降低軸 承表面的工作溫度、防止材料在高溫下機械性能的降低及軸承的燒傷，確保滾動 軸承能在高頻接觸應力下，長時間地正常運轉。 潤滑方式的選擇 潤滑方式的選擇，是決定潤滑效果的重要因素之一。潤滑方式的選擇又與潤 滑劑的種類、潤滑要求和被潤滑

40、機械設備的性能等有關。常用的潤滑方式包括: 油循環(huán)潤滑 油循環(huán)潤滑是一種對滾動軸承部位進行積極潤滑的方式。它是利用油泵將潤 滑油從油箱中吸出，通過油管、油孔導入滾動軸承座中，再通過軸承座的回油口， 將油返回油箱，經冷卻和過濾后循環(huán)使用。因此，這種潤滑方式能夠有效地排除 摩擦熱。故適用于負荷大、轉速高的軸承中。 噴油潤滑 噴油潤滑也是油循環(huán)潤滑的一種。軸承高速旋轉時，滾動體和保持架也以相 當高的速度旋轉，使周圍空氣形成氣流，用一般潤滑方法很難將潤滑油輸送到軸 承中去。為了能夠使?jié)櫥统浞诌M入高速軸承內部的相對運動表面，同時又要避 免由于高速運轉條件下循環(huán)給油量過大而產生的溫升過高、摩擦阻力過大等

41、問題， 在軸承座進油口增設了噴嘴，并提高供油壓力，依靠噴嘴把油噴射到軸承上，達 到對軸承的潤滑和冷卻。 油霧潤滑 油霧潤滑是一種微量潤滑，可以使用很少量的潤滑油來滿足滾動軸承的潤滑 要求。油霧潤滑時，潤滑油在油霧發(fā)生器中變成油霧，依靠這種油霧對軸承實現(xiàn) 潤滑，但是由于油霧在滾動軸承工作表面會再次凝聚成油滴，因此實際上滾動軸 承工作表面仍然保持著稀油潤滑的狀態(tài)。油霧潤滑常常應用于軸承滾動體線速度 很高的工作環(huán)境下，以避免其它潤滑方法由于供油過多、油的內摩擦增大導致滾 3 動軸承工作溫度增高的弊端。 一般而言 ，油霧潤滑所需的空氣壓力為 0.05 一 0.15mpa，每個軸承的空氣 量為 5 一

42、10l/min，供油量為 0.1 lml/min。由于壓縮空氣是和油霧一起進入 軸承中的，所以冷卻效果較好。這種潤滑方式主要用于 dn0.9l06mmr/min 的 高速軸承。但是，油霧潤滑中潤滑油的粘度選擇一般不應高于 340mm2/s，因為 過高的粘度將無法達到霧化的效果;潤滑過的油霧可能會部分地隨空氣散逸，導 致環(huán)境的污染。 脂潤滑 脂潤滑是直接將潤滑脂涂抹到滾動軸承各個運動表面間。這是一種最常見的 潤滑方式，但是在給滾動軸承的滾道和滑動工作表面輸入潤滑脂時，必須遵循以 下原則:潤滑脂必須貫穿軸承的工作表面和軸承的內部空隙，這樣才能使?jié)櫥?脂充分起到潤滑作用:在滾動軸承的工作表面應留有一

43、定數(shù)量的潤滑脂，并持 續(xù)一定的時間，但又要防止?jié)櫥蜻^多而流失;在保證良好潤滑的前提下， 盡量減少潤滑脂的用量。 油氣潤滑 在高速運轉情況下，一般的脂潤滑、油潤滑很難保證軸承的潤滑效果。油霧 潤滑由于其效率低及對環(huán)境特別是身體健康的嚴重危害性，較少應用于高速電主 軸。油氣潤滑技術是將少量的潤滑油不經霧化而直接由壓縮空氣定時、定量地沿 著專用的油氣管道壁均勻地被帶到軸承的潤滑區(qū)。潤滑油起潤滑的作用，而壓縮 空氣起推動潤滑油運動及冷卻軸承的作用。油氣始終處于分離狀態(tài)，這有利于潤 滑油的回收，而對環(huán)境卻沒有污染。油氣潤滑對噴嘴的位置有嚴格的要求，潤滑 效果還受到空氣流量和油氣壓力等因素的影響。 油

