CN109807356B - 电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法 - Google Patents

电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法 Download PDF

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CN109807356B CN201811520939.5A CN201811520939A CN109807356B CN 109807356 B CN109807356 B CN 109807356B CN 201811520939 A CN201811520939 A CN 201811520939A CN 109807356 B CN109807356 B CN 109807356B
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Abstract

本发明提供了一种电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法,涉及轴承润滑技术领域。包括:设置有转速测量元件的电主轴组件、空气调节机构、油量控制机构及混合机构;前轴承及所述后轴承均设置有温度测定元件;所述电主轴组件上具有通向所述前轴承的第一油道及通向所述后轴承的第二油道;所述电主轴组件、所述油量控制机构及所述混合机构依次连通构成循环回路,所述混合机构分别与所述第一油道及所述第二油道连通;所述混合机构设置有油气混合阀;所述空气调节机构与所述混合机构连通,所述油量控制机构与所述空气调节机构电连接;所述油量控制机构用于根据测定的温度及转速,控制所述空气调节机构的开度以及通入所述混合机构的润滑油流量。

Description

电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及轴承润滑技术领域,具体而言,涉及一种电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法。
背景技术
数控机床正朝着超高速超精密方向发展,机床主轴是数控机床中最为关键的部件。机床电主轴将主轴与电机在结构上融为一体,具有噪音小、调速范围宽的有点。
目前电主轴存在着如下技术问题:润滑油温升高引起的主轴精度误差过大。现有技术在改进问题时,前轴承及后轴承处的油量增加会改善温升的问题,但是往往不能自动调节用于润滑的油量,而且未考虑在其中的主轴转速也会引起温升。还有的技术针对电机进行监控,不能针对轴承处的工况进行采样分析。
发明内容
为解决现有技术中润滑油温升影响主轴精度、不能针对轴承提供适宜油量的技术问题,本发明的主要目的在于,提供一种检测轴承处的油温及主轴转速自动调节润滑油及空气量的电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法。
第一方面,本发明实施例提供了一种电主轴油气润滑装置,包括:设置有转速测量元件的电主轴组件、空气调节机构、油量控制机构及混合机构;
所述电主轴组件上装配有前轴承及后轴承,所述前轴承及所述后轴承均设置有温度测定元件;所述电主轴组件上具有通向所述前轴承的第一油道及通向所述后轴承的第二油道;
所述电主轴组件、所述油量控制机构及所述混合机构依次连通构成循环回路,所述混合机构分别与所述第一油道及所述第二油道连通;所述混合机构设置有油气混合阀;
所述空气调节机构与所述混合机构连通,所述油量控制机构与所述空气调节机构电连接;所述油量控制机构用于控制所述空气调节机构的开度以及通入所述混合机构的润滑油流量。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述电主轴组件具有轴芯,所述前轴承及所述后轴承均装配于所述轴芯上,所述轴芯的外周设置有冷却套;
