CN108007691B - 一种电主轴高速轴承热功率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电主轴高速轴承热功率测试装置及方法，所述测试装置包括支架、测试主轴、联轴器、轴承、轴承座和轴承热功率测试器；所述轴承热功率测试器包括套装在轴承座上的导热筒，所述导热筒的内壁与所述轴承接触，在所述导热筒内设有冷却水道，所述冷却水道的进口、出口上均连接有流量阀及温度传感器，在所述导热筒的外壁上还嵌入安装有温度传感器。本发明的测试方法操作方便，通过测试冷却水的流速及温升，可以计算出轴承发热功率。由于在测试主轴与导热筒的外壁上设置隔热涂层，使轴承的热量基本传导到导热筒中被冷却水吸收，能够保证实验数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电主轴技术领域，尤其是一种用于电主轴的高速轴承热功率测试装置及其测试方法。
背景技术
电主轴是现代高速切削新兴的产物，其具有高精度、高转速的特点；电主轴的结构通常包括无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支承。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳俸中。主轴的变速由主轴驱动模块控制，而主轴单元内的温升由冷却装置限制。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。
由于高速电主轴轴承发热功率较大，设计及使用电主轴时需要考虑高速轴承的发热功率，以对其进行冷却处理，由于热功率分析仪对其进行测试时比较复杂，且高速轴承较难进行测量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述高速轴承热功率不易测试的问题，提供一种结构紧凑、操作方便的电主轴高速轴承热功率测试装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电主轴高速轴承热功率测试装置，其特征在于：包括支架、测试主轴、联轴器、轴承、轴承座和轴承热功率测试器，所述轴承通过所述轴承座安装在测试主轴上，所述联轴器安装在所述测试主轴一端；所述轴承热功率测试器包括套装在轴承座上的导热筒，所述导热筒的内壁与所述轴承接触，在所述导热筒内设有冷却水道，所述冷却水道的进口、出口上均连接有流量阀及温度传感器，在所述导热筒的外壁上还嵌入安装有温度传感器；所述导热筒安装在所述支架上，所述测试主轴与所述导热筒的外壁上均设有隔热涂层。
进一步地，所述联轴器由高强度绝热材料制成。
进一步地，所述导热筒内还设有热管。
进一步地，本发明还包括有一隔热箱，在隔热箱上设有抽真空用的出气口，所述冷却水道的进口和出口通过水管连接并延伸至隔热箱外，所述联轴器安装在隔热箱壁上。
本发明还公开一种电主轴高速轴承热功率测试方法，采用上述的电主轴高速轴承热功率测试装置，包括如下步骤：S1：将测试主轴与被测电主轴通过联轴器相连，将冷却水进口、出口通过水管与一进水装置相连，进水装置能够调节冷却水的水温和流量；S2：启动电主轴，设置电主轴转速为额定转速的0.5倍，预运转5min；同时注入冷却水，并不断调整冷却水的温度及流量，使导热筒外壁上的温度传感器检测到的温度约等于实验室空气温度；S3：设置电主轴转速为额定转速，运转30min后，记录进出水口冷却水的温度及流速，计算出冷却水带走的热量，即为轴承发热量，进而可计算出轴承热功率；
具体的，轴承热功率W=cρvs（T1-T2），其中，c为水比热容，ρ为水密度，v为水流速，s为冷却管道横截面积，T1为冷却水进水口温度，T2为冷却水出水口温度。
进一步地，所述步骤S3中通过3次记录求平均值获得冷却水的温度及流速，具体为间隔5分钟记录一次。
进一步地，所述步骤S3在真空环境下进行。
本发明的有益效果是：结构简单，操作方便，通过测试冷却水的流速及温升，可以计算出轴承发热功率。通过在测试主轴与导热筒的外壁上设置隔热涂层，使轴承的热量基本传导到导热筒中被冷却水吸收，保证实验数据的准确性。
进一步通过设置的热管，使轴承产生的热量能快速传递到导热筒两侧，使导热筒受热均匀，有利于冷却水冷却吸热，提高实验数据的精度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中的A-A剖面图。
