高速电主轴轴承的油气润滑及其应用

随着轴承加工行业对磨用电主轴高转速的日 益追求， 电主轴对主轴轴承的质量要求也越来越 高。这样一方面刺激轴承行业开发生产更加适合 高速、 超高速运转的陶瓷球主轴轴承， 另一方面也 期待通过润滑方式的改善来提高主轴轴承的极限 转速。近年来， 日渐风行的油气润滑技术， 可使电 主轴轴承具有极限转速高、 温升低和寿命长等优 点， 是高速、 超高速电主轴轴承最理想的润滑方 式。
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杨柳欣等： 高速电主轴轴承的油气润滑及其应用
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系数， ! " !#$$%& 轴承内径， $$ 轴承宽度， $$
速电主轴常用轻系列角接触球轴承， 供油最佳润 滑方式为从一边进入轴承内部， 如图 45 所示。喷 嘴孔应与内圈齐平， 不能指向保持架。但在实际 应用中， 由于尺寸所限往往采用图 46 的结构。在 油路设计时要尽量避免管子截面的变化， 尽量减 少油路弯折， 如果结构所限， 则尽量保持变化部位 中气体的出 的光滑过渡。同时， 要保证 “油 7 气” 口畅通。
［#］ 轴承） 所需油量 。在试验中根据轴承的润滑油
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结束语
实践证明， 油气润滑是高速、 超高速电主轴轴
承的最佳润滑方法， 随着环保的要求和人们对该 技术认识的深化， 会逐步替代油雾润滑。但是， 由 于轴系结构差别较大， 轴承排列形式各种各样， 如 何更加合理的使用油气润滑装置和油气润滑技 术， 还需在实践过程中进一步探索和研究。 参考文献：
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轴承 5>?,./@
&11" 年第 " 期 &11"， )A+ "
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高速电主轴轴承的油气润滑及其应用
杨柳欣， 李松生
（洛阳轴承研究所， 河南 洛阳 $0#1"2）
摘要： 油气润滑是轴承润滑的理想方式， 在高速电主轴行业， 油气润滑技术以其众多的优点成为高速主轴轴承 润滑方式的首选。本文以高速电主轴的实际应用阐述油气润滑的优越性及其如何合理应用。 关键词： 油气润滑； 高速电主轴； 主轴轴承 中图分类号： 34#"" + "" 文献标识码： 5 文章编号： （&11"） #111 6 "07& 1" 6 11&" 6 1"
实际供 油 量 可 在 此 数 值 基 础 上 扩 大 ( / 0! 倍， 但 （#） 式没有考虑轴承的类型和转速的影响。 显然， 轴承在速度因数高时所需的油气量应该比 速度因数低时要多。在电主轴的实际应用中， 所 用主轴轴承主要是角接触球轴承， 而且所用轴承 的 "$ % 值在 （# " ’ / # " 1） ・ 加上此类 2 #!3 $$ ,%$-.， 轴承具有油液自动传输功能， 所需油量远大于不 具有油液自动传输功能的轴承 （如双列圆柱滚子
图’
轴承温升、 摩擦转矩与供油量 的关系
矩
图4
主轴轴承供油方式
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其他注意事项 油气润滑装置对油品、 压缩空气和过渡管有
些特殊的要求， 禁止使用含有二硫化钼添加剂的 润滑油， 因为这种润滑油中的二硫化钼会停留在
图( )*!!#+ 轴承在 #!! !!! ,%$-. 下供油 量与温升的关系
喷嘴内孔处， 从而阻塞喷嘴。压缩空气必须经过 过滤和干燥， 为了保证通过轴承部位的空气流量， 轴承喷嘴部位的气压不得低于 ! " #4 895。为了得 到稳定的 “油 7 气” ， 在润滑装置和主轴油接嘴之 间应保持至少 # $ 长的光滑尼龙管 （管径 !0 / ( ， 推荐使用管子长度 ( / 4 $。 $$）
图!
