电主轴支承型式与润滑方式的设计

1、中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书1中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书I电主轴支承型式与润滑方式的设计电主轴支承型式与润滑方式的设计摘要：高速电主轴作为高速机床的核心功能部件，其性能好坏直接影响着机床的高速加工性能。电主轴轴承的选择和配置以及相应的润滑，是保证电主轴性能的关键， 具有重要的研究价值和意义。本文在充分考虑了电主轴转速高、动平衡精度高、内装主轴电机及过盈连接等因素的基础上，介绍了高速电主轴轴承的主要润滑方式：喷油润滑 油雾润滑 脂润滑 油气润滑等，并着重说明了油气润滑系统的原理及设计过程；介绍了电主轴轴承的主要典型类型：磁悬浮轴承 动静压轴承 陶瓷轴承等

2、，系统分析了角接触陶瓷球轴承的性能优点及其配置形式；最后通过弹性力学和动力学理论推导得出了高速电主轴轴承内圈与转轴配合过盈量的计算公式。本文对高速电主轴支承型式及润滑方式的研究可作为优化电主轴结构，改善机床高速加工性能的依据，有利于高速电主轴系统的整体设计及制造。油气润滑，在学术界被称为“气液两相流体冷却润滑技术” ，是一种新型的润滑技术，它与传统的单相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性。它成功地解决了干油润滑和油雾润滑所无法克服的难题。它适应了机械工业设备的最新发展的需要，尤其适用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的工况条件恶劣的场合。由于它能解决传统的单相流体润滑技术

3、无法解决的难题，并有非常明显的使用效果，大大延长了摩擦副的使用寿命，改善了现场的环境，因此正在得到越来越广泛的应用。油气润滑系统主要由主站、两级油气分配器、PLC电气控制装置、中间连接管道和管道附件等组成。主站是润滑油供给和分配，压缩空气处理、油气混合和油气流输出以及PLC电气控制的总成。根据受润滑设备的需油量和事先设定的工作程序接通气动泵。压缩空气经过压缩空气处理装置进行处理。润滑油经递进式分配器分配后被输送到与压缩空气网络相连接的油气混合块中，并在油气混合块中与压缩空气混合形成油气流从油气出口输出进入油气管道。在油气管道中，由于压缩空气的作用，使润滑油沿着管道内壁波浪形地向前移动，并逐渐形

4、成一层薄薄的连续油膜。经油气混合块混合而形成的油气中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书II流通过油气分配器的分配，最后以一股极其精细的连续油滴流喷射到润滑点。油气分配器可实现油气流的多级分配。由于进入了轴承内部的压缩空气的作用，即使润滑部位得到了冷却，又由于润滑部位保持着一定的正压，使外界的脏物和水不能侵入，起到了良好的密封作用。角接触陶瓷球轴承的配置形式：成对配置的角接触球轴承用于同时承受径向载荷与轴向载荷的场合，也可以承受纯径向载荷和任一方向的轴向载荷。此种轴承由生产厂按一定的预载荷要求，选配组合成对，提供给用户使用。当轴承安装在机器上紧固后，完全消除了轴承中的游隙，并使套圈和

5、纲球处于预紧状态，因而提高了组合轴承的钢性。单列角接触球轴承以径向负荷为主的径、轴向联合负荷，也可承受纯径向负荷，除串联式配置外，其他两配置均可承受任一方向的轴向负荷。在承受径向负荷时，会引起附加轴向力。因此一般需成对使用，做任意配对的轴承组合，成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置（也称：O型配置、X型配置、T型配置）三种类型：背对背配置，后置代号为DB（如70000/DB） ，背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。面对面

6、配置，后置代号为DF（如70000/DF） ，面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩。这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷。串联配置，后置代号为DT（如70000/DT） ，串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担。但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴

7、向载荷。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书III方向轴向载荷的轴承。关键词: : 油气润滑,角接触球轴承,过盈量,配置形式ELECTRO-SPINDLE TYPE BEARING DESIGN AND LUBRICATION METHODSGENERAL DESIGN INFORMATION：High-speed electro-spindle high-speed machine tools as the core functional components, and its direct impact on the

8、performance of the machines high-speed 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 t

9、he high speed motorized spindle, 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 high

10、lighted the principles of oil lubrication 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 f

11、orm; final through the kinetic theory 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

12、 electro-spindle structure optimization 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 Technolo

