一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法技术

本发明专利技术提供了一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，属于滚动轴承冷却润滑技术领域。该设计技术包括以下步骤：步骤1，高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计；步骤2，高速滚动轴承油气喷嘴结构设计；步骤3，高速滚动轴承油气参数设计。该设计技术提出了一种油气润滑系统的基本配置方案，提供了一种油气喷嘴结构设计和油气参数选择的技术方法。采用本发明专利技术提供的高速电主轴滚动轴承油气润滑设计技术，可有效提高高速电主轴滚动轴承油气润滑系统的润滑效果，大幅降低高速电主轴滚动轴承的工作温升，延长高速电主轴滚动轴承的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法
本专利技术涉及一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，属于高速加工机床主轴单元设计领域。
技术介绍
高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件，电主轴性能很大程度上决定了机床的整机性能。随着高速加工的发展，高速电主轴转速不断提高，滚动轴承发热量急剧上升，这对滚动轴承的冷却润滑技术提出了更高要求。传统的轴承润滑方式(油循环润滑、脂润滑、喷油润滑、油雾润滑)已不能满足高速电主轴轴承的使用需要。油气润滑技术，润滑性能好，环境污染小，可使轴承具有极限转速高、温升小、寿命长等优点，该技术是高速、超高速机床滚动轴承理想的润滑方式。高速电主轴油气润滑系统的配置设计，润滑喷嘴的具体结构设计，油气润滑参数的选择等设计技术，对滚动轴承油气润滑效果均有较大影响，合理的设计可极大提高滚动轴承的使用性能。然而，到目前为止，油气润滑系统设计多依靠工程师个人经验，尚未见到有成熟的油气润滑系统设计技术的专利技术专利报道。针对这一需求，本专利技术提供了一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计技术，内容包括油气系统配置、油气喷嘴与油气润滑参数的确定方法。
技术实现思路
技术问题：针对高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计方面存在的问题，本专利技术提出了一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，旨在提高滚动轴承油气润滑的性能，降低高速电主轴滚动轴承的工作温升，延长高速电主轴滚动轴承的使用寿命。技术方案：本专利技术的一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法包括以下步骤：步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计，完成高压气体生成系统、气体过滤系统、油气发生系统的设计工作，搭建供气压力可调、供油量可控、工作稳定可靠的油气润滑基础系统；步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，测试喷嘴出口个数、喷嘴出口长径比、喷嘴出口到轴承球体的距离3个喷嘴关键几何参数对轴承工作温升的影响，确定几何参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果；步骤3：高速电主轴滚动轴承油气参数设计，测试油气供给管道长度、润滑油供油量、油气供气压力、润滑油油品种类4个关键油气参数对轴承工作温升的影响，确定关键油气参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果，延长轴承使用寿命。其中：所述步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计，该系统配置具体包括高速电主轴及变频器、循环水冷却设备、油气发生器、冷干机、空气压缩机及过滤器、储气罐、热电偶；空气压缩机产生高压气体，高压气体经过滤器到达储气罐，再经冷干机，以恒定压力流经油气发生器；油气发生器将润滑油注高压气体管路，油气最终被输送到被润滑轴承；紧贴轴承外圈布置有热电偶，用来测量轴承的温升。所述步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，喷嘴结构由油气腔、出口以及外壁结构组成，油气从入口进入油气腔，经油气腔输送至出口处，经出口加压喷射至高速滚动轴承的滚动体，油气喷嘴结构设计具体过程分以下三步：步骤2a：确定喷嘴出口个数，测试不同工况下喷嘴出口数对滚动轴承温升的影响情况，寻找最低温升点对应的喷嘴出口个数，确定喷嘴出口数；步骤2b：确定喷嘴出口长径比，测试不同工况下喷嘴出口长径比对滚动轴承温升的影响情况，寻找最低温升点对应的喷嘴出口长径比，确定喷嘴出口长径比L/d值；步骤2c：确定喷嘴出口到轴承球体的距离，测试不同工况下喷嘴出口到轴承球体的距离对滚动轴承温升的影响，寻找最低温升点对应的喷嘴出口到轴承球体的距离，确定喷嘴出口到轴承球体的距离s值。所述步骤3：高速电主轴滚动轴承油气参数设计具体过程分以下四步：步骤3a：油气供给管道长度设计，测试管道长度对油气润滑效果的影响，根据测试结果，寻找最低温升点对应的油气供给管道长度，选择合适的油气供给管道长度；步骤3b：润滑油供油量设计，测试供油油量对油气润滑效果的影响，根据测试结果，寻找最低温升点对应的润滑油供油量，确定合适的供油量。步骤3c：油气供气压力设计，测试供气压力对油气润滑效果的影响，根据测试结果，寻找最低温升点对应的油气供气压力，确定合适的供气压力。步骤3d：润滑油油品种类选择，测试油品种类对油气润滑效果的影响，根据测试结果，寻找最低温升点对应的润滑油油品种类，选择合适的润滑油油品种类。有益效果：本专利技术提供的高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计技术，为高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计提供了有效的手段，显著提高了油气润滑系统的润滑效果，降低了高速电主轴滚动轴承的工作温升，延长了高速电主轴滚动轴承的使用寿命。