44、氣潤滑的特點是:可以準確地控制油量和氣量，并且易于調節(jié)，從而可 保持潤滑點處于最佳潤滑狀態(tài);可同時對多個軸承進行潤滑，并能單獨調節(jié)每 個潤滑點的潤滑參數(shù);油氣潤滑設備本身對潤滑油無特殊要求(如可以輸送粘度 很高的潤滑油);壓縮空氣可對潤滑點起到冷卻，防塵，防有害氣體等作用，因 此可用于惡劣工作環(huán)境的潤滑點。 油氣潤滑技術是繼油霧之后，80 年代在西方工業(yè)化國家首先發(fā)展起來的一 種新型潤滑方式。它具有油霧潤滑的優(yōu)點而又避免了油霧潤滑的一些不足，因而 4 在鋼鐵、造紙和機床等行業(yè)逐步得到了廣泛使用。在機床行業(yè)中，油氣潤滑技術 已經應用于高速電主軸的滾動軸承的潤滑。油氣潤滑是一種新型的潤滑方式，在

45、實踐上已經有相當廣泛的應用。油氣潤滑在我國的應用也有近二十年的時間，國 內不少學者及工程技術人員對油氣潤滑技術進行了研究。有許多一線的工程人員 介紹了在實際使用中的油氣潤滑設備及其效果。國內有不少文獻介紹油氣潤滑技 術的相關內容，但是大多是綜述性和使用反饋性的，系統(tǒng)具體的實驗研究則很少 見。 潤滑劑的選擇 關于潤滑劑的選擇，主要考慮的因素是潤滑劑的粘度等級和添加劑的種類。 滾動軸承的失效多數(shù)是由于潤滑劑的粘度不足引起，潤滑劑的粘度越低，則油膜 的承載能力越差，油膜越容易破裂，滾動軸承內部相對運動表面的金屬材料易發(fā) 生直接接觸，導致摩擦增大、磨損加劇，使軸承使用壽命明顯縮短或發(fā)生軸承的 燒傷、斷

46、裂事故。但是，如果潤滑劑的粘度過高，則會使軸承摩擦阻力加大，因 攪拌潤滑劑而產生的熱量增多，導致軸承的溫升增大。 油氣潤滑方式的研究 作為一項新發(fā)展起來的潤滑技術，油氣潤滑系統(tǒng)的應用己經在國內逐漸受到 了重視，它的諸多優(yōu)點在實踐中也受到了用戶的肯定。但目前國內使用的油氣潤 滑系統(tǒng)大多從國外引進的，國內對它的研究和開發(fā)工作也是剛剛起步。目前國內 在這方面的研究報道大部分集中在對油氣潤滑系統(tǒng)應用效果的分析上，僅有少數(shù) 研究人員進行過一些對比試驗研究。因此，這方面仍然有大量的工作需要完成和 充實。 油氣冷卻潤滑這一新技術，不但進一步改善了軸承的使用條件，提高了軸承 的使用壽命，而且在積極冷卻、節(jié)約能

47、源等方面均有不同程度的改進和提高。它 具有比噴油、強力循環(huán)潤滑更加適合于高負荷、高轉速和高溫工作條件下的優(yōu)點， 是一種有效的潤滑方法。和傳統(tǒng)潤滑方式相比，有著諸多的優(yōu)點: 能輸送各種性能的潤滑油。油氣冷卻潤滑系統(tǒng)在輸送潤滑油時，可以不受 潤滑油的粘度限制。只要系統(tǒng)中油泵功率足夠大，那么高粘度的潤滑油就可以被 定量地供給到軸承部位。潤滑油粘度提高了，軸承工作系統(tǒng)的軸承材料和工作條 件系數(shù)也將相應增大，同時潤滑油膜厚度及油膜形成率都會相應提高，這對提高 5 軸承壽命時很有利的。 油氣潤滑可以準確地控制油量和氣量。在油霧潤滑中，油和氣的用量是無 法準確調整的。而在油氣冷卻潤滑中，油和氣不是一體，所以

