1前言
近幾年來，隨著刀具材料和自動化技術的發(fā)展，在許多工程領域，以滾動軸承為支承的主軸和軸的旋轉速度不斷提高，甚至超過了滾動軸承樣本給定的極限值。目前，中型數(shù)控機床和加工中心的主軸最高轉速已達到10000r/min左右，而FIDIA仿形加工系統(tǒng)的主軸轉速已達到100000r/min。內(nèi)圓磨床為達到足夠的磨削速度，磨削小孔的砂輪已高達240000r/min。不僅對軸承的設計和制造提出了更高的要求，并且對潤滑系統(tǒng)的研制提出了特殊要求。
圖1雙列圓柱滾子軸承的摩擦力矩、溫升與供油量之間的關系
滾動軸承潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及磨損，防止燒粘，延長疲勞壽命，排出摩擦熱，冷卻。傳統(tǒng)的滾動軸承潤滑方法，如：油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環(huán)潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因為高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求，而且對供油量也有著嚴格要求。FAG公司通過大量實驗數(shù)據(jù)建立了雙列圓柱滾子軸承的摩擦力矩、溫升與供油量之間的關系曲線。該曲線很好地表達了最小摩擦力矩、最低溫升與最少供油量之間的關系，即為了取得最佳潤滑效果，供油量過多或過少都是有害的。而前5種潤滑方法均無法準確地控制供油量多少，僅適用于中、低速滾動軸承潤滑，而油霧潤滑系統(tǒng)也很難可靠地向各個軸承供應油量幾乎恒定不變的潤滑油，使各個摩擦點的油量多少始終處于一種波動狀態(tài)，時多時少，不利于主軸軸承轉速的提高和壽命的提高。而新近發(fā)展起來的油-氣集中潤滑系統(tǒng)則可以精確地控制各個摩擦點的潤滑油量，可靠性極高，因而可在高速主軸軸承領域應用。
2油-氣集中潤滑系統(tǒng)的工作原理
圖2油-氣集中潤滑系統(tǒng)原理圖
1.浮動開關2.油箱3.變量柱塞泵+分配器4.混合閥5.噴嘴
6.壓力開關(空氣)7.壓力控制閥8.壓縮空氣入口9.方向閥
油-氣集中潤滑系統(tǒng)是最近發(fā)展起來的一種所需油量最少的新技術，被稱為理性潤滑方法，確保潤滑的高效性及降低磨損，尤其適用于高速旋轉的滾動軸承，可應用于機床制造業(yè)、紡織機械制造業(yè)等行業(yè)。油-氣集中潤滑系統(tǒng)工作原理如圖2所示，每隔一定時間(1～60min)由定量柱塞泵分配器定量輸出的微量潤滑油(0.01～0.06mL)與壓縮空氣管道中的壓縮空氣(壓力為0.3～0.5MPa，流量為20～50L/min)混和后，經(jīng)內(nèi)徑2～4mm的尼龍管以及安裝在軸承近處的噴嘴進入軸承內(nèi)，停留在摩擦點處。
3油-氣集中潤滑系統(tǒng)的技術要求
油-氣集中潤滑系統(tǒng)是將具有一定壓力的壓縮空氣和潤滑油混合后，形成條紋狀油液微滴，進入軸承內(nèi)部摩擦點處，因而對潤滑油和壓縮空氣均有一定技術要求。
3.1潤滑油的技術要求
選擇潤滑油時，要確保油膜不能太厚。其原因在于：當油膜很薄時，油的粘度增大未必會相應地增大摩擦力矩。所以，在相同使用條件下，要選擇比樣本提供的參考粘度值大5～10倍的潤滑油，以確保有良好的粘度和潤滑性能。ISOVG32～ISOVG100導軌油是很適合的；在重載條件下還可選用耐高壓含有添加劑的油。應避免使用粘度在ISOVG22以下的潤滑油。