13、gy, is a new type of lubrication technology, which with the traditional single-phase fluid lubrication technology with unparalleled advantages. It has successfully resolved the oil 中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书IVmist lubrication and oil lubrication will not be able to overcome the problem. It adapted to

14、the machinery of the latest developments in industrial equipment, 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 lubrica

15、tion technology can not solve the problem, and have a very 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

16、, intermediate pipe and pipe connections, such as the composition 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 l

17、ubrication oil and working procedures of pre-connect pneumatic 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 t

18、he oil and gas blocks in the formation of oil and gas mixed 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

19、, and gradually formed a thin layer of continuous film. 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 distribut

20、or can be multi-level oil and gas flow distribution. Into 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

21、played the role of a good seal. Ceramic ball bearing angular contact configuration of the form Pairs configured for angular contact ball bearing at the same time to bear radial load and axial load of occasions, it 中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书Vcan withstand any pure radial load and axial load direction.

22、Such bearings by the production plant according to a certain degree of pre-load 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-st

23、ate, thereby enhancing composition of bearing steel. Single row angular contact 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 radi

24、al load to bear, it will cause additional axial force. So normally take into use, 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 co

25、nfiguration (also known as: O-type configuration, X-type configuration , T-type 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

26、load, but in each direction on the bearing load can only be made by a bear. Installed 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

27、 load bearing lines converging to the bearing axis. 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. This configuration is not as good as back-to-back high-rigid matching, but less suitable to bear overturning moment.

28、This configuration of the overturning moment stiffness and bearing capacity of 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

29、 by the bearings. However, the bearings can only bear the role of group in a direction axial load. If the axial load in the opposite direction, or if there are complex loads, it is necessary to add a series matching the relative bearing of the third bearing adjustment. This configuration can also be

30、 supported by 中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书VIthe Agency in the same series of three or more bearings, but 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 loa

31、d bearing. KEY WORDS：oil lubrication, angular contact ball bearings, have surplus capacity, configuration form中北大学成人教育学院 2010 届毕业设计说明书I目目录录第一章 绪论 .11.1 课题研究的目的和意义.11.2 课题研究的主要内容.11.2.1 高速电主轴油气润滑研究 .11.2.2 高速电主轴轴承选择及配置分析 .7第二章 油气润滑系统的设计 .92.1 油气润滑的基本原理.92.2 油气润滑系统组成及设计.112.3 油气润滑系统的技术要求.152.4 油气润滑技术的

32、主要优点.17第三章 电主轴轴承选择及配置分析 .183.1 轴承的选择.183.2 轴承的配置方式.213.2.1 角接触球轴承的配置方式.223.3.轴承的配置选择应注意的问题.273.4 轴承预负荷的确定.293.5 电主轴轴承配合过盈量的计算.313.5.1 高速电主轴轴承内圈内径和主轴外径径向位移 .31结论 .36参考文献 .37致谢 .39中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文1第一章第一章 绪论绪论1.1 课题研究的目的和意义随着生产力水平的高速发展，高速加工逐渐成为现代机械加工新的发展方向，它所起到的作用日益为人们所重视。在日趋激烈的市场竞争中，新材料及难加工材料层出不穷

33、，质量要求不断提高，精度大幅提升，周期缩短，新的生产形势对生产加工提出了新的要求。而高速加工具有切削效率高、加工表面质量高、加工精度高等优点，同时也缩短了加工时间和降低了加工成本，越来越受到人们的青睐。机床主轴是影响高速加工的主要因素，主轴的性能在高速加工中起着举足轻重的作用。高速、高精度电主轴是高速加工机床中的核心功能部件。它将机床主轴的高精度与高速电动机的电磁功能有机地结合在一起，省去复杂的中间传动环节，具有调速范围广、振动噪声小、便于控制、能实现准停、准速、准位等功能，不仅拥有极高的生产效率，而且能显著地提高零件的表面质量和加工精度。在机械制造业不断向高速、高精度、高智能化发展的今天，高

