CN116336083A - 一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承、直接微量供脂润滑系统 - Google Patents
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Abstract
一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承、直接微量供脂润滑系统，轴承在高速或/和高加减速运转时，润滑脂能被持续、微量地直接供至轴承滚道，同现行技术轴承一次加脂或从轴承侧面间隔供脂相比，即避免了供脂过量，又避免了供脂间隔过长以及由此引起的贫油润滑问题，并因此避免了润滑脂过供和欠供引发的温升过高、磨损过大、振动噪声升高、抱死等一系列问题和风险；同现行技术油气润滑或油雾润滑相比，也具有系统简单、低碳环保等优势，在降低轴承润滑成本的前提下，极大地提高了轴承高速或/和高加减速运行的平稳性、可靠度和寿命，具有非常重要的工程实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及特种滚动轴承及润滑技术领域，特别涉及一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承及直接微量供脂润滑系统。
背景技术
随着主机功率和效率的提升，轴承的转速越来越高，如精密机床主轴轴承，光伏硅片切割设备(简称切片机)主轴轴承等，轴承绝大部分都在60万以上的速度因子(轴承中心圆直径(mm)×内圈转速(r/mi n))下工作，而另一方面，对环保、节能减排、机床制造成本等要求的提高，要求高速超高速轴承越来越多地从油雾润滑、油气润滑向油脂(又称润滑脂)润滑转变。这就是说，越来越多的高速超高速设备主轴轴承正在采用或即将采用脂润滑方式。
现行技术采用脂润滑时，一是轴承设计制造为带密封件的脂润滑密封轴承，轴承在安装后使用过程中，不再补给润滑脂；二是轴承设计制造为开式轴承，轴承初次安装使用时加填润滑脂，使用过程中，通过现行技术油嘴和油枪，不定期从轴承的侧面补给润滑脂。由于轴承在高速运转时，滚动体和保持架的公转速度也很高并因此具有很强的离心效应和刮油、甩油及屏障油效应，第一种密封脂润滑轴承，很容易导致轴承乏油润滑，并因此导致温升和振动噪声的升高；第二种侧面补给润滑脂，补给量少时，到达不了需要润滑的轴承工作表面，补给量过大时，导致对高速运动的滚动体和保持架的干扰而且导致轴承功耗加大，温升增高。精度是高速运转设备主轴的首要技术指标，而温升增高会直接导致主轴精度的下降乃至丧失，这是不能允许的。现实情况是，在满足所控主轴温升或精度的前提下，脂润滑轴承的精度寿命太短，常常导致，轴承远未发生疲劳剥落，但不得不因为异常温升和噪声等原因而被换下，替换轴承导致的停机和购置新轴承对主机用户来说意味着时间、效率和成本的极大损失。
追根求源，就是现行技术对高速轴承在采用脂润滑时的润滑机理认识不够充分、深入。当前，需要对高速轴承脂润滑的润滑机理进行深入分析，并据此设计开发新的高速轴承、新的润滑方法以及新的润滑系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，为本发明的另一目的向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统和方法提供所必须的轴承，利用本发明所提供的轴承和润滑系统、方法，能够克服现行技术高速轴承以及现行技术脂润滑系统、方法所存在的欠润滑、过润滑、轴承温升过高、振动噪声异常增大、轴承非疲劳剥落早期失效等一系列问题，从而提高高速主轴和机床设备运行的平稳性、可靠度和寿命。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将各滚动体沿圆周方向均匀隔开的保持架，其特征是，外圈滚道上沿径向开设2到12个直径为1～3毫米的用以方便润滑脂直达轴承接触摩擦副的润滑小孔，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向分布，该些润滑小孔的各自通孔分别与所述滚道相通，且设置在所述滚动体和所述滚道的远离接触点区域，该些润滑小孔、所述远离接触点区域和所述接触摩擦副形成微量润滑脂直达和/或持续到达的润滑脂供给通道。