所述冷却套上设置有所述第一油道及所述第二油道,所述第一油道具有第一进口及通向前轴承的第一出口;所述第二油道具有第二进口及通向后轴承的第二出口。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述第一出口和/或第二出口处设置有喷嘴,所述喷嘴的出口可绕所述第一出口或第二出口的轴线旋转。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述前轴承处设置第一温度传感器,所述后轴承处设置第二温度传感器;所述轴芯上设置有转速传感器。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述空气调节机构包括电子节气门,所述电子节气门与所述混合机构连接;所述油量控制机构通过控制所述电子节气门的开度,控制通向所述混合机构的空气流量。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述电子节气门与所述混合机构之间设置有空气流量计及空气压力表。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述电子节气门连接有空气源,且所述空气源与所述电子节气门之间设置有空气干燥机。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,所述油量控制机构包括控制器、第一泵油电机及第二泵油电机,
所述空气调节机构、油气混合阀、所述第一泵油电机及所述第二泵油电机均与所述控制器连接;
所述第一泵油电机用于将润滑油通过所述混合机构传输至所述第一油道;所述第二泵油电机用于将润滑油通过所述混合机构传输至第二油道;
所述第一泵油电机与所述混合机构之间设置有第一流量计及第一压力表;所述第二泵油电机与所述混合机构之间设置有第二流量计及第二压力表。
第二方面,本发明实施例提供了一种油气润滑控制系统,包括:
第一检测单元,用于检测电主轴前轴承处预设时间内的第一起点温度及第一终点温度,并输出两个温度信号;
第二检测单元,用于检测电主轴后轴承处预设时间内的第二起点温度及第二终点温度,并输出两个温度信号;
第三检测单元,用于检测主轴的初始转速及实时转速,并输出两个转速信号;
控制单元,用于接收第一检测单元、第二检测单元及第三检测单元的检测信息,并分别比较第一起点温度与第一终点温度、第二起点温度与第二终点温度以及初始转速与实时转速的差值;并根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,控制单元根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量具体包括:
若第一终点温度较第一起点温度增加或减少,发布增加或减少前轴承油量的指令;
若第二终点温度较第二起点温度增加或减少,发布增加或减少后轴承油量的指令;
若实时转速较初始转速增加或减少,发布增加或减少空气流量的指令。
第三方面,本发明实施例提供了一种油气润滑控制方法,包括如下步骤:
S1检测电主轴前轴承处预设时间内的第一起点温度t1及第一终点温度T1,转入步骤S4;
S2检测电主轴后轴承处预设时间内的第二起点温度t2及第二终点温度T2,转入步骤S4;
S3检测主轴预设时间内的初始转速v1及实时转速V1,转入步骤S4;
S4分别比较t1与T1、t2与T2及v1与V1的增加或减少趋势,根据趋势信息控制前轴承或后轴承处的润滑油及空气流量。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,步骤S4具体包括:
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1增加,发出增加前轴承或后轴承油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1减少,发出减少前轴承或后轴承油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1增加,发出增加前轴承或后轴承油量、以及减少空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1减少,发出减少前轴承或后轴承油量、以及减少空气流量的指令。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,空气流量V与第一终点温度T1或第二终点温度T2满足如下关系:
Figure BDA0001903211440000041
其中,
f0、α为常数,ν0为轴承润滑剂粘度,A2为滚珠表面面积、dm为轴承中径;
T0为油气温度,等效为第一起点温度t1或第二起点温度t2;Ta代表第一终点温度T1或第二终点温度T2。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,油量U与主轴转速满足如下关系:
Figure BDA0001903211440000051
