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高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可行性分析

文檔作者：李東亞楊浩亮肖汝鋒王東峰文檔來源：洛陽軸研科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月06日
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與開發(fā)
DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2015．04．025
高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可行性分析
李東亞，楊浩亮， 肖汝鋒，王東峰
(洛陽軸研科技股份有限公司， 河南洛陽471039)
摘要：介紹了電主軸的特點(diǎn)及主要潤滑方式，通過油脂潤滑電主軸的跑合試驗(yàn)，對(duì)比分析跑合過程中軸承的溫度變化，從而驗(yàn)
證高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可行性。
關(guān)鍵詞：高速電主軸；油脂潤滑；可行性
中圖分類號(hào)：THI33_3 TH117．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009—9492(2015)04—0094—03
Feasibility Analysis of Grease Lubrication Instead of Oil-M ist
Lubrication for High-Speed M otorized Spindle
LI Dong-ya，YANG Hao-liang，XIAO Ru-feng，W ANG Dong-feng
(LuoyangBearing Science&amp;amp;TechnologyCo．，Ltd．，Luoyang471039，China)
Abstract：The characteristics of motorized spindle and main lubrication methods were introduced．The bearing temperature changes in the
process of running-in was analyzed comparative，through running-in test of grease lubricated motorized spindle，and then the feasibility
of grease lubrication instead of oil-mist lubrication for high-speed motorized spindle was verified．
Key words： high-speed motorized spindle； grease lubrication；feasibility
0引言
隨著數(shù)控機(jī)床的飛速發(fā)展，高速電主軸已成
為決定數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，相比于傳
統(tǒng)皮帶傳動(dòng)主軸，電主軸具有調(diào)速范圍寬、振動(dòng)
噪音小、可快速啟動(dòng)和準(zhǔn)停等優(yōu)點(diǎn)，不僅具有極
高的生產(chǎn)率，而且可顯著地提高零件的加工精度
和表面質(zhì)量“】。
電主軸軸承的潤滑方式主要有油脂潤滑、油
霧潤滑和油氣潤滑三種 。
(1)油脂潤滑具有一次裝脂、使用方便、維
修簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)于大部分中
低速電主軸的使用。
(2)油霧潤滑是利用二次霧化裝置將液態(tài)的
潤滑油經(jīng)壓縮空氣從油杯中壓出，在輸油管內(nèi)形
成微霧，隨壓縮空氣一起噴人軸承工作區(qū)，使主
軸軸承得到充分潤滑和冷卻。油霧潤滑允許的極
限轉(zhuǎn)速較高，且更換潤滑油簡(jiǎn)單，故目前高速電
主軸軸承大都采用油霧潤滑，但油霧潤滑系統(tǒng)可
收稿日期：2015—03—16
控性較差，油霧廢氣無法集中排除，因此對(duì)環(huán)境
的污染較為嚴(yán)重。
(3)油氣潤滑的工作原理是通過微機(jī)控制
定量泵的供油頻率，以此對(duì)潤滑油進(jìn)行定時(shí)
定量分配，排出的潤滑油與壓縮空氣混合后
精確地供給軸承，對(duì)軸承進(jìn)行潤滑和冷卻作
用。其供油量可控、軸承發(fā)熱低、冷卻效果
好， 同時(shí)降低了潤滑劑的消耗，有效地減輕
或避免對(duì)環(huán)境的污染，所以油氣潤滑是電主
軸軸承較為理想的潤滑方式，缺點(diǎn)是潤滑裝
置成本較高。
對(duì)比分析三種潤滑方式：油霧潤滑污染環(huán)
境，油氣潤滑成本較高，那么能否將節(jié)能環(huán)保的
油脂潤滑應(yīng)用到高速電主軸的使用中來，為此通
過對(duì)油脂潤滑電主軸跑合試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，
從而驗(yàn)證高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可
行性。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證為高速油脂潤滑電主
軸的開發(fā)提供參考。
李東亞 等：高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可行性分析
1試驗(yàn)
1．1試驗(yàn)?zāi)康?