油气润滑的原理
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图# 尼龙管中的油气状态
油气润滑在高速电主轴中的应用
润滑油量的选用 润滑油量一直是轴承使用者非常关心的问
题， 123 公司给出摩擦转矩和双列圆柱滚子轴承 气” ， 油气输送管内观察到的状态如图 # 所示。可 以看出， 微小油滴沿管壁波状分布， 油和气实际上 是呈分离状态的， 并且由流动的压缩空气带着管 壁上波状分布的润滑油一起连续不断地向前输 送。 的温升与所需润滑油量的定性关系， 如图 $ 所示。 从图中可以看出， 使摩擦转矩和轴承温度达到最 佳数值时所需的油量是比较少的。过多的润滑油 只能增加轴承的搅油损耗而使轴承温升增大。图 中阴影部分为最佳供油区域。图 % 是我们实测的 主轴轴承 4(++!56 外圈温升与供油量的关系曲 线， 该曲线与图 $ 的曲线非常相似， 这说明对于不
［#］ 张 松等 " 高速主轴轴承的油 : 气集中润滑系统 ［ ;］ ，(） " 制造技术与机床， 0!!!（ " ［0］ 李松生等 " 高速主轴轴承油气润滑应用试验 ［ ;］ "润 滑与密封， ，’） ： #<<3（ 03 : 01 " （编辑： 张 葵）
膜电阻和轴承外圈温升调节供油间隔， 在油膜电 阻和轴承外圈温升均较为理想时， 根据油气润滑 系统特性计算出的耗油量为 （ #） 式计算值的 #!! 倍以上。因此， 对于高速、 超高速电主轴轴承来 说， 所需的润滑油量需根据油路设计状况、 轴承形 式和油品特性由经验和试验确定， （#） 式在此处已 经失去了实际指导意义。 ’"0 油路及供油方式设计 由于油气润滑每次仅有很少量的润滑剂进入 轴承摩擦部位， 为了使高速主轴轴承达到理想的 万方数据 润滑状态， 油路及供油方式的设计非常严格。高
（编辑： 张 葵）
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洁净度与钢球成品清洗
万方数据 钢球在整个加工过程中， 洁净度对高精度精
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《轴承》 #++$ 0 : 0 +$
轴承定量供油， 而油脂润滑的一次加脂根本谈不 上定量供应。而油气润滑的油则以微滴形式进入 轴承， 所以润滑点数可以在油路设计时任意控制， 各润滑点的油量可以通过油气装置定时、 定量单 独供应， 这样就易于实现按需供应， 避免浪费， 因 而油的用量只占油雾润滑的 !*!+。 （#） 油气润滑可保持轴承承载部位的摩擦点 总有新鲜的润滑剂， 而油脂润滑的油脂有一定的 使用周期， 在前期润滑油较多， 易搅动发热， 到后 期则不足， 形不成良好的润滑条件， 由于补充油脂 时操作繁琐， 在实际应用中大多是一次性加脂直 到轴承更换为止。 （$）油气润滑可使轴承温升减小， 因而可使 主轴轴承 !" # 值更高。试验证明， 在相同的转速 下， 同一型号、 同样工况的主轴轴承使用油气润滑 可以比油雾润滑外圈温升降低 , - !’ . ； 若保持 轴承外圈温升相同， 则油气润滑可使轴承速度因 数提高 #&/ 以上。
［!］ 同的轴承来说， 该趋势具有共性。有文献介绍 ，
#
油气润滑技术的主要特点
油气润滑系统克服了油雾润滑及油脂润滑的
缺点， 具有如下众多的优点： （!） 可以根据实际需要选择润滑点数和各润 滑点所需要的油量， 并节约润滑剂。 万方数据 因为油雾可以任意扩散， 几乎不可能对单个
可以用以下公式近似计算轴承所需要的润滑油用 量。 式中 $ $ 7 %!& 供油量， 88$ *9 （!）
引证文献(12条) 1.俞洪飞 油气润滑在高速电机中的应用[期刊论文]-大众科技 2010(6) 2.王保民.胡赤兵.孙建仁.刘洪芹 高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析[期刊论文]-兰州理工大学学报 2009(1) 3.魏联华 述宫密封技术在煤机行业数控改造中的应用研究[期刊论文]-煤矿机械 2009(5) 4.陈瑞华 电主轴技术在机床数控改造中的应用研究[期刊论文]-煤矿机械 2009(4) 5.于子良 数控机床电主轴设计的若干问题及探讨[期刊论文]-装备制造技术 2008(5) 6.闫大鹏.吴玉厚.张柯 高速电主轴轴承油气润滑系统的研究[期刊论文]-机械工程与自动化 2006(1) 7.谢军.蒋书运.王兴松.冯一东 高速滚动轴承油气润滑试验研究[期刊论文]-润滑与密封 2006(9) 8.储开宇 数控高速电主轴技术及其发展趋势[期刊论文]-机床与液压 2006(10) 9.吴建荣 油气润滑系统及其在热轧平整机中应用的研究[学位论文]硕士 2006 10.张耀满 高速机床若干关键技术问题研究[学位论文]博士 2006 11.徐永向 单霍尔传感器高速永磁同步电机的控制与转子损耗研究[学位论文]博士 2005 12.温建立 高速电主轴动力学特性研究[学位论文]硕士 2004