禁止使用含有二硫化鉬添加劑的潤滑油，因為這種潤滑油中的二硫化鉬會停留在噴嘴內(nèi)孔處，從而阻塞噴嘴；此外，二硫化鉬的噴鍍作用也會增大軸承粗糙度，加劇磨損。
3.2壓縮空氣的技術要求
實驗條件：軸承類型NNU4926；轉速n=2000r/min；
力F=2000N；潤滑油粘度v=32mm/s(t=40℃)
壓縮空氣必須干燥，且過濾精度不大于3μm，如果條件許可的話，可以配置一個具有自動排水功能的常規(guī)水分干燥器將水分分離出來。
為了準確無誤地傳送潤滑油，內(nèi)徑為f2～4mm的管子里空氣總流量大致為20～50L/min?？諝鈮毫Ρ仨毰c流量、管路長度、管路內(nèi)徑、軸承的內(nèi)壓力損失相匹配。
對于技術參數(shù)一定的油-氣集中潤滑系統(tǒng)而言，改變潤滑周期和空氣是允許的。為了克服軸承內(nèi)部的背壓，進入軸承內(nèi)部的壓縮空氣必須具備一定壓力(0.3～0.5MPa)。一般而言，軸承入口處壓力不應低于0.15～0.2MPa。
實驗條件：軸承類型NNU4926；轉速n=2000r/min；
力F=2000N；潤滑油粘度v=32mm/s(t=40℃)
4軸承潤滑油量計算及供油方式設計
4.1軸承潤滑油量計算
滾動軸承潤滑所需的油量在很大程度上取決于軸承類型、供油系統(tǒng)設計、潤滑油類型等因素。很難給出一個適合任何情況，具有廣泛適用性的簡單明了的公式。具有油液自動傳輸功能的軸承(如角接觸球軸承)所需油量大于不具有油液自動傳輸功能的軸承(如雙列圓柱滾子軸承)所需油量。尤其當速度性系數(shù)(n.dm)值較大時，其差異更明顯(圖3)。通過大量實驗，供油量Q的粗略計算公式如下:
Q=WdB
式中Q——供油量，mm3/h
W——系數(shù)，0.01mm/h
d——軸承內(nèi)徑，mm
B——軸承寬度，mm
然而，實際供油量還要在此數(shù)值基礎上擴大4～20倍。為了獲得最佳潤滑效果，還需通過實驗來修正供油量多少。
圖4供油方式
4.2供油方式設計
對于高速旋轉的軸承，為了可靠地將潤滑油送入軸承內(nèi)部，應十分重視供油方式(如噴嘴形式、安裝位置等)的設計。軸承潤滑方式完全取決于軸承類型和配置方式。對單列軸承而言，最佳潤滑方式為從一邊進入軸承內(nèi)部。噴嘴孔應與內(nèi)環(huán)齊平，不能指向保持架。尤其當軸承自身吸排油方向不易確定時(如角接觸球軸承)，潤滑油必須按上述方向進入軸承內(nèi)部。若條件許可，潤滑油最好經(jīng)過一個特制噴管后再進入軸承內(nèi)部。噴管長度取決于軸承大小，直徑為0.5～1.0mm。也允許把潤滑油送到軸承外圈處。在這種情況下，要注意察看潤滑油是否進入了鋼球與外圈之間形成的壓力區(qū)域。對雙列軸承而言，潤滑油必須從與外圈滾道邊齊平的地方噴入軸承內(nèi)部，以對軸承充分潤滑。
當軸承外徑介于150～280mm時，需要再增加一個噴嘴。
此外，為了防止在軸承底部形成油渣沉淀，需要安裝一個泄油管，其長度大于5mm。
為了滿足現(xiàn)代機床高速主軸對潤滑系統(tǒng)的要求，對油-氣集中潤滑系統(tǒng)的各個參數(shù)還要作進一步詳細而精確的研究。這是因為：潤滑油類型、潤滑方法、潤滑量以及軸承類型、軸承配置等因素均對軸承轉速提高有著決定作用。