较佳地，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向均匀分布。
所述的高速轴承，轴承为高速球轴承，包括高速角接触球轴承、高速三点接触或四点接触球轴承和高速深沟球轴承，对高速角接触球轴承外圈单一圆弧沟道，润滑小孔开设在接触角覆盖区域之外沟道面上，当外圈沟道不带锁口或虽带锁口但接触角大于15度时，开设在同滚珠非接触受力一侧沟道，当外圈带锁口且接触角小于等于15度时，开设在同滚珠非接触受力一侧沟道或另一侧沟道(接触角覆盖区域之外的部分)；对高速三点接触或四点接触球轴承外圈桃形或椭圆弧沟道，润滑小孔开设在沟道正中；对高速三点接触或深沟球轴承外圈单一圆弧沟道，润滑小孔开设在同滚珠非接触受力一侧沟道。
较佳地，所述的高速轴承，轴承为双列或多列结构时，轴承外圈每列滚道上均开设如权利要求1和2所述的润滑小孔。
较佳地，所述的高速轴承在润滑小孔分布的圆周位置，开设宽度为2～6毫米但大于润滑小孔直径的润滑油槽，该油槽开设在轴承外圈外圆上或与轴承外圆相配合的轴承壳室内圆上。
较佳地，所述的高速轴承，轴承外圈上最左侧润滑小孔的左侧和最右侧润滑小孔的右侧，沿套圈圆周方向开设可安装O型圈的环槽。
较佳地，小孔通过电火花、激光打孔和钻削加工制作。
一种向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，采用所述外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，并在与轴承外圈相配合的轴承壳体上加工比润滑小孔大的过脂孔，定量润滑装置或系统中的润滑脂，通过润滑系统中的泵芯、润滑软管、过脂孔、润滑油槽、润滑小孔，直接持续、微量供至轴承外圈滚道，每个润滑通道单次供脂量0.01～0.50立方厘米，被分布在同一截面上的各润滑小孔均分。
所述向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，所述润滑软管内已预充满与定量润滑装置或系统内相同的润滑脂。
上述外圈滚道包括沟形滚道(又称沟道)和线性滚道，分别对应滚珠轴承和滚子轴承，高速滚珠轴承包括角接触球轴承、三点或四点接触球轴承、深沟球轴承等，高速滚子轴承包括圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承(又称调心滚子轴承)，所有这些轴承，都包括单列、双列和多列结构，也包括实际应用时组配而成的双联或多联结构。当然，由于本发明关乎高速、超高速或/和高加减速、超高加减速轴承，因此，实际应用中，单列和双列精密角接触球轴承最为常见。
外圈上先开设润滑油槽，再在润滑油槽内沿套圈径向开始润滑小孔，润滑小孔数量2～12个，外圈直径越大、轴承转速越高，开设的润滑小孔数量就应该越多。小孔中心线应平行于外圈端面，小孔穿透外圈滚道。
因为三点接触球轴承外圈有滚珠同其沟道有单点接触(此时滚珠同内圈沟道两点接触)和两点接触(此时滚珠同内圈沟道单点接触)两种方式，单点接触外圈，外圈沟道为单一圆弧形，润滑小孔开设在同滚珠非接触受力一侧沟道；两点接触外圈，外圈沟道为桃形或椭圆弧形，润滑小孔开设在沟道正中即滚珠同沟道的两个接触点中间位置。
润滑油槽和润滑小孔的开设不是按照轴承的套数来说的，而是按照轴承外圈滚道的列数来说的，对一套轴承，如果有N列滚道，N列滚道上都要开设润滑小孔。
由于轴承外圆面同轴承壳体内圆面之间的配合一般不是过盈配合，为防止润滑脂尤其是润滑脂中的基础油沿两者配合面流出，污染在制品和其它机械、电子及光学元件，需要在轴承外圆面上或与外圆面相配的轴承壳室的内圆面上，加工O型圈环槽，放置O型圈，对一套轴承，单列滚道时，O型环槽加工在油槽的左侧和右侧，双列和多列滚道时，仅需在最左侧油槽的左侧和最右侧油槽的右侧，加工O型圈环槽。