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 理地选择工艺参数 （主要指根据不同的钢球研磨 密钢球的影响愈来愈被高度重视， 批量生产 !" 状态， 所必须具备的操作技能与工装调整技术） ， 钢球更是如此。首先钢球工序间流转的洁净度， 形成了精研 （!） 加工三要素中的另一要素。这个 要素是提高钢球成品质量最终达到符合 !" 标准 要求的重要手段。由于精研 （ !） 加工操作者的技 术素质、 个人的操作经验不一， 因此， 在选择各项 工艺参数时也不相同， 一般选取的原则是： 工作压 力与压沟、 窜沟的压 力 相 当， 如 钢 球 直 径 为 !#$ 工作压力选取 & ’ " ()； 直径为 !* + * %%， 工 %%， 作压力选取 & + * ’ " ()； 直径为!" + * %% 工作压力 选取 # + * ’ & + * ()。转速一般是球直径大的可选 取转速低一些， 球直径小的可选取转速略高一些。 如!#$ %% 的钢球工作速度为 &* ’ "* ,-%./， !* + * %% 的钢球工作速度为 "* ’ $* ,-%./。压力和转速 一定要视其加工状况随时进行调整。 特别是精研工序前的待加工钢球如清洗不干净， 前工序的粗大磨粒及其杂质带到精研工序， 将造 成钢球表面划伤， 延长精研周期， 使钢球尺寸消耗 过大， 引起沟道曲率的变化， 致使钢球达不到应该 达到的各项指标。其次， 精研车间环境洁净度不 好， 空气中的粉尘在精研加工过程中会直接影响 加工钢球的表面质量。 钢球成品的清洗方法是决定已达到合格精度 的钢球能否能保持其良好的表面质量状态的关键 一环， 如清洗方法不当、 控制措施不力， !" 钢球精 度很难达到标准要求。为此， 必须从钢球卸车开 始控制， 轻拿轻放， 避免从高处落下。钢球清洗所 经过的渠道表面应采用海棉或毛毡等软质材料， 轻洗轻擦， 避免碰撞， 以保护其高精度和良好的表 面质量。
收稿日期： &11& 6 1# 6 && 作者简介： 杨柳欣 （#20# 6 ） ， 女， 洛阳轴研科技股份有限公 司主轴开发部工程师。
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油气润滑的原理
油气润滑技术就是利用压缩空气将微量的润
滑油分别连续不断地、 精确地供给每一套主轴轴 承， 微小油滴在滚动体和内外滚道间形成弹性动 压油膜， 而压缩空气则带走轴承运转所产生的部 分热量。油气润滑系统中， 油和气混合装置工作 原理如图 # 所示。每隔一定时间 （可调） 由定量柱 塞泵分配器定量输出的微量润滑油 （1 + 1# ’ 1 + 17 ， 在混合阀中与压缩空气混和后， 经内径 & ’ $ %8） %% 的尼龙管输出油气。 经混合阀输出的油气实际上应该称为 “油 9
（空 ! " 气源； # " 气 压 控 制 阀； $ " 压力开关 （油） ； 气） ； % " 混合阀； & " 油箱； ’ " 压力开关 ( " 柱塞泵 ) 分配器
油气润滑对环境无污染或少污染。由于 （%） “油 ) 气” 通过轴承之后排出的基本是压缩空气， 本身不含油品或含油量极少， 较之油雾润滑， 更利 于操作者健康。 （&） 由于轴承内部不断有新鲜润滑油补充和 新鲜空气流出， 外来杂质很难进入， 内部污物也易 排出， 因而可以提高轴承的使用寿命。
高速电主轴轴承的油气润滑及其应用
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 杨柳欣， 李松生 洛阳轴承研究所,河南,洛阳,471039 轴承 BEARING 2003(3) 12次
参考文献(2条) 1.李松生 高速主轴轴承油气润滑应用试验[期刊论文]-润滑与密封 1996(03) 2.张松 高速主轴轴承的油--气集中润滑系统[期刊论文]-制造技术与机床 2000(04)