48、可以通過遞進式給 油器和油氣分配器， 按潤滑點的要求調整油量及壓縮空氣，配成一定比例的油 氣混合物供油點潤滑。 無環(huán)境污染。油霧潤滑中，油被霧化成.0.5 一 2m 的霧粒，這些霧粒有的 通過二次凝固稱為較大的油滴，起著潤滑的作用。但也有相當多的油霧粒子從摩 擦副的縫隙或密封口向大氣排放，造成環(huán)境的污染。而在油氣冷卻潤滑中，油并 沒有被霧化，而是以油粒狀被壓縮空氣吹散并輸送，因此向大氣中排放的僅是空 氣，所以對環(huán)境沒有任何污染作用。 密封及冷卻性能好。潤滑劑在摩擦點的作用，不但可以防止金屬與金屬的 直接接觸，同時還有攜帶走摩擦熱及密封的作用。潤滑劑受外界污染物、水等入 侵而變質是導致潤滑失效的

49、重要原因之一。在以往的稀油潤滑及油霧潤滑中，軸 承腔內的壓力都較低，因此密封性能也比較差。而油氣潤滑的軸承腔內的壓縮空 氣可對潤滑點起到冷卻、防塵、防有害氣體等作用。 采用油氣潤滑系統(tǒng)，由于空氣的連續(xù)流動，可以帶走軸承腔中的熱量，保持 軸承在合理的溫度下工作。實驗證明采用油氣冷卻潤滑可使軸承溫度比油脂潤滑 時低 12左右。采用油氣潤滑系統(tǒng)，可在軸承腔中形成正壓，也利于防止水和 雜質等進入軸承內部，有利于良好的密封的形成。 潤滑油消耗量小。采用油氣潤滑時的潤滑油消耗量是油霧潤滑的 1/10， 干油潤滑的 1/100。 有利于提高軸承的轉速。由于油滴是以噴射的方式接觸摩擦面的，故油氣 混合物完全有

50、能力穿透在高速運轉時由于離心力的作用而在軸承周圍形成的空氣 渦流，從而達到噴射供油潤滑及冷卻的目的。 1.2.21.2.2 高速電主軸軸承高速電主軸軸承選擇及配置分析選擇及配置分析 電主軸是高速、精密主軸單元，承受較大徑向和軸向切削負荷。其軸承首先 必須滿足高速旋轉運動的要求，并且要求有較高的回轉精度和較低的溫升。此外， 還要求具有較高的徑向、軸向剛度和較長的使用壽命，特別是保持精度的壽命。 6 軸承的選型及其潤滑方式直接決定主軸的性能和使用壽命。目前，電主軸采用的 軸承主要有磁懸浮軸承、流體動靜壓軸承和滾動軸承。 磁懸浮軸承電主軸在空氣中回轉, 其dmn 值可以高出滾動軸承的14 倍, 最高

51、線速度高達200m/s ( 陶瓷球軸承為80m/s) 。這種軸承溫升低, 回轉精度極 高( 可達0.1) , 主軸軸向尺寸變化也很小, 是一種很有發(fā)展前途的電主軸, 但 因價格很高, 限制了它在工業(yè)上的推廣應用。 流體動靜壓軸承為非直接接觸式軸承, 具有磨損小、壽命長、旋轉精度高、 阻尼特性好( 振動小) 等優(yōu)點, 用于機床電主軸上,在加工零件時, 可使刀具壽 命長、加工表面質量高。 滾動軸承具有剛度高、高速性能好、結構簡單緊湊、標準化程度高、品種規(guī) 格繁多、便于維修更換等優(yōu)點, 因而在電主軸中得到最廣泛的應用。 隨著技術的發(fā)展, 目前滾動軸承的使用環(huán)境和條件與過去相比更加苛刻和復 雜, 普通