34、速高精度电主轴已经得到了广泛的应用。1.2 课题研究的主要内容课题研究的主要内容1.2.1 高速电主轴油气润滑研究 润滑的作用润滑是保证轴承正常运转的必要条件，它对于提高轴承的承载能力和使用寿命起着重要的作用。不论采用何种形式，润滑对滚动轴承的寿命的影响表现为: 减少金属间摩擦，减缓轴承磨损，延长轴承的使用寿命。润滑的好坏直接影响滚动轴承的磨损，如果润滑条件足以防止滚动体和滚道间发生金属接触的话，疲劳裂纹一般出现在接触表面的内层，磨损几乎没有，但如果润滑膜的厚度不足，就会发生金属对金属的相互接触，甚至承载表面的微凸体峰尖可能发生冷中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文2焊现象。此时接触部位

35、的剪应力能达到使表面形成裂纹的程度，这些裂纹逐步向材料内部扩展并使接触表面开裂，此时轴承的疲劳寿命比通常发生的次表面疲劳要小很多，轴承的磨损加剧。研究结果表明:弹性流体动压油膜的厚度和两接触表面粗糙度均方根的和所构成的关系值是一个数值上对润滑性能关系重大的参数，此参数称为膜厚比。对滚子轴承进行的大量试验研究表明，不同润滑条件下轴承额定寿命与润滑油膜厚比的关系。从研究结果来看，随着膜厚比的增加，滚动轴承的使用寿命可以成倍地增加。 润滑起防尘、防锈、防蚀作用，延长轴承的使用寿命。轴承的污染可以分为物理污染和化学污染两种，通常会引起轴承的过早磨损和腐蚀损坏。造成物理污染的固体颗粒来源，一是通过轴承座

36、密封、轴承密封圈或油孔进入轴承的外部物质，二是轴承零件磨损剥落的微粒。化学污染则主要是由水通过各种途径进入轴承内引起的，同时一些润滑剂中的化学夹杂物也会造成化学污染的发生。试验表明:轴承全部磨损中约有一半发生在轴承遭污染后继续运转的最初 1%时间内，磨损的 25%发生在接下来的 1%运转时间内，其余的 25%磨损则发生在所余下的98%的时间内。这就说明，当污染微粒物循环通过轴承的运动后，其尺寸减小了，污染微粒的磨蚀作用也逐渐减小了。如果污染持续发生的话，则这种磨损将成比例增大，轴承的寿命就会更短。通过固体磨粒对润滑脂失效及密封轴承寿命影响的试验，得知固体杂质对密封轴承寿命及锂基脂失效的影响显著

37、。固体杂质对轴承寿命性能的影响主要反映在对脂的化学劣化及磨损性劣化，而在较低温度下以磨粒磨损为主。在 125的高温下，铁和粉尘加剧了脂的失效，导致轴承寿命的降低。研究表明，微粒状铁降低密封轴承的润滑寿命的机理是它作为一种催化剂，在高温下加速润。滑剂中基础油的氧化及添加剂的分解，同时伴随磨粒磨损促使轴承发生早期破坏。化学污染最常见的形式就是水的侵入。水侵入轴承后通常以两种化学方式导致轴承的磨损。其一是由润滑剂中发生的水解反映引起的，这种反映释放出活性酸，造成轴承金属的侵蚀;二是水腐蚀，其结果是导致了轴承表面的生锈。在后中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文3期，水腐蚀造成了轴承表面杂乱无章的

38、蚀坑和锈斑。也有人指出，轴承滚道因为承受周期交变应力而产生微裂纹，水分进入裂纹后造成腐蚀和氢脆，又加速了裂缝的扩展，导致轴承提前发生尺寸较大的剥落现象。因此对化学污染，特别是水分的控制也是应当注意的问题。在工程应用中，解决轴承污染的有效手段就是合理地选择润滑方式、润滑剂及润滑参数等。一般来说，合理的润滑方式不仅可以提供良好的轴承工作环境，而且也应当具备良好的密封效果，从而能有效地阻止杂质和水等进入轴承内部、延长轴承的使用寿命。润滑油膜的形成增大了接触面积，减少了接触压力，使相应的应力值降低，延长了轴承的疲劳寿命。润滑可以减少轴承内部的摩擦发热并带走热量、降低轴承表面的工作温度、防止材料在高温下

39、机械性能的降低及轴承的烧伤，确保滚动轴承能在高频接触应力下，长时间地正常运转。 润滑方式的选择润滑方式的选择，是决定润滑效果的重要因素之一。润滑方式的选择又与润滑剂的种类、润滑要求和被润滑机械设备的性能等有关。常用的润滑方式包括: 油循环润滑油循环润滑是一种对滚动轴承部位进行积极润滑的方式。它是利用油泵将润滑油从油箱中吸出，通过油管、油孔导入滚动轴承座中，再通过轴承座的回油口，将油返回油箱，经冷却和过滤后循环使用。因此，这种润滑方式能够有效地排除摩擦热。故适用于负荷大、转速高的轴承中。 喷油润滑喷油润滑也是油循环润滑的一种。轴承高速旋转时，滚动体和保持架也以相当高的速度旋转，使周围空气形成气流