其中,
i为常数,η为润滑剂粘度,p油膜压力,x为与最小油膜厚度的切向距离,u1为滚珠线速度;
n代表转速,将初始转速v1与实时转速V1分别替换n代入上述公式,即可求得油量U的增量或减量值。
本发明实施例提供的电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法,针对所述主电轴组件的前轴承及后轴承分别设置油道,并可分别测定所述前轴承及所述后轴承处在预设时间的温度变化,以及所述电主轴组件在预设时间的转速变化,根据三个因素控制油气的流量,并可以对所述第一油道及所述第二油道的油气量分别控制,更有效的调节油气量。根据设置的所述油量控制机构,以及控制系统及控制方法,实现根轴承温度及所述电主轴组件转速自动调节油气量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明一实施例提供的电主轴组件结构剖视图;
图2是图1中A处放大示意图;
图3是本发明一实施例提供的电主轴油气润滑装置的示意图;
图4是本发明一实施例提供的控制图。
附图标记:
1电主轴组件 101轴芯 102前轴承 103后轴承 104冷却套
105冷却套后盖 106定子 107转子 108第一油道 109第二油道
1081第一进口 1082第一出口 1091第二进口
110转速传感器 111第一温度传感器 112第二温度传感器
113喷嘴 2空气调节机构 201电子节气门 202空气压力表
203空气源 204空气干燥机 3油量控制机构 301第一泵油电机
302第二泵油电机 303第一压力表 304第二压力表 305储油罐 4混合机构 5控制单元
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
如图1-3所示,本发明一实施例提供的一种电主轴油气润滑装置,包括:设置有转速测量元件的电主轴组件1、空气调节机构2、油量控制机构3及混合机构4;所述电主轴组件1上装配有前轴承102及后轴承103,所述前轴承102及所述后轴承103均设置有温度测定元件;所述电主轴组件1上具有通向所述前轴承102的第一油道108及通向所述后轴承103的第二油道109;便于分别对前轴承102及后轴承103进行补充润滑油气。并且前轴承102及后轴承103均设置有温度测定元件,温度测定元件与油量控制机构3连接,能够测定预设时间内前轴承102处的变化温度及后轴承103处的变化温度,便于监控润滑油气的温度变化。本实施例中,除了温度因素,还同时考量电主轴的转速,转速测量元件与油量控制机构3连接,实时监测主轴承转速的变化。前轴承102处油气温度、后轴承103处温度及主电轴转速共同作用监测因素,使得控制系统在调节油量及空气量时更准确。
现有技术中很少考虑转速的影响,但转速也对温升有影响,油气转速由低到高情况下,轴承滚珠所受离心力显著不同,引起轴承的温升效果不一样,因此不同转速下供油应不同。
其中,如图3所示,所述电主轴组件1、所述油量控制机构3及所述混合机构4依次连通构成循环回路,所述混合机构4分别与所述第一油道108及所述第二油道109连通,可分别向两个油道通混合油气;所述混合机构4设置有与控制器连接的油气混合阀,油气混合阀可将第一泵油电机301或第二泵油电机302泵出的润滑油与空气调节机构2泵出的空气进行混合。所述空气调节机构2与所述混合机构4连通,所述油量控制机构3与所述空气调节机构2电连接;所述油量控制机构3用于控制所述空气调节机构2的开度以及通入所述混合机构4的润滑油流量。
如图1所示,本实施例中,所述电主轴组件1具有轴芯101,所述前轴承102及所述后轴承103均装配于所述轴芯101上,所述轴芯101的外周设置有冷却套104;所述冷却套104上设置有所述第一油道108及所述第二油道109,具体的,第二油道109设置于冷却套后盖105上。所述第一油道108具有第一进口1081及通向前轴承102的第一出口1082,如图1所示本实施例中前轴承102设置有两个,第一出口1082也分为两路分别通向两个前轴承102;所述第二油道109具有第二进口1091及通向后轴承103的第二出口,如图1所示本实施例后轴承103设置有两个,第二出口分为两路分别通向两个后轴承103。本实施例中,轴芯101与电机装配连接,电机包括定子106及转子107,轴承装配处设置有轴承隔环。
