多線切割主導(dǎo)輥軸承溫度調(diào)控研究

多線切割主導(dǎo)輥軸承溫度調(diào)控研究

0冷卻方式比較多線壓延技術(shù)是一項(xiàng)快速將金屬絲放入脆硬件加工區(qū)域的創(chuàng)新技術(shù)。最后，將材料切割成薄片進(jìn)行創(chuàng)新技術(shù)。根據(jù)滾動(dòng)軸承類型選擇原則控制軸承的溫度一直是多線切割技術(shù)中關(guān)注的重點(diǎn)。研究表明,最有效的控制軸承溫度的方式是采用兩路水對(duì)其軸承內(nèi)、外圈分別進(jìn)行冷卻?，F(xiàn)行的多線切割機(jī)的軸承冷卻方式大多采用以水為冷卻介質(zhì),通過冷卻安裝軸承外圈的軸承座和安裝軸承內(nèi)圈的傳動(dòng)軸的間接冷卻方式,從而避免由直接冷卻產(chǎn)生的銹蝕和難密封問題。一些國外的主導(dǎo)機(jī)型(如HCT公司的B5)采用分別冷卻軸承座和傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)形式,如圖1所示。主導(dǎo)輥需要經(jīng)常拆卸,由圖1看出,通水的鎖緊桿也需卸下來,這就要求排空前、后傳動(dòng)軸及主導(dǎo)輥腔體內(nèi)的水,而排水需要借助氣體壓力進(jìn)行,這種冷卻結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。有的機(jī)型受該結(jié)構(gòu)所限取消了對(duì)前傳動(dòng)軸的冷卻,只冷卻承載較大的后傳動(dòng)軸和前、后軸承座(如常州貝斯塔德機(jī)械股份有限公司的S600DS,NTC公司的PV800,MB公司的DS271),在機(jī)器運(yùn)行速度、載荷不太大的情況下可以滿足工作要求,此種方式的結(jié)構(gòu)有所簡化,但運(yùn)行速度、載荷加大后,前軸溫度升高較快?，F(xiàn)有的冷卻方式使得機(jī)器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,得不到廣泛的應(yīng)用。在熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、熱輻射三種熱量傳遞形式的基礎(chǔ)上,研究分析冷卻軸承座,進(jìn)而控制軸承內(nèi)、外圈溫度的方式。1機(jī)械零部件熱變形分析在沒有冷卻條件下測得的FAG公司的7218B角接觸球軸承各元件隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的溫度變化規(guī)律,如圖2所示。ΔT由圖2可看出,隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長,軸承各部件溫度都呈現(xiàn)快速升高的趨勢(shì)。軸承工作中,熱量主要來源于在負(fù)荷作用下的滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦、密封圈摩擦和外來的導(dǎo)熱,而溫度變化會(huì)引起機(jī)械零部件熱變形,其計(jì)算公式式中:L為被測對(duì)象的尺寸,mm;α為材料的線膨脹系數(shù),1/℃;t為平均溫度,℃;ΔL為熱變形量,mm。由式(1)可看出,溫度的變化引起熱變形,使機(jī)械零部件尺寸和幾何形狀發(fā)生相應(yīng)變化。在影響精密工程技術(shù)領(lǐng)域精度的眾多因素中,溫度變化引起的熱變形誤差已成為主要的甚至決定性的因素由圖3、4可看出游隙的變化對(duì)軸承壽命、噪音的影響是很明顯的,合理的游隙能保證軸承的良好工作性能。2熱傳導(dǎo)模型的建立熱能是物質(zhì)能量的一種表現(xiàn)形式,傳熱過程則是熱能的傳播過程。熱能的傳遞有熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、熱輻射三種基本形式熱傳導(dǎo)是由物質(zhì)內(nèi)部分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象式中:φ為熱傳導(dǎo)熱量;A為熱傳導(dǎo)面積;λ為熱導(dǎo)率。對(duì)流換熱是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移、冷、熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過程。熱對(duì)流僅能發(fā)生在流體中,而且由于流體中分子同時(shí)進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),因而熱對(duì)流必然伴隨有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。