40、，用一般润滑方法很难将润滑油输送到轴承中去。为了能够使润滑油充分进入高速轴承内部的相对运动表面，同时又要避免由于高速运转条件下循环给油量过大而产生的温升过高、摩擦阻力过大等问题，中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文4在轴承座进油口增设了喷嘴，并提高供油压力，依靠喷嘴把油喷射到轴承上，达到对轴承的润滑和冷却。 油雾润滑油雾润滑是一种微量润滑，可以使用很少量的润滑油来满足滚动轴承的润滑要求。油雾润滑时，润滑油在油雾发生器中变成油雾，依靠这种油雾对轴承实现润滑，但是由于油雾在滚动轴承工作表面会再次凝聚成油滴，因此实际上滚动轴承工作表面仍然保持着稀油润滑的状态。油雾润滑常常应用于轴承滚动体线速度

41、很高的工作环境下，以避免其它润滑方法由于供油过多、油的内摩擦增大导致滚动轴承工作温度增高的弊端。一般而言 ，油雾润滑所需的空气压力为 0.05 一 0.15MPa，每个轴承的空气量为 5 一 10L/min，供油量为 0.1 lmL/min。由于压缩空气是和油雾一起进入轴承中的，所以冷却效果较好。这种润滑方式主要用于 Dn0.9l06mmr/min 的高速轴承。但是，油雾润滑中润滑油的粘度选择一般不应高于 340mm2/s，因为过高的粘度将无法达到雾化的效果;润滑过的油雾可能会部分地随空气散逸，导致环境的污染。 脂润滑脂润滑是直接将润滑脂涂抹到滚动轴承各个运动表面间。这是一种最常见的润滑方式，

42、但是在给滚动轴承的滚道和滑动工作表面输入润滑脂时，必须遵循以下原则:润滑脂必须贯穿轴承的工作表面和轴承的内部空隙，这样才能使润滑脂充分起到润滑作用:在滚动轴承的工作表面应留有一定数量的润滑脂，并持续一定的时间，但又要防止润滑脂因过多而流失;在保证良好润滑的前提下，尽量减少润滑脂的用量。 油气润滑在高速运转情况下，一般的脂润滑、油润滑很难保证轴承的润滑效果。油雾润滑由于其效率低及对环境特别是身体健康的严重危害性，较少应用于高速电主轴。油气润滑技术是将少量的润滑油不经雾化而直接由压缩空气定时、定量地沿中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文5着专用的油气管道壁均匀地被带到轴承的润滑区。润滑油起润

43、滑的作用，而压缩空气起推动润滑油运动及冷却轴承的作用。油气始终处于分离状态，这有利于润滑油的回收，而对环境却没有污染。油气润滑对喷嘴的位置有严格的要求，润滑效果还受到空气流量和油气压力等因素的影响。油气润滑的特点是:可以准确地控制油量和气量，并且易于调节，从而可保持润滑点处于最佳润滑状态;可同时对多个轴承进行润滑，并能单独调节每个润滑点的润滑参数;油气润滑设备本身对润滑油无特殊要求(如可以输送粘度很高的润滑油);压缩空气可对润滑点起到冷却，防尘，防有害气体等作用，因此可用于恶劣工作环境的润滑点。油气润滑技术是继油雾之后，80 年代在西方工业化国家首先发展起来的一种新型润滑方式。它具有油雾润滑的

44、优点而又避免了油雾润滑的一些不足，因而在钢铁、造纸和机床等行业逐步得到了广泛使用。在机床行业中，油气润滑技术已经应用于高速电主轴的滚动轴承的润滑。油气润滑是一种新型的润滑方式，在实践上已经有相当广泛的应用。油气润滑在我国的应用也有近二十年的时间，国内不少学者及工程技术人员对油气润滑技术进行了研究。有许多一线的工程人员介绍了在实际使用中的油气润滑设备及其效果。国内有不少文献介绍油气润滑技术的相关内容，但是大多是综述性和使用反馈性的，系统具体的实验研究则很少见。 润滑剂的选择关于润滑剂的选择，主要考虑的因素是润滑剂的粘度等级和添加剂的种类。滚动轴承的失效多数是由于润滑剂的粘度不足引起，润滑剂的粘度