图3为本发明带隔热箱的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明一种电主轴高速轴承热功率测试装置，包括支架1、测试主轴2、联轴器3、轴承4、轴承座5和轴承热功率测试器6。其中，所述轴承4通过所述轴承座5安装在测试主轴2上，所述联轴器3安装在所述测试主轴2一端。
具体的，所述轴承热功率测试器6包括套装在轴承座上的导热筒61，所述导热筒61的内壁与所述轴承4接触，在所述导热筒61内设有冷却水道62。所述冷却水道的进口上连接有流量阀63及温度传感器64，流量阀63和温度传感器64分别用于检测进口处的冷却水流量和水温；所述冷却水道的出口上连接有流量阀65及温度传感器66，流量阀65和温度传感器66分别用于检测出口处的冷却水流量和水温。在所述导热筒61的外壁上还嵌入安装有温度传感。所述导热筒61安装在所述支架1上。所述测试主轴2与所述导热筒61的外壁上均设有隔热涂层。所述联轴器3由高强度绝热材料制成。
优选地，在所述导热筒61内还设有热管67。通过设置热管67，能快速将轴承产生的热量传导到导热筒两侧。
优选地，如图3所示，为了避免环境因素的影响，本发明还包括有一可抽真空的隔热箱7，在隔热箱7上设有抽真空用的出气口71，测试时，测试装置放置在隔热箱内进行，所述冷却水道的进口和出口通过水管连接并延伸至隔热箱外，所述联轴器3安装在隔热箱壁上并与电主轴8相连。
另外，本发明还公开一种电主轴高速轴承热功率测试方法，具体采用上述的电主轴高速轴承热功率测试装置，包括如下步骤。
S1：将测试主轴与被测电主轴通过联轴器相连，将冷却水进口、出口通过水管与一进水装置相连，进水装置能够调节冷却水的水温和流量。
S2：启动电主轴，设置电主轴转速为额定转速的0.5倍，预运转5min；同时注入冷却水，并不断调整冷却水的温度及流量，使导热筒外壁上的温度传感器检测到的温度约等于实验室空气温度。
S3：设置电主轴转速为额定转速，运转30min后，记录进出水口冷却水的温度及流速，计算出冷却水带走的热量，即为轴承发热量，进而可计算出轴承热功率。
具体的，轴承热功率W=cρvs（T1-T2），其中，c为水比热容，ρ为水密度，v为水流速，s为冷却管道横截面积，T1为冷却水进水口温度，T2为冷却水出水口温度。
为了使实验数据更准确，所述步骤S3中通过3次记录求平均值获得冷却水的温度及流速，具体为间隔5分钟记录一次。
为了使实验数据更准确，所述步骤S3可以在真空环境下进行。
以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.一种电主轴高速轴承热功率测试方法，其特征在于：采用电主轴高速轴承热功率测试装置进行测试，电主轴高速轴承热功率测试装置包括支架、测试主轴、联轴器、轴承、轴承座、轴承热功率测试器和隔热箱，所述轴承通过所述轴承座安装在测试主轴上，所述联轴器安装在所述测试主轴一端；所述轴承热功率测试器包括套装在轴承座上的导热筒，所述导热筒的内壁与所述轴承接触，在所述导热筒内设有冷却水道，所述冷却水道的进口、出口上均连接有流量阀及温度传感器，在所述导热筒的外壁上还嵌入安装有温度传感器；所述导热筒安装在所述支架上，所述测试主轴与所述导热筒的外壁上均设有隔热涂层；
所述导热筒内还设有热管；
在隔热箱上设有抽真空用的出气口，所述冷却水道的进口和出口通过水管连接并延伸至隔热箱外，所述联轴器安装在隔热箱壁上；
包括如下步骤：S1：将测试主轴与被测电主轴通过联轴器相连，将冷却水进口、出口通过水管与一进水装置相连，进水装置能够调节冷却水的水温和流量；
S2：启动电主轴，设置电主轴转速为额定转速的0.5倍，预运转5min；同时注入冷却水，并不断调整冷却水的温度及流量，使导热筒外壁上的温度传感器检测到的温度约等于实验室空气温度；
S3：设置电主轴转速为额定转速，运转30min后，记录进出水口冷却水的温度及流速，计算出冷却水带走的热量，即为轴承发热量，进而可计算出轴承热功率；
轴承热功率率W=cρvs（T1-T2），其中，c为水比热容，ρ为水密度，v为水流速，s为冷却管道横截面积，T1为冷却水进水口温度，T2为冷却水出水口温度。
2.根据权利要求1所述的电主轴高速轴承热功率测试方法，其特征在于：所述步骤S3中通过3次记录求平均值获得冷却水的温度及流速，具体为间隔5分钟记录一次。
3.根据权利要求1所述的电主轴高速轴承热功率测试方法，其特征在于：所述步骤S3在真空环境下进行。
4.根据权利要求1所述的电主轴高速轴承热功率测试方法，其特征在于：所述联轴器由高强度绝热材料制成。
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