(1)對(duì)比不同品牌的高速密封角接觸球軸承
在電主軸中的使用性能；(2)驗(yàn)證高速電主軸油
霧潤滑改為油脂潤滑的可行性。
1．2試驗(yàn)設(shè)備及儀器
試驗(yàn)臺(tái)架及冷卻水箱、120MD48Y5．8電主軸
(油霧潤滑改為油脂潤滑)、PT100溫度傳感器、
溫度顯示儀、TC一2180 冷卻水泵、
BF—LDEO15A1SIF1150智能電磁流量計(jì)、
VFD075B43A變頻控制器。
1．3試驗(yàn)方法及過程
采用同一根120MD48Y5．8電主軸(前軸承使
用內(nèi)徑25 mm軸承、后軸承使用內(nèi)徑20 mm軸
承)，依次安裝兩種品牌軸承(前后軸承品牌一
致)，分別進(jìn)行兩個(gè)工作日的跑合試驗(yàn)。由于電主
軸后軸承散熱條件較差，且安裝溫度傳感器較方
便，所以通過檢測(cè)電主軸后軸承外圈溫度所得的
數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)評(píng)判依據(jù)；前軸承通過停機(jī)后檢測(cè)
前端軸孔溫度，來間接地反映前軸承的運(yùn)行情
況，接線原理圖如圖1所示。
輸出墻
l變頻控制器 I 冷卻水泵 I
l l
I f前軸承 電主軸 后軸承
i I
I溫度顯示儀l l溫度顯示儀l
圖1 接線原理圖
電主軸的跑合按照速度從低到高、分段進(jìn)行
的原則，共跑合120 min，具體流程如下。
第一時(shí)段1／6轉(zhuǎn)速：運(yùn)行15 min。
第二時(shí)段112轉(zhuǎn)速：運(yùn)行20 s、暫停2 min，
循環(huán)5次。
第三時(shí)段3／4轉(zhuǎn)速：運(yùn)行20 s、暫停2 min，
循環(huán)5次。
第四時(shí)段全速間歇：(1)運(yùn)行20 s、暫停2
min，循環(huán)5次；(2)運(yùn)行30 s、暫停2 rain，循環(huán)
8次；(3)運(yùn)行l(wèi) min、暫停l min，循環(huán)lO次。
第五時(shí)段全速持續(xù)：運(yùn)行30 min。
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
針對(duì)兩種品牌軸承分別進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)
∞
35
3O
p 2s
篝：
lO
S
O
見圖2-6，橫坐標(biāo)表示循環(huán)次數(shù)，縱坐標(biāo)表示溫
度的變化。
圖2為第一時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，從曲線變
化趨勢(shì)來看，電主軸在低速1／6轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，前
10 min后軸承溫度變化較明顯，后5 rain趨于穩(wěn)
定，主要原因 在于軸承滾動(dòng)體在軸承內(nèi)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
時(shí)要受到流體的繞流阻力，滾動(dòng)體的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要
受到流體的攪拌摩擦力矩，所以致使軸承溫度上
升明顯，經(jīng)過10 min跑合，后5 min軸承與主軸系
統(tǒng)達(dá)到熱穩(wěn)定，所以溫度趨于平衡。
3S
30
25
p
20
■ 15
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抽萱 I蕾瓷盅
宦§；；= ·- ； 后溫虞
0r
、軸承4運(yùn)行盾溢度
循環(huán)次數(shù)
圖2 第一時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖
圖3為第二時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，當(dāng)轉(zhuǎn)速升
至112轉(zhuǎn)速時(shí)，通過間歇運(yùn)行與暫停，從曲線上看
不同的軸承溫升幾乎保持一致且變化不大。
l 2 3 4
錘環(huán)次數(shù)
圖3 第二時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖
鞋承i■停后飄度
軸承l(wèi)運(yùn)行后■座
承2■停厝曩崖
軸承2近行藉量度
承3■停后曩度
泰a運(yùn)行后曩度
黼誓停后■度
lll@,~g抒詹曩度
圖4為第三時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，轉(zhuǎn)速繼續(xù)
升高至3／4轉(zhuǎn)速，從曲線上看不同的軸承溫升在前
5次的循環(huán)中變化不大(軸承2例外)，在第6次
和第7次循環(huán)中，溫升變化較為明顯且基本保持
一致(軸承2例外)，主要原因是在第6次和第7
次循環(huán)中調(diào)整了變頻器的參數(shù)，使得主軸在20 s