45、越低，则油膜的承载能力越差，油膜越容易破裂，滚动轴承内部相对运动表面的金属材料易发生直接接触，导致摩擦增大、磨损加剧，使轴承使用寿命明显缩短或发生轴承的烧伤、断裂事故。但是，如果润滑剂的粘度过高，则会使轴承摩擦阻力加大，因搅拌润滑剂而产生的热量增多，导致轴承的温升增大。 油气润滑方式的研究中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文6作为一项新发展起来的润滑技术，油气润滑系统的应用己经在国内逐渐受到了重视，它的诸多优点在实践中也受到了用户的肯定。但目前国内使用的油气润滑系统大多从国外引进的，国内对它的研究和开发工作也是刚刚起步。目前国内在这方面的研究报道大部分集中在对油气润滑系统应用效果的分析上

46、，仅有少数研究人员进行过一些对比试验研究。因此，这方面仍然有大量的工作需要完成和充实。油气冷却润滑这一新技术，不但进一步改善了轴承的使用条件，提高了轴承的使用寿命，而且在积极冷却、节约能源等方面均有不同程度的改进和提高。它具有比喷油、强力循环润滑更加适合于高负荷、高转速和高温工作条件下的优点，是一种有效的润滑方法。和传统润滑方式相比，有着诸多的优点: 能输送各种性能的润滑油。油气冷却润滑系统在输送润滑油时，可以不受润滑油的粘度限制。只要系统中油泵功率足够大，那么高粘度的润滑油就可以被定量地供给到轴承部位。润滑油粘度提高了，轴承工作系统的轴承材料和工作条件系数也将相应增大，同时润滑油膜厚度及油膜

47、形成率都会相应提高，这对提高轴承寿命时很有利的。 油气润滑可以准确地控制油量和气量。在油雾润滑中，油和气的用量是无法准确调整的。而在油气冷却润滑中，油和气不是一体，所以可以通过递进式给油器和油气分配器， 按润滑点的要求调整油量及压缩空气，配成一定比例的油气混合物供油点润滑。 无环境污染。油雾润滑中，油被雾化成.0.5 一 2m 的雾粒，这些雾粒有的通过二次凝固称为较大的油滴，起着润滑的作用。但也有相当多的油雾粒子从摩擦副的缝隙或密封口向大气排放，造成环境的污染。而在油气冷却润滑中，油并没有被雾化，而是以油粒状被压缩空气吹散并输送，因此向大气中排放的仅是空气，所以对环境没有任何污染作用。 密封及

48、冷却性能好。润滑剂在摩擦点的作用，不但可以防止金属与金属的直接接触，同时还有携带走摩擦热及密封的作用。润滑剂受外界污染物、水中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文7等入侵而变质是导致润滑失效的重要原因之一。在以往的稀油润滑及油雾润滑中，轴承腔内的压力都较低，因此密封性能也比较差。而油气润滑的轴承腔内的压缩空气可对润滑点起到冷却、防尘、防有害气体等作用。采用油气润滑系统，由于空气的连续流动，可以带走轴承腔中的热量，保持轴承在合理的温度下工作。实验证明采用油气冷却润滑可使轴承温度比油脂润滑时低 12左右。采用油气润滑系统，可在轴承腔中形成正压，也利于防止水和杂质等进入轴承内部，有利于良好的密封

49、的形成。 润滑油消耗量小。采用油气润滑时的润滑油消耗量是油雾润滑的1/10，干油润滑的 1/100。 有利于提高轴承的转速。由于油滴是以喷射的方式接触摩擦面的，故油气混合物完全有能力穿透在高速运转时由于离心力的作用而在轴承周围形成的空气涡流，从而达到喷射供油润滑及冷却的目的。1.2.2 高速电主轴轴承选择及配置分析电主轴是高速、精密主轴单元，承受较大径向和轴向切削负荷。其轴承首先必须满足高速旋转运动的要求，并且要求有较高的回转精度和较低的温升。此外，还要求具有较高的径向、轴向刚度和较长的使用寿命，特别是保持精度的寿命。轴承的选型及其润滑方式直接决定主轴的性能和使用寿命。目前，电主轴采用的轴承主

