拋光磨頭自吸潤滑及其原理

摘 要 本文通過對拋光磨頭斜插式自吸油管工作原理的分析，指出了該裝置設計及裝配時應注意的問題。

關鍵詞 拋光磨頭，自吸潤滑，原理

1 引言

瓷質磚生產設備中的擺動式或滾動式拋光磨頭中，其磨頭內部的傳動系統下部浸在油液中工作，而上部暴露在空氣中。為使液面以上軸承（主軸上部軸承和中間齒輪軸承）及傳動部位運轉靈活、減少阻滯和系統振動，并延長使用壽命，一般需在磨頭上配置相應的潤滑油油液供給裝置。實現該功能的形式有多種，其中以斜插管自吸式結構最簡單，原理最為科學、合理。

2裝置介紹及原理分析

2.1 裝置介紹

圖1為拋光磨頭裝置的簡圖。磨盤體1及潤滑油在主軸帶動下高速旋轉，吸油管5與固定筒3固定在一起（靜止不動），油液吸到上部對中間齒輪軸承2、上部軸承4進行潤滑后返回油池。

圖1 磨頭裝置簡圖

2.2 原 理

在不外加潤滑泵的情況下，油液是如何實現自吸循環潤滑的呢？下面就其工作原理進行詳細分析。

如圖2所示，吸油管與固定筒3固定在一起，隨磨頭旋轉的油液對吸油管做相對運動。以一定的初始速度V進入吸油管口部的油液在慣性作用下，會沿著斜管繼續上升至某一高度h，將油液的初始動能轉化成勢能。

圖2 吸油物理過程

將油面設為勢能零點，則這股油液上升高度h后勢能為mgh，根據功能原理，有：

1/2mv²=mgh+△f₁+△f₂+△fξ （1）

式中：

m —— 小微元油液的質量

v —— 小微元油液沿運動方向的初始速度，且v= vHsinα（如圖2）

g —— 重力加速度

h —— 小微元油液所上升的高度

△f₁——小微元油液沿管壁運動時因摩擦產生的能量損失

△f₂——小微元油液沿管壁運動時因空氣阻力產生的能量損失

△f_ξ——小微元油液沿管壁運動時因管截形變化產生的能量損失

2.3影響因素分析

由（1）式得：

h={1/2mv²-(△f₁+△f₂+△f_ξ)}/mg（2）

由（2）式可以看出：

油液初始速度增加，油液可上升的高度增加，吸油效率增大；而管壁摩擦系數增加、空氣阻力或管截形變化增加時，油液可上升的高度則會降低。

設原始速度：V=2πnR/（1000×60）（m/s）（3）

則油液沿運動方向的初始速度：

v=vHsinα=Vcosβsinα

=2π nRcosβsinα/（1000×60） （4）

式中：

R —— 吸油口半徑

n —— 磨頭轉速（r/min）

α—— 垂直平面內吸油管對油面的傾角（見圖2）

β—— 水平面內吸油管與旋轉半徑切線的夾角（見圖3）

結合（2）、（3）、（4）三式可以得到各因素對吸油效率的影響：

（1） 磨頭旋轉速度越高、吸油口安裝半徑越大、吸油管與油面夾角越小、吸油管在水平面內順旋轉切線安裝，吸油能力越強，如圖3所示；

（2） 管壁越光滑，摩擦系數越小，油液運動產生的能量損失越小，油液所上升高度越高；

（3） 及時進行系統排氣可減小空氣阻力造成的能量損失；否則，空氣壓縮產生的氣墊，會影響油液上升的高度，嚴重時甚至使油液無法流動；

（4） 應盡量避免管路彎折，截面盡量避免突變（如圖4所示，管路做成圓弧形，入口處做成喇叭形），有利于減少油液運動的能量損失。

圖3 油液速度對吸油效率的影響

此外，還應注意截面與運動速度方向夾角對吸油效率的影響。吸油截面與速度方向應垂直，平行時油液將無法吸上（如圖5）。同時，運動速度方向應指向吸油截面，截面背離速度方向的油管是無法吸油的。為保證吸油的可靠性，設計時可考慮裝兩根截面方向相反的油管（如圖6），這樣，不論磨盤旋轉方向如何，總有一根油管可以進油。

圖4 進油管路和進油口比較理想的形狀

圖5吸油管應避免的幾何形狀

圖6兩根吸油管的設計

3結論

綜上所述，油液的初始速度、管壁的摩擦系數、磨頭旋轉速度、吸油口安裝半徑及油面夾角、空氣阻力、管路截面情況等因素都會對吸油管的吸油效率造成影響，設計時要盡量減小它們的負面影響，保證吸油效率。