附图说明图1是本专利技术高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计技术的流程；图2是高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置；图3是高速电主轴滚动轴承油气喷嘴的结构和工作原理；图4是喷嘴出口数对轴承温升的影响曲线；图5是喷嘴出口长径比对轴承温升的影响曲线；图6是喷嘴出口到轴承球体的距离值对轴承温升的影响曲线；图7是油气供给管道长度对轴承温升的影响曲线；图8a是润滑油供油周期(对应相应的供油量)对钢球轴承温升的影响曲线；图8b是润滑油供油周期(对应相应的供油量)对混合陶瓷球轴承温升的影响曲线。图中有：油气腔1、出口2、外壁3、电主轴4、空气压缩机5、过滤器6、储气罐7、冷干机8、油气发生器9、油气喷嘴10、高速滚动轴承11、变频器12、冷却水循环设备13、热电偶14。具体实施方式下面结合一个实施例(高速电主轴钢球轴承7006C和混合陶瓷球轴承B7006C油气润滑系统设计)，对本专利技术的高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计技术作进一步详细说明。图1给出了本专利技术高速电主轴滚动轴承油气润滑系统设计技术的具体内容，包括如下步骤：步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计。如图2所示，空气压缩机5持续不断地提供压缩空气，压缩空气经过三级过滤器6除杂(粉尘、颗粒物)后到达储气罐7，经过冷干机8除去水汽，以恒定的压力流经油气发生器9；油气发生器9周期地将润滑油以油滴形式注入压缩空气管路中，输送到润滑点；变频器12控制高速电主轴4的转速，调节范围为5000rpm～50000rpm；热电偶14用来测量电主轴内轴承的温升，根据轴承温升大小来评价油气润滑效果，温升越大，油气润滑效果越差，温升越小，油气润滑效果越佳。步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，具体包括喷嘴出口个数设计，喷嘴长径比设计以及喷嘴到轴承球体的距离设计。具体设计过程分以下三步：步骤2a：确定喷嘴出口数，分别测试钢球轴承和陶瓷球轴承在20000rpm和30000rpm转速下，不同的喷嘴出口数对轴承温升的影响情况，结果见图4，根据测试结果，确定喷嘴出口数为2个。步骤2b：确定喷嘴出口长径比，分别测试钢球轴承和陶瓷球轴承在20000rpm和30000rpm转速下，不同的长径比L/d对轴承温升的影响情况，结果见图5，根据测试结果，长径比选择为3.2。步骤2c：确定喷嘴出口到轴承球体的距离，分别测试钢球轴承和陶瓷球轴承在20000rpm和30000rpm转速下，不同的喷嘴出口到轴承球体的距离值对轴承温升的影响情况，结果见图6，根据测试结果，选择喷嘴出口到轴承球体的距离s值为6.4mm。步骤3：进行高速电主轴滚动轴承油气参数设计，其过程可分为以下四步：步骤3a：油气供给管道长度设计，选用外径10mm，内径6.5mm的塑料管道作为油气输送管道，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计，完成高压气体生成系统、气体过滤系统、油气发生系统的设计工作，搭建供气压力可调、供油量可控、工作稳定可靠的油气润滑基础系统；步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，测试喷嘴出口个数、喷嘴出口长径比、喷嘴出口到轴承球体的距离3个喷嘴关键几何参数对轴承工作温升的影响，确定几何参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果；步骤3：高速电主轴滚动轴承油气参数设计，测试油气供给管道长度、润滑油供油量、油气供气压力、润滑油油品种类4个关键油气参数对轴承工作温升的影响，确定关键油气参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果，延长轴承使用寿命。

【技术特征摘要】
1.一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计，完成高压气体生成系统、气体过滤系统、油气发生系统的设计工作，搭建供气压力可调、供油量可控、工作稳定可靠的油气润滑基础系统；步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，测试喷嘴出口个数、喷嘴出口长径比、喷嘴出口到轴承球体的距离3个喷嘴关键几何参数对轴承工作温升的影响，确定几何参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果；步骤3：高速电主轴滚动轴承油气参数设计，测试油气供给管道长度、润滑油供油量、油气供气压力、润滑油油品种类4个关键油气参数对轴承工作温升的影响，确定关键油气参数的最佳取值，以降低轴承温升，提升油气润滑效果，延长轴承使用寿命。2.根据权利要求1所述的一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，其特征在于，所述步骤1：高速电主轴滚动轴承油气润滑系统配置设计，该系统配置具体包括高速电主轴(4)及变频器(12)、循环水冷却设备(13)、油气发生器(9)、冷干机(8)、空气压缩机(5)及过滤器(6)、储气罐(7)、热电偶(14)；空气压缩机(5)产生高压气体，高压气体经过滤器(6)到达储气罐(7)，再经冷干机(8)，以恒定压力流经油气发生器(9)；油气发生器(9)将润滑油注高压气体管路，油气最终被输送到被润滑轴承；紧贴轴承外圈布置有热电偶(14)，用来测量轴承的温升。3.根据权利要求1所述的一种高速电主轴滚动轴承油气润滑设计方法，其特征在于，所述步骤2：高速电主轴滚动轴承油气喷嘴结构设计，喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋书运，刘宗涛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32