50、要有磁悬浮轴承、流体动静压轴承和滚动轴承。磁悬浮轴承电主轴在空气中回转, 其 dmn 值可以高出滚动轴承的 14 倍, 最高线速度高达 200m/s ( 陶瓷球轴承为 80m/s) 。这种轴承温升低, 回转精度极高( 可达 0.1) , 主轴轴向尺寸变化也很小, 是一种很有发展前途的电主轴, 但因价格很高, 限制了它在工业上的推广应用。流体动静压轴承为非直接接触式轴承, 具有磨损小、寿命长、旋转精度高、阻尼特性好( 振动小) 等优点, 用于机床电主轴上,在加工零件时, 可使刀具寿命长、加工表面质量高。中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文8滚动轴承具有刚度高、高速性能好、结构简单紧凑、标准

51、化程度高、品种规格繁多、便于维修更换等优点, 因而在电主轴中得到最广泛的应用。随着技术的发展, 目前滚动轴承的使用环境和条件与过去相比更加苛刻和复杂, 普通的钢制轴承已不能适应, 这就提高了滚动轴承零件使用高性能陶瓷的可能性。近年来, 陶瓷轴承技术的发展已经使得角接触轴承的速度能力有了很大的提高,以致陶瓷滚珠和内、外钢环组成的“混合式”轴承, 几乎已成为现有高速主轴系列的标准规范。具有代表性的工程陶瓷材料氮化硅(Si3N4),其耐热耐腐蚀与耐磨等性能优异, 而且重量轻, 因此在以往钢制轴承不能适应的严酷环境或者以机床为代表的高速旋转条件下, 陶瓷材料制的轴承业已实际使用。陶瓷球使混合轴承具有如

52、下优点:1.高速: 陶瓷球的重量仅为钢球重量的 40%, 这样能减少离心力和打滑, 使混合轴承比传统轴承的转速提高 20%40%。2.高刚性: 陶瓷弹性模量比钢高 50%, 因此能提高刚度 15%20%, 从而减轻机床主轴的振动。3.耐腐蚀: 陶瓷材料不活泼的化学特性使陶瓷球具有耐腐蚀性。4.长寿命: 陶瓷球材料比钢的硬度高, 还具有较高的抗压强度。根据经验陶瓷球轴承的寿命可提高 35 倍。此外, 陶瓷球轴承还有低热膨胀、低发热和绝缘等性能。陶瓷球轴承性能卓 越, 是较理想的高速轴承, 虽然成本高, 但从综合的社会和经济效益来看, 应用前景十分广阔。用于高速主轴的滚动轴承有圆柱滚子轴承、圆锥滚

53、子轴承和角接触球轴承等, 其中又以角接触球轴承应用最多。角接触球轴承对于作用在转轴或主轴上的载荷可做到速度和刚度之间的最佳匹配。可同时满足以下标准规定: 高精度、高转速、长寿命和高刚度等。角接触球轴承承载能力强, 能同时承受径向和一个方向的轴向载荷。因此, 广泛地应用于高速机床主轴的支承中。高速角接触球轴承通常采中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文9用 15和 25接触角。角接触球轴承能承受径向和一个方向的轴向载荷,在径向载荷作用下, 轴承内部产生一个沿轴向方向作用的力, 必须有另一相对的外力( 预加载荷) 来平衡。另外,为提高主轴系统的支承刚度, 机床主轴轴承通常采用双联、甚至多联的配

54、对方式。角接触球轴承的广泛适应性、高生产率和可靠性促进了现今机床的不断发展。第二章第二章 油气润滑系统的设计油气润滑系统的设计2.1 油气润滑的基本原理油气润滑的基本原理中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文102-1 油气润滑原理图上图为油气管中的油膜状态示意图。在油气管道中，由于压缩空气的作用，起初润滑油是以较大的颗粒呈间断状地粘附在管道内壁四周（图 a）, 当压缩空气快速流动时，油滴也随之低速缓慢移动并逐渐被压缩空气吹散、变薄（图 b） ，在行将到达管道末端时，原先是间断地粘附在管壁四周的油滴已以波浪形油膜的形式连成一片，形成了连续油膜, 被压缩空气以精细的连续油滴喷入润滑点（图c）