52、的鋼制軸承已不能適應, 這就提高了滾動軸承零件使用高性能陶瓷的可 能性。近年來, 陶瓷軸承技術的發(fā)展已經使得角接觸軸承的速度能力有了很大的 提高,以致陶瓷滾珠和內、外鋼環(huán)組成的“混合式”軸承, 幾乎已成為現(xiàn)有高速 主軸系列的標準規(guī)范。具有代表性的工程陶瓷材料氮化硅(si3n4),其耐熱耐腐蝕 與耐磨等性能優(yōu)異, 而且重量輕, 因此在以往鋼制軸承不能適應的嚴酷環(huán)境或者 以機床為代表的高速旋轉條件下, 陶瓷材料制的軸承業(yè)已實際使用。 陶瓷球使混合軸承具有如下優(yōu)點: 1.高速: 陶瓷球的重量僅為鋼球重量的40%, 這樣能減少離心力和打滑, 使混合 軸承比傳統(tǒng)軸承的轉速提高20%40%。 2.高剛性:

53、 陶瓷彈性模量比鋼高50%, 因此能提高剛度15%20%, 從而減輕機床 主軸的振動。 3.耐腐蝕: 陶瓷材料不活潑的化學特性使陶瓷球具有耐腐蝕性。 4.長壽命: 陶瓷球材料比鋼的硬度高, 還具有較高的抗壓強度。根據經驗陶瓷 球軸承的壽命可提高35 倍。 此外, 陶瓷球軸承還有低熱膨脹、低發(fā)熱和絕緣等性能。陶瓷球軸承性能卓 越, 是較理想的高速軸承, 雖然成本高, 但從綜合的社會和經濟效益來看, 應用 前景十分廣闊。 7 用于高速主軸的滾動軸承有圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承等, 其中又以角接觸球軸承應用最多。角接觸球軸承對于作用在轉軸或主軸上的載荷 可做到速度和剛度之間的最佳匹配。

54、可同時滿足以下標準規(guī)定: 高精度、高轉速、 長壽命和高剛度等。角接觸球軸承承載能力強, 能同時承受徑向和一個方向的軸 向載荷。因此, 廣泛地應用于高速機床主軸的支承中。高速角接觸球軸承通常采 用 15和 25接觸角。 角接觸球軸承能承受徑向和一個方向的軸向載荷,在徑向載荷作用下, 軸承 內部產生一個沿軸向方向作用的力, 必須有另一相對的外力( 預加載荷) 來平衡。 另外,為提高主軸系統(tǒng)的支承剛度, 機床主軸軸承通常采用雙聯(lián)、甚至多聯(lián)的配 對方式。 角接觸球軸承的廣泛適應性、高生產率和可靠性促進了現(xiàn)今機床的不斷發(fā)展。 8 第二章第二章 油氣潤滑系統(tǒng)的設計油氣潤滑系統(tǒng)的設計 2.12.1 油氣潤滑

55、的基本原理油氣潤滑的基本原理 2-1 油氣潤滑原理圖 上圖為油氣管中的油膜狀態(tài)示意圖。在油氣管道中，由于壓縮空氣的作用， 起初潤滑油是以較大的顆粒呈間斷狀地粘附在管道內壁四周（圖 a）, 當壓縮空 氣快速流動時，油滴也隨之低速緩慢移動并逐漸被壓縮空氣吹散、變?。▓D b） ， 9 在行將到達管道末端時，原先是間斷地粘附在管壁四周的油滴已以波浪形油膜的 形式連成一片，形成了連續(xù)油膜, 被壓縮空氣以精細的連續(xù)油滴噴入潤滑點（圖 c）. 油氣潤滑技術就是利用壓縮空氣將微量的潤滑油分別連續(xù)不斷地、精確地供 給每一套主軸軸承, 微小油滴在滾動體和內外滾道間形成彈性動壓油膜, 而壓縮 空氣則帶走軸承運轉所產

