CN105465183B - 一种外引导高速滚动轴承润滑装置 - Google Patents

Abstract

一种外引导高速滚动轴承润滑装置，包括供油隔圈，油隔圈安装在隔套上，供油隔圈上开有油气进口管以及与油气进口管相连通的油气喷嘴，油气喷嘴在供油隔圈上倾斜布置，油气喷嘴由突扩管及加速管连通构成，加速管的长度延长至轴承腔的腔体内，润滑油经由供油隔圈油气进口管进入加速管，在突扩管处汇聚，然后在离心力、表面张力和气流推动力的作用下沿轴承内圈表面进入滚动体与内圈滚道的接触区部位，本发明降低由于滚动轴承高速旋转所产生的较大的剪切气流对润滑油的影响，其不限于轴承尺寸，可不增大动力损失地进行高速及超高速运转。

Description

一种外引导高速滚动轴承润滑装置

技术领域

本发明涉及适用于高速机床主轴用的润滑装置, 特别涉及一种外引导高速滚动轴承润滑装置。

背景技术

滚动轴承广泛应用于各种旋转机械之中，是旋转机械的重要组成部件。随着高速、超高速机床的发展，对支承主轴的轴承的高速运转稳定性的要求也越来越高。滚动轴承其运行状态对旋转机械的整体性能具有决定性的影响，而温度是评估滚动轴承运行状态的重要指标，主轴轴承温升是限制轴承极限转速的重要因素，实际中要求轴承的温升要低。滚动轴承能否得到充分的润滑是影响其温升高低的重要因素，因此，保证滚动轴承获得良好的润滑对控制主轴轴承温升具有重要意义。

目前，实际工业生产中的高速机床主轴轴承润滑方式是喷射润滑、油雾润滑以及油气润滑。

喷射润滑是直接向轴承内喷射大量的润滑油，同时进行轴承的润滑和冷却，但这种润滑方法具有以下缺点：如果使轴承高速运转的话，由于润滑油的搅拌阻力增大，轴承的动力损失变大，需要更大容量的驱动电动机；同时由于轴承转速高，会因润滑油搅拌而引起的发热。

油雾润滑相比与喷射润滑来讲，没有由于搅油阻力过大而损失的功率。但是因为润滑油液被雾化，容易在管道和轴承腔缝隙处泄漏，造成环境污染；而且由于高粘度的润滑油不易雾化，因此，高速机床主轴轴承润滑基本已不再使用油雾润滑技术。

油气润滑相比喷射润滑和油雾润滑有着独特的优势。油气润滑技术的主要特征是利用压缩空气和油气发生器向轴承提供所需要的精确微量润滑油，以减少因润滑油的搅动而产生的过多热量，而且空气的冷却效果好，降低轴承温升，提高d_mn值，延长轴承的精度寿命，其中油气始终处于分离状态，这有利于润滑油的回收，排出的只是空气，因而对环境没有污染。由于没有搅油损失、搅油发热等，因此需要较少的润滑油可达到充分润滑的目的。

轴承在高速和超高速条件下运行时，由于轴承内部滚动体和保持架的干扰，轴承腔内的流型比较复杂，呈现湍流状态，会产生如图5所示的漩涡。图5所示为轴承沿径向方向的截面速度流线图（d_mn≥2×10⁶），气流经轴端贴近内圈处进入轴承腔体，并于滚动体两侧形成较大的漩涡，在轴承左侧靠近滚动体与内圈滚道接触区位置处和保持架兜孔内均形成较小的漩涡，最终气流分别自保持架引导间隙和保持架下侧区域流出。

由于轴承腔内漩涡的存在，现有油气润滑装置经喷嘴喷出的油气混合物很难准确地送入轴承内部需要润滑和冷却的最佳部位，即轴承滚动体与内圈滚道的接触区部位，因此会出现润滑不足或供油过量的现象，导致轴承内部摩擦增大或润滑油搅动加剧，发热量增加，温度升高，进而影响轴承的运行性能和工作寿命。油气润滑装置现有的倾斜喷嘴只是在轴承轴向铅垂面上与轴承的中心线有一定的倾角，且供油隔圈上的喷嘴是没有伸入轴承腔内部的，该喷嘴中心线正对滚动体与内圈滚道的接触区部位，此装置仅在轴承处于静止状态时，油气混合物可直接喷至滚动体与内圈滚道的接触区部位。但是在轴承实际运转状态下，由于轴承内圈、滚动体以及保持架等高速旋转，带动轴承腔内气流高速旋转，越靠近轴承内圈表面的位置，气流沿内圈旋转切线方向的剪切速度越大。经由喷嘴喷出的油气混合物在高速气流的剪切力作用下，并不会沿着喷嘴中心线延长线方向运动，油气会发生较大的偏转，最终润滑油很难到达滚动体与内圈滚道的接触区部位。此种设计仅考虑轴承静止状态时喷嘴喷出的润滑油可以到达滚动体与内圈滚道的接触区部位，并没有考虑轴承的运转状态对喷嘴喷出油气混合物的影响而优化喷嘴角度，与轴承实际运行状态不符。润滑单元喷嘴角度的选择应避开轴承内部旋流强烈的区域，即同时避开图5中左侧漩涡A和靠近内圈接触区处漩涡B，最终使润滑油易于进入滚动体与内圈滚道的接触区部位。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，解决目前现有高速机床主轴轴承油气润滑装置的可靠性问题，保证滚动轴承高速运转时润滑良好、温升较低，具有较高的稳定性，本发明的目的在于提供一种兼顾轴承高速运转状态的一种外引导高速滚动轴承润滑装置，降低由于滚动轴承高速旋转所产生的较大的剪切气流对润滑油的影响，其不限于轴承尺寸，可不增大动力损失地进行高速及超高速运转，同时，在压缩空气的带动作用下进行轴承的冷却。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种外引导高速滚动轴承润滑装置，包括供油隔圈10，供油隔圈10安装在隔套12上，供油隔圈10上开有油气进口管11以及与油气进口管11相连通的油气喷嘴20a，油气喷嘴20a在供油隔圈10上倾斜布置，油气喷嘴20a由突扩管20及加速管18连通构成，加速管（18）的长度延长至轴承腔的腔体内，为伸入式结构。