55、.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。油气润滑系统的工作原理见图 2-2。每隔一定时间由定量柱塞泵分配器定量输出的微量润滑油, 在混合阀中与压缩空气混合后, 经内径 2mm 4mm 的尼龙管以及安装在轴承近处的喷嘴进入轴承内, 停留在摩擦点处。2-2 油气润滑原理图中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文112-3 油气润滑系统的组成2.2 油气润滑系统组成及设计油气润滑系统组成及设计油气润滑系统一般由油气站以及控制台等组成。油气站主要包括泵站、气站,

56、混合部分包括分配器、混合器和喷嘴等。附属部分包括各种过滤器、溢流阀、换向阀、压力表等。控制部分多为 PLC 控制。供油采取间歇供油的方式, 因为在油气润滑系统中耗油量很小, 可根据设定的工作周期和各润滑点的消耗量进行供油。润滑系统原理示意图见图 2-3。1.供油部分供油部分主要由油泵、油箱、溢流阀、过滤器和压力控制器、递进式给油器组成, 各元件都是根据系统的供油量选定的。油泵为 2 台, 1 台工作, 1 台备用,通过电子监控装置启动或停止。由于油气润滑的耗油量比较小, 所以泵的排量一般比较小, 工作压力较高。油箱设计油箱的有效容积 V(m3) 为泵每分钟流量 q( m3/s) 的 3 倍以上

57、。通常由压力中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文12概略确定 V。低压系统 V=( 24) 60q。中压系统 V=( 57) 60q。高压且连续工作时, 油箱的有效容积按发热量计算确定, 在自然冷却的情况下, 对长、宽、高之比为: 1( 12) ( 13) 的油箱, 油面高度为油箱高度的 80%。管路的设计 油管 一般为耐压钢管, 可选取与油气管相同或偏小的内径。 (2-1)4qd (2-2)2 pd (2-3) 2Dd式中 油管内径, dm 金属管壁厚, m油管外径, Dm泵流量, q3ms 润滑剂流速, m s材料的许用拉应力 喷口压力的高低对润滑颗粒的大小、喷射的距离、冷却和密封作

58、用的强弱都有直接影响。一般系统喷口压力在 0.010.1MPa, 根据实际进行现场调试。2.油量分配油量的计量和分配主要是通过递进式分配器来实现的. 递进式分配器的一个重要特性是只要有任何一个工作活塞不工作(活塞卡死或出口堵死) ,其它活塞就中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文13会全部受阻,整个分配器将停止工作.递进式分配器的这一特性常常被利用来对系统进行控制和监视. 只要在任何一个工作活塞处设置一个感应接近开关. 在正常情况下,递进式分配器每进行一个循环相应的每个出油口就喷油一次,感应接近开关就计数一次.由于每个递进式分配器的出油量是不可调的.那么在每口不同油量需要的润滑系统中,就必

59、须采取不同的方法来解决. 一种方法是采用片式递进式分配器,每一中间片的活塞大小可以不一样,出油量也就不一样;不仅如此,还可以采取堵塞某个出油口使另一侧的出油量加倍;或者是将两个甚至更多的出口串联起来从而得到所需的油量. 另外,还可以采用分级控制的方法. 即在一个分配器的出油口再接上多个递进式分配器,从而对油量实行多级分配.3.气源（供气部分）供给的压缩空气应该清洁而干燥, 因为含水量太高会破坏油膜形成, 影响润滑效果。所以必须先经过油水分离及空气过滤。 （实践证明, 油气润滑系统故障发生的 80%以上, 都是由于压缩空气过脏或含水量过大造成的。 ）当油气润滑系统启动时, 压缩空气由电磁阀接通,

60、 经过减压使排出的气压为 0.4M Pa0.6M Pa, 在排气管线上装有压力控制器以保证工作中有足够的气压。4.气管气管内径一般都取油气管内径的 2 倍.。 (2-4) 4qd式中 气管内径, dm 计算段内压缩空气流量, q3ms 计算段内压缩空气流速, m s5.混合器（油气混合部分）中北大学成人教育学院 2008 届毕业论文14油和气在混合器中混合, 要使油能很好地雾化成油滴, 均匀地分散在管道内表面。油气混合有多种规格的供油量可供选择。如果润滑点在两个以上, 油气混合物还必须经油气分配阀均匀地和适量地供给每个润滑点。6.油气管油气管指混合器到润滑点之间的管道。经验表明油气管内径 52