润滑小孔，当孔径在1.5以内时，钻削加工可能困难，可采用电火花或激光打孔；对磨削、超精过的成品外圈，只能采用电火花或激光打孔方法加工润滑小孔。
向高速轴承滚道直接微量供脂时，每个润滑通道单次供脂量0.01～0.5立方厘米，具体根据轴承型号、油脂特性、运行温度、速度、载荷等工况特性，采用专业软件或程式，计算获得再润滑间隔时间和单个加脂周期加脂总量，将单个加脂周期加脂总量设定为N次泵送完成，就得到单次泵送的润滑剂量，该润滑剂量除以润滑孔个数，就得到该列滚道上单个润滑孔在润滑系统单次泵送中向外圈滚道的供脂量，可以看出这是一个微小量。
向高速轴承滚道直接微量供脂时，由于润滑系统或装置内的润滑脂每次的泵出量较少，因此，所用润滑管内，甚至是轴承科室的过脂孔内全部预充满所需润滑脂。
当主轴上所有轴承的类型或型号规格不尽相同时，应根据每套轴承型号分别计算其单个润滑通道的单次供脂量，当轴承类型或尺寸规格不同时，各通道单次供脂量也很可能不同，最终由润滑系统通过自身或外在分配器得以实现。
附图说明
图1A、图1B和图1C分别为高速单列角接触球轴承、三点或四点接触球轴承和深沟球轴承外圈沟道润滑油槽、润滑小孔、O型圈槽示意图；
图2A为外圈沟道带润滑小孔高速双列角接触球轴承及其与壳体安装后润滑脂流向示意图,图2B为图2A润滑小孔所在轴承外圈和轴承壳室横截面图；
图3外圈沟道带润滑小孔高速角接触球轴承配对使用及直接微量供脂润滑系统和方法示意图。
具体实施方式
首先，本申请人介绍申请文件的整个思路创新的过程。
图1中，图1A、图1B和图1C分别为高速单列角接触球轴承、三点或四点接触球轴承和深沟球轴承外圈沟道润滑油槽、润滑小孔、O型圈槽示意图，11A、11B和11C分别为轴承外圈，12A、12B和12C分别为与11A、11B和11C外圈沟道相接触的滚珠，Ob为滚珠中心，Oe、Oe1和Oe2为沟道圆弧中心，P、P1和P2为滚珠和沟道的接触点，α为接触角。直径
为润滑小孔直径，B为润滑油槽宽度，T为润滑油槽深度。尽管图中只显示一个润滑小孔，但实际上，在所显示润滑小孔所在的套圈横截面上，润滑小孔数量为2～12个，在同一横截面上沿圆周方向均布。外圈沟道接触角覆盖区域为图1中所标α接触角两边线所夹的沟道区域。
图2中，图2A为外圈沟道带润滑小孔高速双列角接触球轴承及其与壳体安装后润滑脂流向示意图，图中，21为外圈，22为内圈，23为滚珠，24为轴承安装壳体，25为O型圈，26为轴承安装壳体上过脂孔堵块，L1和L2表示两路润滑脂通道。P1和P2分别为滚珠同外圈左列沟道和右列沟道的接触点，α为接触角，
为润滑小孔直径，/>
为轴承壳室上过脂孔直径，润滑油槽开设在轴承壳室内圆面上，B为其宽度，T为其深度。可以看出，该轴承虽然有两列沟道，两列油孔，但也只需要两个O型圈，一个分布在左列润滑小孔或油槽的左侧，另一个分布在右列润滑小孔或油槽的右侧。图2B为图2A润滑小孔所在轴承外圈和轴承壳室横截面图，图中，S1为外圈沟道截面圆环；S2为外圈外圆面/壳室内圆面截面圆环；S3为壳室油槽截面圆环；S4为壳室外表面截面圆环。/>
为润滑小孔直径；/>
为壳室上过脂孔直径；T为壳室上油槽深度；/>
为轴承外圆/壳室内圆直径；/>
为壳室外圆直径。
上述图1和图2中，
B＝2～6mm，T≥1mm，/>
当B小于4时，油槽不开设或仅开设在外圈外圆面上；当B大于4时，开设在外圈外圆面或壳体孔内圆面上。
本申请人针对高速主轴轴承润滑系统和方法和结构进行了调研和深度思考，才发明了本专利。本申请人把整个的开发思路进行描述。
高速旋转的主轴，包括电主轴和机械主轴，润滑方式和润滑剂的选择至关重要，对主轴的温升、振动噪声和寿命可以说具有决定性的作用。
润滑剂选择方面，分为润滑油和润滑脂，当采用润滑油为润滑剂时，务必要对润滑油进行雾化或汽化，因此又俗称油雾润滑或油汽润滑，这两种润滑方式都需要气体，而且是经过过滤的气体，油雾润滑或油汽润滑存在下面一系列问题：