內(nèi)很快到達(dá)3／4轉(zhuǎn)速，暫停時(shí)間未做調(diào)整，以此對(duì)
比前5次的循環(huán)。
圖5為第四時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，該時(shí)段是
究與開發(fā)
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4 5 6 7
循環(huán)次藏
第三時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10
循環(huán)次數(shù)
圖5 第四時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖
軸薏it■停詹鼉度
承I麓杼詹■虞
承2■停蓐鼉度
贛承2耀抒詹童度
拳}一停后量度
承a露杼晨■度
軸蘑 ■停詹量度
■承●運(yùn)氍脖t度
輔承l(wèi)霄捧蕊囂魔
軸承l(wèi)遂行囂翟廑
軸隸2臀停露鼉寢
軸承2避杼震置瘦
軸承}暫降麝馥度
軸承}進(jìn)行蓐It艘
軸蕊4暫停質(zhì)強(qiáng)度
軸承4透仔后沮度
將速度升至滿速，間歇跑合。從曲線變化趨勢(shì)來
看，每次運(yùn)行時(shí)間改變時(shí)，溫升變化較大，停機(jī)
暫停期間，軸承與主軸系統(tǒng)溫度會(huì)平衡調(diào)節(jié)，經(jīng)
過幾次循環(huán)，溫升趨于穩(wěn)定。
圖6為第五時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖，通過前四
個(gè)時(shí)段的跑合，后軸承溫度在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到
熱穩(wěn)定并保持，達(dá)到了跑合的目的。
軸承懂舒艨溫瘦
軸承攢行臍赫瘦
軸艱l避杼饜沮度
軸承如行船飄瘦
循環(huán)次曩
圖6 第五時(shí)段試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖
另外，通過每次循環(huán)停機(jī)檢測(cè)前端軸孔溫
度，發(fā)現(xiàn)前軸承的溫度(參考點(diǎn))較后軸承低
5℃左右，原因在于該試驗(yàn)用電主軸原設(shè)計(jì)方案
前軸承部位有冷卻水腔，而后軸承沒有。
根據(jù)以上分析可得出以下結(jié)論。
(1)不同品牌的高速密封角接觸球軸承在電
主軸中的使用性能有細(xì)微差別，本次試驗(yàn)所使用
的前軸承的dmn達(dá)到了1．62~10 mm·r／min，前軸
承的轉(zhuǎn)速甚至超過了樣本所標(biāo)注的極限轉(zhuǎn)速，但
僅從軸承的高速性能、較低的工作溫度等方面考
慮，本次試驗(yàn)所使用軸承的使用性能較為良好。
(2)從一些方面可以驗(yàn)證高速電主軸油霧潤
滑改為油脂潤滑的可行性，本試驗(yàn)中第五時(shí)段后
軸承溫度甚至穩(wěn)定在70℃左右，原因是一方面由
于試驗(yàn)環(huán)境較為惡劣(夏天)，并且冷卻水箱為普
通水箱，第五時(shí)段過程中冷卻水的溫度甚至升至
35℃ ；另一方面該試驗(yàn)用電主軸本為油霧潤滑，
前后軸承各有油霧通道，油霧不僅起到潤滑軸承
的作用，而且具有一定冷卻作用，并且前軸承部
位有冷卻水腔，而后軸承沒有，所以該主軸潤滑
方式改為油脂潤滑后跑合試驗(yàn)中后軸承溫度較高。
隨著高速、低發(fā)熱軸承，高速、長(zhǎng)壽命潤滑
油脂，電主軸冷卻技術(shù)、電機(jī)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的
發(fā)展，將節(jié)能環(huán)保的油脂潤滑應(yīng)用到高速電主軸
的使用中將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。通過本系列試驗(yàn)，
開發(fā)出了轉(zhuǎn)速48 000 r／min、60 000 r／min等高速油
脂潤滑電主軸，其在高速性、低溫升、較長(zhǎng)壽
命、較長(zhǎng)精度保持性等方面滿足電主軸使用要
求，并取得了較好的使用效果。
3結(jié)束語
本文通過120MD48Y5．8電主軸(油霧潤滑改
為油脂潤滑)采用不同品牌的高速密封角接觸球
軸承的進(jìn)行跑合試驗(yàn)，對(duì)跑合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從
而驗(yàn)證高速電主軸油霧潤滑改為油脂潤滑的可行
性。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證為高速油脂潤滑電主軸
的開發(fā)提供參考。
參考文獻(xiàn)：
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第一作者簡(jiǎn)介：李東亞，男，1987年生，河南商丘人，碩
士，助理工程師。研究領(lǐng)域：高速電主軸。已發(fā)表論文1
篇。 (編輯：向飛)
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