所述的隔套12端面的粗糙度≤Ra0.2，两端面的平行度应≤0.005mm，

所述的油气喷嘴20a倾斜布置，其倾斜角度为：在轴承轴向铅垂面上与轴承的中心线夹角为；范围为0-45°，在轴承轴向水平面上与轴承的中心线夹角为，范围为0-45°，上述范围不包括0°。

突扩管20的底部端面与轴承内圈表面14a之间的夹缝缝隙为1-3mm。

所述的油气进口管11的直径大于加速管18的直径。

所述的油气喷嘴20a的数量沿轴承周向均匀设置两个及以上。

本发明的有益效果：本发明采用油气润滑技术对高速主轴轴承进行润滑，使从油气润滑装置分配出来的微量油和压缩空气（简称油气）在主轴内部准确无误的地直接输送至主轴内部需要润滑的最佳部位，避免中途泄漏、中断和多路相混以及输送部位不准确等异常现象发生，对轴承实行微量、精确定量供油，并以压缩空气进行冷却，使轴承发热量少、温升低、润滑可靠、极限转速高和延长使用寿命。

附图说明

图1为轴承沿径向方向的截面速度流线图（d_mn≥2×10⁶）。

图2为本发明应用于高速机床的整体结构示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图4为本发明隔圈局部剖面图。

图5为油气输送装置隔圈整体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步表述。

参照图3，一种外引导高速滚动轴承润滑装置，包括供油隔圈10，油隔圈10安装在隔套12上，供油隔圈10上开有油气进口管11以及与油气进口管11相连通的油气喷嘴20a，油气喷嘴20a在供油隔圈10上倾斜布置，油气喷嘴20a由突扩管20及加速管18连通构成，加速管18的长度延长至轴承腔的腔体内，设计为伸入式结构；为了减小滚动体的振动和油气冲击产生的气动噪声，加速管末端设计成突扩管结构20，油气经突扩管时压降导致油气流速降低，润滑油在突扩管20处汇聚，然后在表面张力和气流推动力的作用下沿轴承内圈进入接触区，避开了图1所示的靠近滚动体与内圈接触区位置处的小漩涡，达到微量润滑的目的。由于滚动体的旋转以及离心力，润滑油同时被带入外圈接触区滚道。

所述的隔套12端面的粗糙度≤Ra0.2，两端面的平行度应≤0.005mm。其中，隔圈的尺寸精度对本装置的最终使用效果起着直接决定的作用。在本装置各具体结构参数尺寸精度符合要求以及其它外部条件均正常的情况下，采用本装置和应用油气润滑，主轴轴承的温升与用油雾润滑相比，可降低10—15℃，轴承所能达到的极限转速可提高1.2—1.5倍，轴承的寿命可延长1.2—1.5倍。

参照图3、图4，所述的油气喷嘴20a倾斜布置，其倾斜角度为：在轴承轴向铅垂面上与轴承的中心线夹角为；范围为0-45°，在轴承轴向水平面上与轴承的中心线夹角为，范围为0-45°，上述范围不包括0°。考虑到主轴的高速旋转带动轴承腔内气流高速旋转，沿轴承旋转切线方向产生的较大的剪切力，隔圈10上的油气喷嘴设计成倾斜形式，在轴承轴向水平面上与轴承的中心线夹角为，喷嘴倾斜的角度与轴承的转速有关，轴承转速越高，内部气相剪切流越大，要使润滑油喷至接触区，则设计喷嘴倾斜的角度也应该越大。倾斜喷嘴的设计原则就是利用喷嘴的倾斜角度来补偿因轴承高速旋转所产生的剪切气流。最终在轴承腔内气流的切向力和经过加速管的气流推动力的共同作用下，确保将定量的微量油可靠、准确地送至轴承内部需要润滑的最佳部位。

