[發明專利]一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計方法

在審

• 申請號: 201810936168.1
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109101733A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 蔣書運;劉宗濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F16C33/66;B23Q11/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明提供了一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計方法，屬于滾動軸承冷卻潤滑技術領域。該設計技術包括以下步驟：步驟1，高速電主軸滾動軸承油氣潤滑系統配置設計；步驟2，高速滾動軸承油氣噴嘴結構設計；步驟3，高速滾動軸承油氣參數設計。該設計技術提出了一種油氣潤滑系統的基本配置方案，提供了一種油氣噴嘴結構設計和油氣參數選擇的技術方法。采用本發明提供的高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計技術，可有效提高高速電主軸滾動軸承油氣潤滑系統的潤滑效果，大幅降低高速電主軸滾動軸承的工作溫升，延長高速電主軸滾動軸承的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計方法，屬于高速加工機床主軸單元設計領域。

背景技術

高速電主軸是高速加工機床的核心功能部件，電主軸性能很大程度上決定了機床的整機性能。隨著高速加工的發展，高速電主軸轉速不斷提高，滾動軸承發熱量急劇上升，這對滾動軸承的冷卻潤滑技術提出了更高要求。傳統的軸承潤滑方式(油循環潤滑、脂潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑)已不能滿足高速電主軸軸承的使用需要。油氣潤滑技術，潤滑性能好，環境污染小，可使軸承具有極限轉速高、溫升小、壽命長等優點，該技術是高速、超高速機床滾動軸承理想的潤滑方式。

高速電主軸油氣潤滑系統的配置設計，潤滑噴嘴的具體結構設計，油氣潤滑參數的選擇等設計技術，對滾動軸承油氣潤滑效果均有較大影響，合理的設計可極大提高滾動軸承的使用性能。然而，到目前為止，油氣潤滑系統設計多依靠工程師個人經驗，尚未見到有成熟的油氣潤滑系統設計技術的發明專利報道。針對這一需求，本發明提供了一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計技術，內容包括油氣系統配置、油氣噴嘴與油氣潤滑參數的確定方法。

發明內容

技術問題：針對高速電主軸滾動軸承油氣潤滑系統設計方面存在的問題，本發明提出了一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計方法，旨在提高滾動軸承油氣潤滑的性能，降低高速電主軸滾動軸承的工作溫升，延長高速電主軸滾動軸承的使用壽命。

技術方案：本發明的一種高速電主軸滾動軸承油氣潤滑設計方法包括以下步驟：

步驟1：高速電主軸滾動軸承油氣潤滑系統配置設計，完成高壓氣體生成系統、氣體過濾系統、油氣發生系統的設計工作，搭建供氣壓力可調、供油量可控、工作穩定可靠的油氣潤滑基礎系統；

步驟2：高速電主軸滾動軸承油氣噴嘴結構設計，測試噴嘴出口個數、噴嘴出口長徑比、噴嘴出口到軸承球體的距離3個噴嘴關鍵幾何參數對軸承工作溫升的影響，確定幾何參數的最佳取值，以降低軸承溫升，提升油氣潤滑效果；

步驟3：高速電主軸滾動軸承油氣參數設計，測試油氣供給管道長度、潤滑油供油量、油氣供氣壓力、潤滑油油品種類4個關鍵油氣參數對軸承工作溫升的影響，確定關鍵油氣參數的最佳取值，以降低軸承溫升，提升油氣潤滑效果，延長軸承使用壽命。

其中：

所述步驟1：高速電主軸滾動軸承油氣潤滑系統配置設計，該系統配置具體包括高速電主軸及變頻器、循環水冷卻設備、油氣發生器、冷干機、空氣壓縮機及過濾器、儲氣罐、熱電偶；空氣壓縮機產生高壓氣體，高壓氣體經過濾器到達儲氣罐，再經冷干機，以恒定壓力流經油氣發生器；油氣發生器將潤滑油注高壓氣體管路，油氣最終被輸送到被潤滑軸承；緊貼軸承外圈布置有熱電偶，用來測量軸承的溫升。

所述步驟2：高速電主軸滾動軸承油氣噴嘴結構設計，噴嘴結構由油氣腔、出口以及外壁結構組成，油氣從入口進入油氣腔，經油氣腔輸送至出口處，經出口加壓噴射至高速滾動軸承的滾動體，油氣噴嘴結構設計具體過程分以下三步：

步驟2a：確定噴嘴出口個數，測試不同工況下噴嘴出口數對滾動軸承溫升的影響情況，尋找最低溫升點對應的噴嘴出口個數，確定噴嘴出口數；

步驟2b：確定噴嘴出口長徑比，測試不同工況下噴嘴出口長徑比對滾動軸承溫升的影響情況，尋找最低溫升點對應的噴嘴出口長徑比，確定噴嘴出口長徑比L/d值；