其中,如图1-2所示,本发明一实施例提供的电主轴油气润滑装置,所述第一出口1082和/或第二出口处设置有喷嘴113,所述喷嘴113的出口可绕所述第一出口1082或第二出口的轴线旋转。如图2所示,喷嘴113可调节出口的方向及口径,便于使油气精确作用于轴承,提高油气的利用效率,并进一步提高轴承的润滑效果。再安装时,喷嘴113的出口位置可以根据轴承位置进行调整。
具体的,如图3所示,本实施例中,所述前轴承102处设置第一温度传感器111,所述后轴承103处设置第二温度传感器112;所述轴芯101上设置有转速传感器110,用于检测主轴转速。
其中,如图3所示,本发明一个较佳的实施例中,所述空气调节机构2包括电子节气门201,所述电子节气门201与所述混合机构4连接;所述油量控制机构3通过控制所述电子节气门201的开度,控制通向所述混合机构4的空气流量。电子节气门201接收油量控制机构3的控制信号,改变空气出口大小,实时控制空气流量大小。
本实施例中,所述电子节气门201与所述混合机构4之间设置有空气流量计及空气压力表202,空气流量计测定流入混合机构4中空气的流量;所述电子节气门201连接有空气源203,且所述空气源203与所述电子节气门201之间设置有空气干燥机204,空气压力表202指示由空气干燥机204泵出空气的压力。空气干燥机204对空气源203的空气进行干燥及过滤。
如图3所示,本发明一实施例提供的电主轴油气润滑装置中,所述油量控制机构3包括控制器、第一泵油电机301及第二泵油电机302,所述空气调节机构2、油气混合阀、所述第一泵油电机301及所述第二泵油电机302均与所述控制器连接;所述第一泵油电机301用于将储油罐305中的润滑油通过所述混合机构4传输至所述第一油道108;所述第二泵油电机302用于将储油罐305中的润滑油通过所述混合机构4传输至第二油道109。控制器可控制每次供油的时间及相邻两次供油的时间间隔。
其中,所述第一泵油电机301与所述混合机构4之间设置有第一流量计及第一压力表303,分别用于测定第一泵油电机301泵出的润滑油的流量及压力;所述第二泵油电机302与所述混合机构4之间设置有第二流量计及第二压力表304,分别用于测定第二泵油电机302泵出的润滑油的流量及压力。
控制器分别控制第一泵油电机301、第二泵油电机302及电子节气门201,以调整混合机构4中润滑油及空气的流量。
如图4所示,本发明另一实施例提供了一种油气润滑控制系统,包括:
第一检测单元,用于检测电主轴前轴承102处预设时间内的第一起点温度及第一终点温度,并输出两个温度信号,可以为第一温度传感器111;
第二检测单元,用于检测电主轴后轴承103处预设时间内的第二起点温度及第二终点温度,并输出两个温度信号,可以为第二温度传感器112;
第三检测单元,用于检测主轴的初始转速及实时转速,并输出两个转速信号,可以为转速传感器110;
控制单元5,用于接收第一检测单元、第二检测单元及第三检测单元的检测信息,并分别比较第一起点温度与第一终点温度、第二起点温度与第二终点温度以及初始转速与实时转速的差值;并根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量。
例如,开机后油量控制机构3通电,分别给两个泵油电机及电子节气门201一个初始信号,使电子节气门201打开一定角度,使油气混合阀里充满一定混合比的润滑油气。第一温度传感器111测定前轴承102处温度、第二温度传感器112测定后轴承103处温度及转速传感器110测定主轴转速,了解各参数在初始时间的数值。同时也要监测空气流量传感器的初始信号数值。
在本发明一个较佳的实施例中,控制单元根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量具体包括:
若第一终点温度较第一起点温度增加或减少,发布增加或减少前轴承102油量的指令;
若第二终点温度较第二起点温度增加或减少,发布增加或减少后轴承103油量的指令;
若实时转速较初始转速增加或减少,发布增加或减少空气流量的指令。
运行预设时间后,第一温度传感器111再次测定前轴承102处温度、第二温度传感器112再次测定后轴承103处温度,转速传感器110再次测定主轴转速,分别与对应的初始数值对比,判断幅值变化;再根据控制方法输出相应的润滑油增量或减量控制信号到泵油电机,及空气增量或减量控制信号到电子节气门201,起到智能供给油量的作用。
本发明又一实施例提供了一种油气润滑控制方法,包括如下步骤:
S1检测电主轴前轴承102处预设时间内的第一起点温度t1及第一终点温度T1,转入步骤S4;
S2检测电主轴后轴承103处预设时间内的第二起点温度t2及第二终点温度T2,转入步骤S4;