参照图4，突扩管20的底部端面与轴承内圈表面14a之间的夹缝缝隙为1-3mm。突扩管末端通过微小间隙覆盖上述斜面，控制从该微小间隙流向滚动体与内圈滚道的接触区部位的润滑油的流量。该微小间隙过大会导致经加速管进入突扩管的润滑油流向轴承外侧，过小不利于突扩管处汇聚的润滑油进入滚动体与内圈滚道的接触区。因此，设计时需考虑轴承的类型、尺寸，以及供油隔圈的实际尺寸。

所述的油气进口管11的直径大于加速管18的直径。考虑弯管对润滑油的离散作用，润滑单元内部通道尽量采取小角度转角。由于油气进口管11的直径大于加速管18的直径，油气经油气进口管11进入加速管18后油气流速加快，如果高速气流直接进入内圈接触区，由于油气流速大，直接冲击滚动体，将引起滚动体的振动，同时产生较大的气动噪声。

所述的油气喷嘴20a的数量沿轴承周向均匀设置两个及以上。

突扩管20的底部端面与轴承内圈表面14a之间的夹缝缝隙为1-3mm，所述的新型高速主轴单元轴承润滑油气润滑装置，将主轴单元内往轴承内部输送油气的装置设计成圆环隔圈形似，其隔圈上配置有油气通道和喷嘴，其喷嘴为倾斜式小孔，在隔圈的外圈处加有密封圈。

根据不同轴承、不同工况的要求，在隔圈的外圈上开有不同数量的通油环槽和密封环槽。

隔圈的外径、宽度尺寸、喷嘴出口的径向位置、轴向位置、喷嘴倾角和以及直径的大小等结构参数均可根据轴承类型、系列和具体型号进行确定。

本发明的工作原理为：本发明的滚动轴承润滑装置应用于高速机床主轴轴承，高速机床主轴轴承结构如图2所示，包括：轴承座5，轴承座5内安装有润滑单元4和角接触球轴承3，左侧的润滑单元4由前端盖1固定，右侧的润滑单元4由弹簧7和后端锁紧螺母8 固定，主轴端部设置有法兰盘9，左右两侧的润滑单元4通过中隔圈6隔开，本发明工作时，油气分配器混合的油气混合物经油气管路进入油气嘴2，经过轴承座5上的油气管最终到达隔圈10上的通油环槽19，再进入油气进口管11，然后在加速管18中加速后进入突扩管20到达轴承内圈表面14a，最终在离心力、表面张力及气流的推动力，最终使润滑油到达滚动体17与内圈滚道14b的接触区部位。油气喷嘴20a倾斜设计，主要是考虑了轴承因高速旋转沿轴承旋转径向方向产生的较大的剪切气流。

在本发明中，润滑油经由供油隔圈10油气进口管11进入加速管18，加速管18设计的管径小于油气进口管11是为了保证油气能迅速通过供油隔圈的管路，到达轴承内圈表面14a。在加速管18的末端设置突扩管20，突扩管20的管径大于加速管18，小于油气进口管11，油气经突扩管20时压降导致油气流速降低，润滑油在突扩管20处汇聚，然后在离心力、表面张力和气流推动力的作用下沿轴承内圈表面14a进入滚动体17与内圈滚道14b的接触区部位，避开了图1所示轴承腔左侧漩涡A和靠近内圈接触区处漩涡B，达到微量润滑的目的。同时，当润滑油在油气管道内的连续性受到扰动时，突扩管20设计有利于润滑油连续性的保持。由于滚动体17的旋转以及离心力的作用下，润滑油同时被带入外圈接触区滚道16b。

Claims (1)

1.一种外引导高速滚动轴承润滑装置，其特征在于，包括供油隔圈（10），供 油隔圈（10）安装在隔套（12）上，供油隔圈（10）上开有油气进口管（11）以及与油气进口管（11）相连通的油气喷嘴（20a），油气喷嘴(20a)在供油隔圈（10）上倾斜布置，油气喷嘴（20a）由突扩管（20）及加速管（18）连通构成，加速管（18）的长度延长至轴承腔的腔体内，为伸入式结构；

所述的油气喷嘴（20a）倾斜布置，其倾斜角度为：在轴承轴向铅垂面上与轴承的中心线夹角为；范围为0-45°，在轴承轴向水平面上与轴承的中心线夹角为，范围为0-45°，上述范围不包括0°；

突扩管（20）的底部端面与轴承内圈表面（14a）之间的夹缝缝隙为1-3mm；

所述的隔套（12）端面的粗糙度≤Ra0.2，两端面的平行度应≤0.005mm，

所述的油气进口管（11）的直径大于加速管（18）的直径；

所述的油气喷嘴（20a）的数量沿轴承周向均匀设置两个及以上。