(1)持续需要经过过滤的压缩空气，导致主轴或机床运行成本升高；
(2)一旦忘记供气，只向轴承供了未经雾化或汽化的油，那将导致轴承温升突然升高，使主轴丧失精度；
(3)如果油雾润滑装置或油汽润滑装置出现失灵，那怕时间不长，主轴和轴承也会出现温度急剧升高甚至抱死的情况；
(4)油雾和油汽润滑轴承后，最终要排出轴承，进入环境，这不仅污染了环境，还对车间工作人员的健康不利。因此，对清洁度要求较高的环境，不会允许机床采用油雾和油汽润滑；
(5)采用油雾和油汽润滑，给主轴的密封带来了很大的挑战，导致主轴密封成本增高。
由于以上原因，再加上润滑脂性能的显著提升，高速主轴轴承采用润滑脂润滑的比例逐年上升，但现行技术高速主轴轴承脂润滑也存在诸多问题，下面分采用闭式密封轴承和开式轴承分别说明其问题。
现行技术脂润滑闭式密封轴承润滑系统和方法存在如下问题：
(1)密封轴承内部一次性填充润滑脂，由于填充量与轴承的转速成反比，因此，高速超高速密封轴承内部填充的润滑脂量较少，一般只有轴承内部自由空间的15～30％；
(2)使用过程中没法向轴承补给润滑脂，而初始填充润滑脂的绝大部分在轴承高速运转时由于滚动体和保持架组件的离心效应和刮脂、甩脂效应，真正能黏附、停留在滚动体表面和滚道表面的润滑脂很少；
(3)由(1)和(2)不难看出，只有很少的润滑脂才真正起到润滑作用，轴承工作表面贫油润滑以及轴承润滑寿命不足几乎是必然的事情，乏油润滑直接导致主轴温升过高，主轴静精度下降，润滑寿命不足，进而导致需要拆解主轴更换轴承。
可以看出，现行技术脂润滑闭式密封轴承中的高速接触摩擦副存在“挨饿”的情况。
现行技术脂润滑开式轴承再加注润滑脂润滑系统和方法存在如下问题：
(1)轴承开式无脂状态交货，主轴或设备制造企业进行初次润滑脂加注，初次加注润滑脂的量和涂抹位置往往得不到合理精确的控制，而且很容易造成润滑脂的污染；
(2)轴承套圈挡边上开设润滑孔，通过注脂枪人为不定期加脂，润滑脂通过挡边润滑孔从轴承侧面进入轴承内腔；或轴承套圈上根本就不开设润滑孔，通过注脂枪人为不定期加脂，润滑脂通过轴承侧面进入轴承内腔。通过注脂枪加注，存在人为因素，忘记加注、加注次数过频或过疏、加注量过多或过少问题，在主观和客观上都存在风险。当然，最常见的还是，加注间隔偏长，单次加注的量过大问题；
(3)轴承高速旋转时，滚动体和保持架组件一起高速公转，对外界物质从侧面进入其中存在屏障效应，如(2)所述两种补脂方式恰恰都要从侧面方向，这就意味着，所补润滑脂的大部分都无法突破屏障进入轴承所需润滑的部位，而会被排斥到其它部位，这反过来导致要增大加注量，从而造成进一步的浪费，另外过多的润滑脂如何外排也是一个问题；
(4)如上补充润滑脂从侧面进入轴承摩擦接触区，突破屏障区的过程也是对高速公转的滚动体和保持架组件运动干扰的过程，因此，加注过程中以及加注后的一段时间内轴承会出现振动噪音以及温升增高的现象，所以，一般需要停机加注。
可以看出，现行技术脂润滑开式轴承再加注润滑脂中的高速接触摩擦副存在“少餐多吃，过饥过饱”的问题，而且“过饥”时引发的轴承工作表面损伤是不可逆的，不会通过“过饱”来治愈。
对高速旋转轴承的接触摩擦副润滑脂供给，“挨饿”、“少餐多吃、过饥过饱”都会导致轴承工作表面磨损、轴承运转精度下降、温升升高等，从而引起主轴精度下降或丧失、机床振动噪音增大的轴承早期失效现象。
经过总结思考，给高速旋转轴承的接触摩擦副供脂，“少吃多餐、视情供给”的思路随之产生，进而产生“直接、微量、规范、持续”的技术方案，于是提出本发明，外圈滚道带润滑小孔的高速轴承和高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，本发明的提出是发明人对高速轴承接触摩擦副润滑长期观察、思考和工程实践的结果。