對(duì)流換熱的基本計(jì)算式為牛頓冷卻公式式中:φ為對(duì)流換熱量;h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù);A為對(duì)流面積;Δ物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射,物體會(huì)因各種原因發(fā)出輻射能,其中因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。輻射傳熱的特點(diǎn)是它不僅產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移,而且還伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換。熱輻射方程式為式中:φ為熱輻射熱量;ε為物體的發(fā)射率;A為輻射表面積;σ為黑體輻射常數(shù);T為黑體的熱力學(xué)溫度。3傳遞熱量冷卻傳熱學(xué)理論表明,控制軸承座溫度的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)熱量以不同的形式傳遞。熱力學(xué)第二定律指出,凡是有溫差存在的地方,就有熱能自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞?，F(xiàn)從三種熱能的傳遞形式出發(fā),通過采用一路冷卻水,對(duì)多線切割機(jī)軸承的冷卻結(jié)構(gòu)作可行性分析如下。多線切割機(jī)前、后軸承座均采用雙排布置軸承的結(jié)構(gòu),兩排軸承之間均有一段距離從而形成了一個(gè)小腔體。設(shè)計(jì)中,在小腔體內(nèi)設(shè)置材料的比熱容大的軸承內(nèi)、外圈隔墊。工作中,內(nèi)圈的熱量既通過滾動(dòng)體傳遞到外圈,也可直接傳遞到傳動(dòng)軸上,再通過傳動(dòng)軸將熱量傳遞到內(nèi)圈隔墊。內(nèi)圈隔墊的熱量通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和熱輻射三種形式傳遞到外圈隔墊,具體傳遞過程是內(nèi)隔墊的熱量既可通過熱傳導(dǎo)的形式傳遞到內(nèi)、外隔墊之間的氣體,氣體之間以對(duì)流換熱的形式完成熱量的傳遞,然后氣體又通過熱傳導(dǎo)的形式把熱量傳遞給外圈隔墊;同時(shí),內(nèi)隔墊的熱量也通過熱輻射的形式傳遞到外圈隔墊。外圈隔墊和外圈的熱量通過熱傳導(dǎo)的方式直接傳遞到軸承座上,因此對(duì)軸承座進(jìn)行冷卻就實(shí)現(xiàn)了軸承內(nèi)、外圈的冷卻。具體冷卻過程如圖5所示。為加強(qiáng)傳遞的熱量,應(yīng)做到:(1)在外圈隔墊上設(shè)置冷卻水流通的孔,以使軸承座內(nèi)的冷卻水導(dǎo)流到外隔墊內(nèi),使外隔墊與軸承座之間的熱量傳遞更快更有效;(2)盡量減小內(nèi)、外圈隔墊之間的間隙;(3)內(nèi)隔墊的外表面和外隔墊的內(nèi)表面周圈加工成鋸齒狀,由式(2)~(4)可知,增加表面積可以增加傳熱量,同時(shí)內(nèi)圈隔墊鋸齒狀的結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)中可以對(duì)氣體形成攪拌作用,使氣體以強(qiáng)迫對(duì)流的形式將熱量傳遞,增強(qiáng)傳熱效果,并且實(shí)際物體不能完全吸收投射到表面上的輻射能,會(huì)形成漫反射現(xiàn)象,該鋸齒形狀的結(jié)構(gòu)可以使輻射過來的熱量更易吸收;(4)鋸齒形狀的外表面應(yīng)有一定的粗糙度,因?yàn)楦吖鉂嵍缺砻娴陌l(fā)射率很低,不利于熱輻射。新形式的冷卻結(jié)構(gòu)如圖6、7所示。由圖6可看出,通過一路水冷卻軸承座的結(jié)構(gòu)方式,結(jié)構(gòu)更加簡單,且能使軸承內(nèi)、外圈都得到冷卻。改進(jìn)結(jié)構(gòu)前、后,對(duì)軸承溫度(℃)隨時(shí)間(min)的變化進(jìn)行了測量,測量結(jié)果如表1所示。由表1試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)比較可得出,改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)能有效降低軸承的溫度,從而滿足工作要求。4控制軸承溫度分析了多線切割機(jī)的工作原理及主導(dǎo)輥軸承座結(jié)構(gòu),進(jìn)而改進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)。從溫升嚴(yán)重影響切割精度出發(fā),在熱量傳遞的理論的基礎(chǔ)上,提出通過冷卻軸承座進(jìn)而控制軸承溫度的方法。該方式簡單易行,能夠?qū)⑤S承溫度控制在工作要求的范圍內(nèi),對(duì)多線切割機(jī)主導(dǎo)輥軸承冷卻方式的選擇有一定的參考價(jià)值。5擴(kuò)展的可能性結(jié)合目前國內(nèi)外狀況,該方