軸承保持架離心甩油機(jī)

胡 波，江純清，高 宇，馬德鋒

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 儀器開發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039)

精密高速軸系所用軸承保持架需要經(jīng)過高速甩油后才能被使用在軸承上，否則會(huì)由于過多潤(rùn)滑油存在于保持架中對(duì)軸承的正常工作產(chǎn)生干擾?，F(xiàn)介紹一種保持架離心甩油機(jī)的設(shè)計(jì)。

1 甩油機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

甩油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。保持架放在保持架芯軸上，由保持架壓蓋壓住，最后用壓緊螺母通過壓緊彈簧將壓緊力作用于保持架壓蓋上，固定保持架。采用可調(diào)速直流無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)保持架芯軸帶動(dòng)保持架高速旋轉(zhuǎn)，通過高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將保持架內(nèi)多余的潤(rùn)滑油分離出來。保持架上油滴離心力F離=mω2r，式中：m為油滴質(zhì)量；ω為旋轉(zhuǎn)角速度；r為旋轉(zhuǎn)半徑。保持架由加熱箱加熱，溫度范圍從室溫到60 ℃連續(xù)可調(diào)。設(shè)備的加溫、轉(zhuǎn)動(dòng)、時(shí)間控制等動(dòng)作由微處理機(jī)完成，顯示、參數(shù)設(shè)置由液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)。

1—加熱腔蓋；2—壓緊螺母；3—壓緊彈簧；4—保持架壓蓋；5—保持架；6—保持架芯軸；7—溫度傳感器； 8—加熱腔體；9—漏油孔導(dǎo)管；10—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子；11—電動(dòng)機(jī)；12—基座；13—電動(dòng)機(jī)座；14—調(diào)平支腳圖1 甩油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

甩油機(jī)采用立式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是保持架中被甩出的油滴會(huì)順著加熱器的內(nèi)壁流下或吸附于加熱器內(nèi)壁上，不會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓υ俚位乇３旨鼙砻?。離心機(jī)腔體中甩出的潤(rùn)滑油可通過腔體內(nèi)漏油孔導(dǎo)出回收，附著在腔體內(nèi)部的油滴可以通過吸油紙來清潔。

2 主要參數(shù)及要求

本甩油機(jī)主要針對(duì)非金屬環(huán)形保持架，溫控范圍為30～60 ℃，溫控精度為±3 ℃；工作轉(zhuǎn)速為500～10 000 r/min,連續(xù)可調(diào)，轉(zhuǎn)速精度不大于1%。適用范圍為：保持架外徑Φ5～100 mm，高度不超過200 mm。

甩油機(jī)工作的要求為：甩油機(jī)轉(zhuǎn)速要穩(wěn)定，在2 500 r/min下30 min內(nèi)轉(zhuǎn)速波動(dòng)量不大于±1%；連續(xù)工作時(shí)間不小于4 h；甩油時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸與保持架必須同步旋轉(zhuǎn)，不得有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，甩油過程中盡量避免保持架受外力，不得引入雜質(zhì)及污染物，甩出的油不得回吸至保持架；不同尺寸規(guī)格的保持架配以相應(yīng)的工裝進(jìn)行裝夾，以便于拆裝和清洗；設(shè)備工作室的噪聲不能超過60 dB；電源為單相三線制，220×(1±10%)V，50 Hz，10 A，環(huán)境溫度為10～35 ℃，相對(duì)濕度不超過85%，溫度梯度小于1 ℃/h。

3 電氣控制結(jié)構(gòu)

甩油機(jī)電氣控制原理如圖2所示。

圖2 電氣原理框圖

3.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速

依據(jù)設(shè)備要求，考慮到調(diào)速范圍及對(duì)環(huán)境噪聲的限制，以及有刷直流電動(dòng)機(jī)電刷換向系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)壽命和最高轉(zhuǎn)速的影響，設(shè)備選用了直流無刷電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)配合高分辨率編碼器及高性能驅(qū)動(dòng)器，閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)顯示。為了滿足技術(shù)條件，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為400～11 000 r/min。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制如圖3所示。

圖3 電動(dòng)機(jī)調(diào)速閉環(huán)控制示意圖

3.2 溫度控制

溫度控制器以單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以AT89C52為控制芯片。該控制器測(cè)溫準(zhǔn)確，是具有PID調(diào)節(jié)、自整定、自適應(yīng)功能的智能溫度控制器。

加熱箱采用電加熱方式, 參考恒溫箱功率及以往經(jīng)驗(yàn)，加熱功率設(shè)定為1 000 W，加熱時(shí)間為20～30 min。加熱箱內(nèi)膽(工作室)選用不銹鋼材料，外體由優(yōu)質(zhì)A3冷板制成，內(nèi)、外體之間填充保溫材料，形成大約20 mm的可靠保溫層。箱體與箱門的密封為耐高溫硅橡膠壓條，密封性能優(yōu)良；門鎖與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成互鎖，以保證安全。溫度傳感器的安裝位置，考慮到離心腔內(nèi)的溫度不均勻度(控制在3 ℃以內(nèi))，在保證安全的前提下，放置在靠近保持架附近的內(nèi)膽壁上。

4 設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的問題

4.1 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持架的動(dòng)平衡[1]

在不平衡量計(jì)算時(shí)，偏心距是一個(gè)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無關(guān)的絕對(duì)量，而質(zhì)徑積則是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)的一個(gè)相對(duì)量。通常，對(duì)于具體給定的轉(zhuǎn)子，不平衡量以質(zhì)徑積表示較好。對(duì)于本甩油機(jī)，選用ISO制定的典型轉(zhuǎn)子平衡等級(jí)G2.5和許用不平衡量進(jìn)行計(jì)算。該機(jī)設(shè)計(jì)了不平衡保護(hù)功能，即運(yùn)轉(zhuǎn)中由于不平衡引起振動(dòng)幅度超過一定值時(shí)(由檢測(cè)開關(guān)檢測(cè))，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。

4.2 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持架的共振[2]

4.3 工藝墊

甩油機(jī)可對(duì)單個(gè)保持架或多個(gè)保持架一起進(jìn)行甩油，由于保持架芯軸的高度固定不變，因此，需要設(shè)計(jì)工藝墊來保證任何情況下壓蓋都能夠壓緊保持架。工藝墊的設(shè)計(jì)根據(jù)保持架具體的型號(hào)尺寸來確定。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的甩油機(jī)具有自動(dòng)化程度高，轉(zhuǎn)速、溫度連續(xù)可調(diào)并實(shí)時(shí)顯示，可依據(jù)不同型號(hào)保持架設(shè)定甩油時(shí)間等特點(diǎn)，經(jīng)用戶使用反饋達(dá)到使用要求。隨著機(jī)械加工和電器控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和不同用戶的具體需求，該設(shè)備仍需不斷創(chuàng)新，予以完善。