電主軸軸承溫度分析及油氣潤滑要點

李松聯

（北京培峰技術有限責任公司，北京 100098）

0 引言

在加工領域機床高速加工越來越占據重要的位置，當前主要應用于高速雕銑機和高速磨床，電主軸高速可靠運行的潤滑方式及產品的選擇尤其關鍵。電主軸實物如圖1。

油氣潤滑的低消耗，低運行成本，高可靠性的特點已成為電主軸設計過程中普遍采用的潤滑方式。而電主軸的熱態特性成為影響軸承穩定運行的重要因素，并會直接影響到電主軸轉速的進一步提高。因此，分析電主軸溫升狀態尤其重要。軸承溫度上升和溫度的分布情況對軸承的工作游隙、潤滑劑的性能等都有直接的影響，最終導致軸承的性能下降。電主軸油氣潤滑如圖2所示。

1 電主軸發熱分析

圖1 電主軸

圖2 電主軸油氣潤滑示意

在電主軸中滾動軸承使用較為普遍，具有剛度高、高速性能好、結構緊湊、標準化程度高等優點。電主軸主要采用內置式電機，結構緊湊，所以自然散熱效果差，對多數電主軸來說都需要設計通道用于冷卻，其發熱量的來源主要是2個方面，內置式電機的發熱和軸承高速旋轉的摩擦發熱。

2 油氣潤滑系統參數對軸承溫度的影響

（1）潤滑油黏度對溫度的影響。當在相同轉速下潤滑油黏度的增大會使軸承的溫度上升隨之增大。但是不同黏度的潤滑油對軸承溫升表現出來的溫度梯度的變化也不盡相同。低黏度段的溫升梯度大于高黏度段，并隨著主軸轉速的提高，趨勢越來越明顯。由此得出，隨著黏度的不斷增加，軸承溫度的變化率越來越小。

（2）潤滑油量對溫度的影響。在全油潤滑狀態時，大量的潤滑油由于油分子在主軸高速運轉時內部產生激烈摩擦而發熱，就會使油液本身的溫度上升，對軸承冷卻的效果降低。但在使用油氣潤滑系統之后，給油量降低至每（3～7）min給油0.04 mL，軸承在轉動時所需要的油量其實很少，只需要在軸承滾珠和內外圈之間形成較薄的油膜即可。

（2）壓縮空氣的壓力和流量對溫度的影響。當主軸運行時，隨著氣壓的不斷增大，溫度上升的趨勢會逐漸減小，而隨著轉速的不斷提高，壓力升高降溫的效果會越來越小。而增大流量對繼續上升的溫度有明顯的降溫效果。

3 電主軸油氣潤滑的要求

3.1 油氣潤滑運行基本要求

（1）潤滑油清潔度等級。13/10（ISO 4406—1999清潔度標準）。

（2）空氣清潔度。空氣過濾精度0.01 μm。

（3）空氣干燥度。露點為+2℃。

（4）軸承噴嘴前的入口表壓力。（0.2～0.3 ）MPa。

（5） 油氣輸送管。內徑（2～2.5）mm，以彎曲半徑小而不易折彎的透明管路為宜。

（6）油氣管路的長度。長度在（1～4）m最為理想，在距離終端潤滑點有螺旋管利于存油，當軸承停機再次運轉時有利于油氣快速到位，縮短響應時間。

圖3 油氣潤滑設備及功能顯示

3.2 油氣潤滑影響

主軸軸承溫度上升的因素

（1）油氣潤滑系統工作不正常，不能保證穩定持續供油。

（2）使用油品不對、黏度不對或油料質量低劣。

（3）電主軸供油過多，造成軸承發熱。

（4）主軸排氣通道不暢。

（5）油氣管路出現折彎或油氣通道堵塞。

3.3 油氣潤滑設備性能要求

（1）精確定量給油?？扇我庹{節輸送至軸承端每個潤滑的油量，范圍（5～40）mm3。

（2）數顯時間設定。能夠實現對給油周期時間的任意設定。

（3）壓力檢測。能夠監控油氣輸送壓力或氣源壓力，優先監控油氣壓力。

（4）給油狀態檢測。由于電主軸給油單位時間內給油量少，給油間隔時間（3～7）min甚至更長，所以各個潤滑點每次給油的穩定性檢測屬于重要指標。

（5）軸承腔壓力。即油氣壓力能夠設定并調節。

（6）顯示及故障反饋。產品運行狀態及出現的故障具備就地顯示及遠程反饋功能（圖3）。

4 結論

（1）油氣潤滑系統中，影響軸承溫度上升的因素有油品黏度、供油油量、空氣壓力及流量。

（2）潤滑油黏度。軸承滾珠和滾道摩擦發熱影響軸承溫度上升的，隨黏度的增大溫度逐漸上升，而且在高速階段時的上升趨勢更顯著。

（3）潤滑油量。過大的油量會使軸承溫度上升，而減小潤滑油量就能使軸承溫度隨之降低。

（4）壓縮空氣。是通過對流換熱而影響軸承溫度上升的。因此氣壓對于軸承溫度上升的影響較小，只有在增大流量時，才能使軸承溫度上升減慢。軸承速度越高，降溫效果越顯著。