56、生的部分熱量。油氣潤滑系統(tǒng)的工作原理見圖2-2。每 隔一定時間由定量柱塞泵分配器定量輸出的微量潤滑油, 在混合閥中與壓縮空氣 混合后, 經內徑2mm 4mm的尼龍管以及安裝在軸承近處的噴嘴進入軸承內, 停 留在摩擦點處。 2-2 油氣潤滑原理圖 10 2-3 油氣潤滑系統(tǒng)的組成 2.22.2 油氣潤滑系統(tǒng)組成及設計油氣潤滑系統(tǒng)組成及設計 油氣潤滑系統(tǒng)一般由油氣站以及控制臺等組成。油氣站主要包括泵站、氣站, 混合部分包括分配器、混合器和噴嘴等。附屬部分包括各種過濾器、溢流閥、換 向閥、壓力表等?？刂撇糠侄酁?plc 控制。供油采取間歇供油的方式, 因為在 油氣潤滑系統(tǒng)中耗油量很小, 可根據設定的

57、工作周期和各潤滑點的消耗量進行供 油。潤滑系統(tǒng)原理示意圖見圖 2-3。 1.供油部分 供油部分主要由油泵、油箱、溢流閥、過濾器和壓力控制器、遞進式給油器 組成, 各元件都是根據系統(tǒng)的供油量選定的。油泵為2臺, 1臺工作, 1臺備用,通 過電子監(jiān)控裝置啟動或停止。由于油氣潤滑的耗油量比較小, 所以泵的排量一般 比較小, 工作壓力較高。 油箱設計 油箱的有效容積 v(m3) 為泵每分鐘流量 q( m3/s) 的 3 倍以上。通常由壓力概 略確定 v。低壓系統(tǒng) v=( 24) 60q。中壓系統(tǒng) v=( 57) 60q。高壓且連續(xù)工 作時, 油箱的有效容積按發(fā)熱量計算確定, 在自然冷卻的情況下, 對長

58、、寬、高 之比為: 1( 12) ( 13) 的油箱, 油面高度為油箱高度的 80%。 11 管路的設計 油管 一般為耐壓鋼管, 可選取與油氣管相同或偏小的內徑。 (2-1) 4q d (2-2) 2 pd (2-3) 2dd 式中 油管內徑, dm 金屬管壁厚, m 油管外徑, dm 泵流量, q 3 ms 潤滑劑流速, m s 材料的許用拉應力 噴口壓力的高低對潤滑顆粒的大小、噴射的距離、冷卻和密封作用的強弱都有直 接影響。一般系統(tǒng)噴口壓力在 0.010.1mpa, 根據實際進行現(xiàn)場調試。 2.油量分配 油量的計量和分配主要是通過遞進式分配器來實現(xiàn)的. 遞進式分配器的一個 重要特性是只要有

59、任何一個工作活塞不工作(活塞卡死或出口堵死) ,其它活塞就 會全部受阻,整個分配器將停止工作. 遞進式分配器的這一特性常常被利用來對系統(tǒng)進行控制和監(jiān)視. 只要在任何 一個工作活塞處設置一個感應接近開關. 在正常情況下,遞進式分配器每進行一 個循環(huán)相應的每個出油口就噴油一次,感應接近開關就計數(shù)一次. 由于每個遞進式分配器的出油量是不可調的.那么在每口不同油量需要的潤 滑系統(tǒng)中,就必須采取不同的方法來解決. 一種方法是采用片式遞進式分配器,每 一中間片的活塞大小可以不一樣,出油量也就不一樣;不僅如此,還可以采取堵塞 某個出油口使另一側的出油量加倍;或者是將兩個甚至更多的出口串聯(lián)起來從而 得到所需的

60、油量. 另外,還可以采用分級控制的方法. 即在一個分配器的出油口 12 再接上多個遞進式分配器,從而對油量實行多級分配. 3.氣源（供氣部分） 供給的壓縮空氣應該清潔而干燥, 因為含水量太高會破壞油膜形成, 影響潤 滑效果。所以必須先經過油水分離及空氣過濾。 （實踐證明, 油氣潤滑系統(tǒng)故障 發(fā)生的80%以上, 都是由于壓縮空氣過臟或含水量過大造成的。 ）當油氣潤滑系統(tǒng) 啟動時, 壓縮空氣由電磁閥接通, 經過減壓使排出的氣壓為0.4m pa0.6m pa, 在排氣管線上裝有壓力控制器以保證工作中有足夠的氣壓。 4.氣管 氣管內徑一般都取油氣管內徑的 2 倍.。 (2-4) 4q d 式中 氣管內