S3检测主轴预设时间内的初始转速v1及实时转速V1,转入步骤S4;
S4分别比较t1与T1、t2与T2及v1与V1的增加或减少趋势,根据趋势信息控制前轴承102或后轴承103处的润滑油及空气流量。
进一步地,在本发明一个较佳的实施例中,步骤S4具体包括:
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1增加,发出增加前轴承102或后轴承103油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1减少,发出减少前轴承102或后轴承103油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1增加,发出增加前轴承102或后轴承103油量、以及减少空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1减少,发出减少前轴承102或后轴承103油量、以及减少空气流量的指令。
具体的:
一、转速变化前后轴承发热量:
初始转速v1时,轴承发热量q1计算公式如下:
Figure BDA0001903211440000101
其中,Fs为当量静载荷,Cs为额定静载荷,Fβ当量动载荷,dm为轴承(前轴承或后轴承)的中径,v1为主轴初始转速,ν0为轴承润滑剂粘度,y、z与f0为常数。
实时转速V1时,轴承发热量Q1计算公式如下:
Figure BDA0001903211440000102
其中,Fs为当量静载荷,Cs为额定静载荷,Fβ当量动载荷,dm为轴承中径,V1为主轴实时转速,ν0为轴承润滑剂粘度,y、z与f0为常数。
二、油气冷却特性分析:
油气管道气流速度与流量关系:
Figure BDA0001903211440000103
其中,V为空气流量,d1为喷嘴的直径。
热对流系数与空气流速关系:
Figure BDA0001903211440000111
其中,ν为空气动力粘度、Cp轴承滚珠比热容、、λ1为轴承滚珠热传导系数,DH为特征尺寸(在此为轴承滚珠直径d2),a、b、c均为常数。Re为雷诺数,Pr为普朗特数。
综合上述两个公式,可知对于外形尺寸一定的轴承,热对流系数与空气流量存在非线性关系即:ha∝Vα
系数α取决于空气、滚珠物理属性及喷嘴/轴承滚珠几何尺寸。
热对流能带走的热量可表示为:
Q=ha·A2·(Ta-T0)
其中,A2为滚珠表面面积,Ta为前轴承或后轴承实时温度,T0为油气温度(可视为初始温度t1或t2)。
理想控制情况下初始转速下发热量与实时转速下发热量之差即为空气流量调节后所能带走的热量:
Q=Q1-q1
综合上述公式,空气流量V与第一终点温度T1或第二终点温度T2满足如下关系:
Figure BDA0001903211440000112
其中,f0、α为常数,ν0为轴承润滑剂粘度,A2为滚珠表面面积、dm为轴承中径;
T0为油气温度,等效为第一起点温度t1或第二起点温度t2;Ta代表第一终点温度T1或第二终点温度T2。
三、油气润滑特性分析
润滑油油量U直接决定轴承滚珠与内外圈接触空间油膜厚度δ的大小,定义δ=i·U,i为常数;
根据弹性流体润滑理论,轴承滚珠与内外圈接触面平均线速度
Figure BDA0001903211440000114
与油膜厚度δ存在关系:
Figure BDA0001903211440000113
轴承滚珠与内外圈接触面平均线速度:
Figure BDA0001903211440000121
u1为滚珠线速度,可通过轴承几何尺寸与物理运动参数得出,u2为电主轴线速度,x为与最小油膜厚度的切向距离。
Figure BDA0001903211440000122
综合以上公式,油量U与主轴转速n存在以下关系:
油量U与主轴转速满足如下关系:
Figure BDA0001903211440000123
其中,
i为常数,η为润滑剂粘度,p油膜压力,x为与最小油膜厚度的切向距离,u1为滚珠线速度;
n代表转速,将初始转速v1与实时转速V1分别替换n代入上述公式,即可求得油量U的增量或减量值。
上述控制中,增加或减少前轴承102油量,即增大或减少第一泵由电机转速;
增加或减少后轴承103油量,即增大或减少第二泵由电机转速;
增加或减少空气流量,即电子节气门201开度增大或减小。
综上所述,本发明实施例提供的电主轴油气润滑装置、控制系统及控制方法,具有如下技术效果:
针对所述主电轴组件的前轴承102及后轴承103分别设置油道,实现前后轴承103油气的分别控制。
