高速电主轴的油气润滑

李旦豪，周文广

（1.哈尔滨轴承集团公司 技术中心，黑龙江 哈尔滨 150036；2.哈尔滨轴承集团公司 铁路轴承制造分厂，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

在轴承套圈磨削中广泛使用的内圆和外圈沟道磨床中几乎都配用电主轴进行磨削。电主轴的润滑分为脂润滑、油雾润滑和油气润滑。脂润滑由于摩擦阻力大使温升提高，增加了摩擦损失和驱动力，浪费了能源；油雾润滑消除了脂润滑的缺点，但污染环境；油气润滑采用定点润滑，润滑油量小，环境污染小，是目前先进的润滑方法。本文论述高速电主轴的油气润滑方法。

2 电主轴性能分析

电主轴的性能主要体现在不同工作转速上，它用速度因数值DMN来表示：

式中：

DMN——速度因数/mm•r/min，

D——轴承外径/mm，

d——轴承内径/mm，

N——电主轴的转速/r/min。

DMN值同时反映了主轴的高速性能，电主轴的高速性能越好，它所允许的DMN值就越高。

DMN与润滑方式有着密切的关系，一般情况下，电主轴的DMN达8×105mm•r/min左右时，可使用微量脂润滑，DMN达1.3×106mm•r/min左右时，小直径高转速的电主轴宜使用油雾润滑。随着高速电主轴的高速化发展出现了油气润滑。

3 电主轴润滑分析

高速旋转的电主轴要维持其旋转精度，控制主轴的温升是很重要的指标。主轴的温升来自于轴承。

轴承的温升是由动摩擦损失转换成热传递到轴承系统的结果。减小轴承温升的方法是：（1）减少轴承的动摩擦损失；（2）改善轴承的散热条件。

3.1 脂润滑

一般情况下，轴承单位时间发热量,随着温度的上升，润滑油的粘度就会下降，为了避免轴承烧伤，必须充分加入润滑油。但是油量的增加同时也增加了搅拌的阻力，加大了动摩擦损失，从而增加了电主轴的驱动力。

如果用微量的脂润滑，不但达不到低摩擦的目的，也带不出轴承的热量。高速电主轴的高速旋转，使润滑脂加速恶化，降低润滑脂的使用寿命。

3.2 油雾润滑

目前的数控磨床在高速磨削时采用的电主轴大多数是油雾润滑，油雾润滑是选用了微量润滑，达到了低摩擦滚动，降低了轴承的温度，提高了电主轴的使用寿命。另一个优点是由于电主轴油雾润滑时内部具有一定的气压，避免了（由于密封件的磨损）磨料微粒进入电主轴轴壳内导致电主轴的损坏。

油雾润滑存在环境污染问题及油量控制不精确问题。当油雾所使用的空气内若有尘埃和水分进入电主轴润滑系统破坏了轴承的良好的工作环境，降低了电主轴的使用寿命。

3.3 油气润滑

油气润滑具有以下特点：

（1）能将极微量的定量油连续稳定地供给到每一套轴承上。

（2）气氛环境污染少，将油气润滑的电主轴放在丙烯箱内连续运转约2h后，测量箱内的空气污染程度约为0.03mg/m3。气氛污染比油雾润滑少的原因，是因为油气润滑比油雾润滑的油量更少，且润滑油以合适的油滴流入轴承。

（3）外来的尘埃或水分及切削液难以进入电主轴内，这是由于随同微量油供给的大量空气，使电主轴内充满的气压比油雾润滑的气压更高。

4 油气润滑原理

油气润滑是利用定量活塞式分配器将非常微量的油（例如0.01m l）以最佳的间隔间歇地排出，随同空气流连续流入轴承。排出点排出的油在到达轴承之前就形成连续液流随同空气送入轴承。图1 所示为油气润滑系统图。

5 油气润滑的油量和粘度

油气润滑应以必要的最小限度的油量供给轴承，所以油量的选择至关重要。电主轴均用角接触轴承，供油量的标准如下式；

图1 油气润滑系统图

式中：

Q——每个轴承油量，m l/h；

d——轴承内径，mm；

f——系数，角接触轴承f=1.2。

油的粘度较低，或转速越高，则所需要的油量有增加的倾向。实际上，油量应根据轴承负荷和转速等使用条件来决定。

就润滑油粘度对轴承温升的影响而言，油气润滑要比循环供油小得多。在供油量相同的条件下，粘度高时温升稍有提高的倾向，在40℃使用粘度为10～30cst。

6 结束语

油气润滑已经过实际验证是成功的润滑方法，在高速下可实施稳定的微量油润滑，且环境气氛污染少，所以现在的高速电主轴采用的越来越多。我们在高转速轴承寿命试验机中选用了油气润滑电主轴，通过实验确认，在DM.N大于150mm•r/min时，改变了试验现场由于采用油雾润滑污染环境的问题，提高了环境质量，延长了电主轴的使用寿命。