基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究李松生;周鹏;黄晓;陈斌;陈剑

【摘要】The lubricating performance is one of the main factors to limit the increase of spindle bearing speed and influence the dynamic stability of the spindle bearings running in ultra high speed. Under the oil-air lubricating condition the lubricating performances of the ultra high speed electric spindle were studied by changing the oil-supply, the working speed, the axial preload of the bearings and so on, and measuring the resistance of the oil film and the temperature of the bearing which affect the lubricating performances of the bearings. The results show that the working speed and the oil-supply are the important factors affect the lubricating performances of the spindle bearings, and in a speed there will be an oil-supply that makes the bearing be in the optimal lubrication state. In ultra high speed, it could appear serious starved phenomenon in bearings.%超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.

【期刊名称】《润滑与密封》

【年(卷),期】2011(036)010

【总页数】5页(P25-28,44)

【关键词】超高转速;主轴轴承;润滑性能;乏油现象;最佳供油量

【作者】李松生;周鹏;黄晓;陈斌;陈剑

【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海,200072;上海大学机电工程与自动化学院,上

海,200072

【正文语种】中文

【中图分类】TH117.1

电主轴是将主轴电机内装，将电机和主轴结合为一体，实现电机和主轴一体化功能的部件。随着高速和超高速磨削技术的发展，各种磨床对电主轴转速的要求越来越高，目前，内圆磨床用超高转速电主轴的转速已经超过1×105r/min，最高转速甚至达到3×105r/min。作为超高转速电主轴支承的角接触球轴承(通常称为主轴轴承)，往往处于超高速运行状态，常常达到和超过轴承设计所允许的极限转速，轴承的速度参数Dmn值达到2.5×106mm·r/min，甚至更高［1］。为了实现超高转速运行和保持良好的动态稳定性，主轴轴承多采用有利于提高轴承极限转速的油雾或油气润滑技术。但是，随着电主轴转速、供油量、轴承预载荷等工况条件的变化，主轴轴承内部的润滑状态和润滑性能会发生很大变化，因此影响和制约着轴承

极限转速的提高和轴承运行过程中的动态稳定性，甚至发生因润滑失效而导致轴承早期损坏的现象。所以，分析研究主轴轴承在超高转速运行条件下的润滑性能，对于实现超高转速稳定运行和进一步提高电主轴所能够达到的最高工作转速至关重要［2］。很多文献对轴承内部润滑性能进行了理论仿真分析和试验研究。蒋兴奇［3］分析了高速主轴轴承的摩擦力矩、运动、载荷和刚度，研究了轴承的热特性、设计和应用参数对速度和动力学性能的影响;黄晓明［4］对高速电主轴轴承的摩擦发热以及油气润滑系统的散热特性进行了分析;胡志宏等［5］采用多重网格法分析了油气润滑超高速主轴轴承在不同结构参数和工况条件下内部各接触区域的润滑状态;李松生等［6］则通过分析超高速电主轴轴承内部润滑的基本特点，对主轴轴承在超高速运行条件下的内部润滑状态进行了分析;左涛涛等［7］基于油雾润滑，对高速电主轴进行了断油性能的试验研究;刘建海等［8］利用油层恢复模型对滚动轴承的乏油润滑进行了分析计算;谭洪恩等［9－10］对点线接触弹流润滑的供油条件的退化进行了分析，并分析供油油膜厚度、中心膜厚、最小膜厚和润滑油油膜压力区形成位置与润滑次数的关系。Wedeven等［11］最先通过光干涉实验分析了滚动轴承的乏油润滑现象;Chevalier等［12］分析了点接触乏油现象以及入口区油

膜分布对其影响;Venner等［13］研究了接触点表面波纹对乏油弹流润滑的影响。本文作者采用实验的方法，利用油气润滑的超高转速电主轴，对其内部的主轴轴承的润滑性能进行了试验研究，并对试验结果进行了分析研究。

1 轴承润滑状态性能测试

1.1 试验装置

油气润滑的超高转速电主轴，是由图1所示的油气润滑装置，通过专用管道向电

主轴内部的主轴轴承输送油气混合物，由于油气润滑装置中的定量分配器和定时器相结合可以将微量的润滑油分别精确定量地连续供给每一套主轴轴承，微小油滴使球滚动体和内、外圈滚道上形成弹流动压润滑油膜［14］。图2所示的试验用超