分别测定所述前轴承102及所述后轴承103处在预设时间的温度变化,以及所述电主轴组件1在预设时间的转速变化,根据三个因素控制油气的流量,更精确调节油气量;可根据前后轴承103温升、主轴转速变化等工况,对前后轴承103进行有针对性的供油,不同转速下供给合适的油量与空气流量,对轴承进行润滑及降温的同时又避免了油气的环境污染问题。
与传统的电主轴油气润滑系统相比,本申请更加合理有效地利用润滑油,避免过量润滑油气带来的环境污染问题,这对于高质量加工要求的机床(如石墨模具加工机)来说作用是非常明显的。
与其它类型的油润滑系统相比,本申请考虑空气流量的冷却效果、空气/润滑油混合,达到更合理的润滑效果。
由于设置了油量控制机构3,前轴承102与后轴承103在主电轴不同转速下得到有效精准的润滑,主轴转速提升了10%,油气的环境污染量可下降50%。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,也即空调正常安装时对应的方位。仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电主轴油气润滑装置,其特征在于,包括:设置有转速测量元件的电主轴组件(1)、空气调节机构(2)、油量控制机构(3)、混合机构(4)及控制单元(5);
所述电主轴组件(1)上装配有前轴承(102)及后轴承(103),所述前轴承(102)及所述后轴承(103)均设置有温度测定元件;所述电主轴组件(1)上具有通向所述前轴承(102)的第一油道(108)及通向所述后轴承(103)的第二油道(109);
所述电主轴组件(1)、所述油量控制机构(3)及所述混合机构(4)依次连通构成循环回路,所述混合机构(4)分别与所述第一油道(108)及所述第二油道(109)连通;所述混合机构(4)设置有油气混合阀;
所述空气调节机构(2)与所述混合机构(4)连通,所述油量控制机构(3)与所述空气调节机构(2)电连接;所述油量控制机构(3)用于根据测定的温度及转速,控制所述空气调节机构(2)的开度以及通入所述混合机构(4)的润滑油流量;
所述前轴承(102)处设置第一温度传感器(111),所述后轴承(103)处设置第二温度传感器(112);所述电主轴组件(1)具有轴芯(101),所述轴芯(101)上设置有转速传感器(110);
所述第一温度传感器(111)用于检测电主轴前轴承(102)处预设时间内的第一起点温度及第一终点温度,并输出两个温度信号;
所述第二温度传感器(112)用于检测电主轴后轴承(103)处预设时间内的第二起点温度及第二终点温度,并输出两个温度信号;
所述转速传感器(110)用于检测所述轴芯(101)的初始转速及实时转速,并输出两个转速信号;
所述控制单元(5),用于接收第一温度传感器(111)、第二温度传感器(112)及转速传感器(110)的检测信息,并分别比较第一起点温度与第一终点温度、第二起点温度与第二终点温度以及初始转速与实时转速的差值;并根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量。
2.根据权利要求1所述的油气润滑装置,其特征在于,所述前轴承(102)及所述后轴承(103)均装配于所述轴芯(101)上,所述轴芯(101)的外周设置有冷却套(104);
所述冷却套(104)上设置有所述第一油道(108)及所述第二油道(109),所述第一油道(108)具有第一进口(1081)及通向前轴承(102)的第一出口(1082);所述第二油道(109)具有第二进口(1091)及通向后轴承(103)的第二出口。
3.根据权利要求2所述的油气润滑装置,其特征在于,所述第一出口(1082)和/或第二出口处设置有喷嘴(113),所述喷嘴(113)的出口可绕所述第一出口(1082)或第二出口的轴线旋转。
4.根据权利要求1所述的油气润滑装置,其特征在于,所述空气调节机构(2)包括电子节气门(201),所述电子节气门(201)与所述混合机构(4)连接;所述油量控制机构(3)通过控制所述电子节气门(201)的开度,控制通向所述混合机构(4)的空气流量。
5.根据权利要求4所述的油气润滑装置,其特征在于,所述电子节气门(201)与所述混合机构(4)之间设置有空气流量计及空气压力表(202)。
6.根据权利要求4所述的油气润滑装置,其特征在于,所述电子节气门(201)连接有空气源(203),且所述空气源(203)与所述电子节气门(201)之间设置有空气干燥机(204)。
