高速电主轴少量脂润滑技术研究

【摘要】：高速电主轴摆脱了传统驱动结构的中间传动环节,由内装式电动机直接驱动,满足了高速切削对机床的“高转速、高精度、高可靠性和小振动”的要求,广泛应用于高速加工技术中;脂润滑轴承具有结构简单、维护方便、成本低、密封等优点,高速运转的轴承滚动体和套圈只需极少量的润滑脂就能形成足够的油膜,流体动力摩擦损失小,保持很低的工作温度,普遍应用于高速电主轴润滑系统。少量脂润滑的高速轴承填脂量过多,搅油发热严重,造成轴承温度过高;填脂量过少,在滚动体与套圈之间不能形成足够的油膜,摩擦磨损严重,振动加剧,降低主轴精度,缩短主轴寿命。因此研究高速电主轴少量润滑技术对提高高速电主轴的使用性能具有重要的意义。首先针对高速轴承少量脂润滑因磨损或温度过高发黑,润滑脂泄漏等现象分析失效原因,认为高速润滑脂的触变性能和抗磨性能差,导致温度升高,润滑脂流失,摩擦磨损严重,因此开展高速润滑脂性能研究。按照润滑脂选用原则选择轴承用高速润滑脂(KLUBER ISOFLEX NBU15、FAG SPEED2,6(L75)、L252、LGLT2),对所选定的高速润滑脂,参照国家标准使用标准仪器进行触变性能、抗磨性能、减摩性能和极压性能试验。结果显示L252在80℃以下触变性能、抗磨性能和减摩性能最好,极压性能中等,综合性能高于同类产品;对含有2%~6%的抗磨极压添加剂(T361A)的高速润滑脂KLUBER ISOFLEX NBU15进行抗磨试验,结果表明添加剂含量在6%时抗磨性能和减摩性能提高最多。其次针对少量脂润滑的高速轴承套圈发生严重塑性变形和套圈表面磨损严重的现象进行分析,认为一方面由于润滑脂的成膜厚度不足以隔开两接触金属表面,造成摩擦面直接接触,摩擦磨损严重;另一方面由于流体动压润滑接触区的接触应力太大,超过了润滑油膜的承载能力或者轴承材料的承载能力造成套圈严重塑性变形,因此开展高速润滑脂在高速条件下润滑状态分析和接触区域应力分析。利用等温热弾流润滑理论对四种高速润滑脂在DGZ-60E高速工况下的润滑状态进行预测,结果表明:四种高速润滑脂的润滑油膜具有足够的承载能力,而在高速(30000r/min以上)时润滑油膜的最大应力接近甚至超过套圈材料的屈服应力,给套圈变形造成了极大的风险,L252在给定工况条件下均处于全膜润滑状态,润滑状态最好。最后针对少量脂润滑的高速轴承温度升高,振动加大的问题,进行填脂量试验,分析润滑脂填脂量对轴承的温度、力矩和振动造成的影响。利用自行研制的高速轴承试验台和BRG3000力矩试验台,对试验轴承FAG HCS7003-C-T-P4S-UL进行振动、温度和力矩试验。通过不同填脂量的轴承性能试验结果表明:跑合过程使润滑脂在轴承中重新分布,排挤到滚道外的润滑脂可以作为“油槽”,补给运转过程中润滑脂的消耗;在给定试验条件下填脂量0.25g时轴承的综合性能较好。在填脂量0.25g时对四种高速润滑脂进行轴承性能试验表明:综合考虑润滑脂的在高温下的性能和润滑脂在轴承中的性能,L252的综合性能最好。