7.根据权利要求1所述的油气润滑装置,其特征在于,所述油量控制机构(3)包括控制器、第一泵油电机(301)及第二泵油电机(302),
所述空气调节机构(2)、油气混合阀、所述第一泵油电机(301)及所述第二泵油电机(302)均与所述控制器连接;
所述第一泵油电机(301)用于将润滑油通过所述混合机构(4)传输至所述第一油道(108);所述第二泵油电机(302)用于将润滑油通过所述混合机构(4)传输至第二油道(109);
所述第一泵油电机(301)与所述混合机构(4)之间设置有第一流量计及第一压力表(303);所述第二泵油电机(302)与所述混合机构(4)之间设置有第二流量计及第二压力表(304)。
8.一种油气润滑控制系统,其特征在于,包括:
第一检测单元,用于检测电主轴前轴承(102)处预设时间内的第一起点温度及第一终点温度,并输出两个温度信号;
第二检测单元,用于检测电主轴后轴承(103)处预设时间内的第二起点温度及第二终点温度,并输出两个温度信号;
第三检测单元,用于检测轴芯的初始转速及实时转速,并输出两个转速信号;
控制单元(5),用于接收第一检测单元、第二检测单元及第三检测单元的检测信息,并分别比较第一起点温度与第一终点温度、第二起点温度与第二终点温度以及初始转速与实时转速的差值;并根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量。
9.根据权利要求8所述的控制系统,其特征在于,控制单元根据三个差值信息控制润滑油的流量及空气的流量具体包括:
若第一终点温度较第一起点温度增加或减少,发布增加或减少前轴承(102)油量的指令;
若第二终点温度较第二起点温度增加或减少,发布增加或减少后轴承(103)油量的指令;
若实时转速较初始转速增加或减少,发布增加或减少空气流量的指令。
10.一种油气润滑控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1检测电主轴前轴承(102)处预设时间内的第一起点温度t1及第一终点温度T1,转入步骤S4;
S2检测电主轴后轴承(103)处预设时间内的第二起点温度t2及第二终点温度T2,转入步骤S4;
S3检测轴芯预设时间内的初始转速v1及实时转速V1,转入步骤S4;
S4分别比较t1与T1、t2与T2及v1与V1的增加或减少趋势,根据趋势信息控制前轴承(102)或后轴承(103)处的润滑油及空气流量。
11.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于,步骤S4具体包括:
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1增加,发出增加前轴承(102)或后轴承(103)油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1增加或T2较t2增加,且V1较v1减少,发出减少前轴承(102)或后轴承(103)油量、以及增加空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1增加,发出增加前轴承(102)或后轴承(103)油量、以及减少空气流量的指令;
若T1较t1减少或T2较t2减少,且V1较v1减少,发出减少前轴承(102)或后轴承(103)油量、以及减少空气流量的指令。
12.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于,空气流量V与第一终点温度T1或第二终点温度T2满足如下关系:
Figure FDA0002482556980000041
其中,
f0、α为常数,ν0为轴承润滑剂粘度,A2为滚珠表面面积、dm为轴承中径;
T0为油气温度,等效为第一起点温度t1或第二起点温度t2;Ta代表第一终点温度T1或第二终点温度T2。
13.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于,油量U与主轴转速满足如下关系:
Figure FDA0002482556980000042
其中,
i为常数,η为润滑剂粘度,p油膜压力,x为与最小油膜厚度的切向距离,u1为滚珠线速度;
n代表转速,将初始转速v1与实时转速V1分别替换n代入上述公式,即可求得油量U的增量或减量值。
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