最重要的是，现有技术的技术人员普通的认知是滚道内不能开设通孔，会影响轴承滚动接触的性能。之所以不打在滚道上，本领域普通的技术人员大体有两个方面的技术思考障碍(1)没有意识到向滚道直接、持续、微量润滑的重要意义，尤其是对轴承高速、高加减速、竖立轴安装、振动冲击环境等苛刻工况对轴承润滑带来的极大挑战，没有意识到高速运转微量润滑的必要性以及高速运转滚动体和保持架组件对从其侧面供脂的屏障效应；(2)没有认识到轴承滚道面实际是有区域分工的，有与滚动体相接触的接触摩擦区域，也有与滚动体绝无可能接触的远离接触点区域，本申请润滑小孔正是以受控尺寸(1～3毫米)开设在轴承外圈滚道远离接触点区域，对轴承实际工作表面不会带来任何伤害。
本发明提供了一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将各滚动体沿圆周方向均匀隔开的保持架，外圈滚道上沿径向开设2到12个直径为1～3毫米的用以方便润滑脂直达轴承接触摩擦副的润滑小孔，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向分布，该些润滑小孔的各自通孔分别与所述滚道相通，且设置在所述滚动体和所述滚道的远离接触点区域，该些润滑小孔、所述远离接触点区域和所述接触摩擦副形成微量润滑脂直达和/或持续到达的润滑脂供给通道。
在本发明中，滚道分为接触点区域与远离接触点区域，接触点区域主要是指在所述滚动体和所述滚道在轴承运动时接触的区域，与滚动体绝无可能接触的远离接触点区域。我司对微量润滑的定义微小量直达和/或持续到达远离接触点区域的润滑脂量。比如，每个润滑通道单次供脂量0.01～0.50立方厘米，被分布在同一截面上的各润滑小孔均分。
最佳地，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向均匀分布。
其中，润滑小孔直径
设计为1～3mm之间，选择在1mm以上(含1mm)，是要保证润滑脂的流动性，使润滑脂能够不产生分油地通过此孔；选择在3mm(含3mm)以下，是确保小孔在滚道上不进入滚动体和滚道实际以及可能的接触区域，具体根据轴承尺寸规格选取，一般是轴承尺寸越大，小孔直径也越大。
本发明克服了现行高速主轴轴承及其供脂方式的全部缺点，具体如下：
(1)轴承外圈滚道带润滑小孔，润滑脂全部直达轴承的接触摩擦副，避免了现行技术轴承和润滑脂加注方式导致的“隔靴搔痒”问题和润滑脂过度浪费问题；
(2)轴承外圈滚道带润滑小孔，润滑脂微量、但持续地直接递送至高速运行的接触摩擦副，微量但持续，即避免了润滑剂过量时的轴承温升问题，又避免了不足或没有时的接触摩擦副磨损问题；
(3)轴承外圈滚道带润滑小孔，润滑脂微量但持续的供给，对高速立式安装主轴(如立式加工中心)更具有优势，因为这种安装方式，润滑脂很容易被排挤到滚动体和保持架组件的下方，导致轴承零件工作表面更容易缺脂，微量频繁直达滚动体—滚道接触区附近的加注，应该是唯一的理想解决方案；
(4)轴承外圈滚道带润滑小孔，润滑脂微量但持续的供给，对高速超高速主轴、高超加减速主轴(包括急变向和急变速，如光伏切片机主轴)、高超振动冲击主轴更具有优势，因为，这时，滚动体—滚道接触区及其周围更难黏附润滑剂，微量频繁直达滚动体—滚道接触区附近的加注，应该是唯一的理想解决方案；
(5)润滑脂再加注由定量润滑装置或系统代替加脂枪，避免了人为不确定因素。每次泵送量及泵送频次根据轴承运行工况进行计算决定，然后设定，做到了“按需分配”；
(6)润滑脂从润滑系统所在的润滑脂袋内到输送至轴承滚道，整个路径和过程是全封闭式的，彻底避免错加或加错润滑脂，也彻底避免了润滑脂的污染，而这对高速精密轴承的运行至关重要；
(7)因为上述优点，使得本发明高速运转轴承温升低、振动噪声低、服役寿命长，进而保证了高速运转主轴和主机的工作精度、可靠度和寿命。
另，结合附图，具体举实例来说明。
实施例一
实施例一、外圈沟道带润滑小孔的高速双列角接触球轴承及向其沟道直接微量供脂润滑方法，图2为其示意图。图中，21为高速双列角接触球轴承的外圈，22为内圈，23为滚珠，将滚珠沿圆周方向均匀分隔的保持架省略未画，24为轴承安装壳体，25为O型圈，26为轴承安装壳体上过脂孔堵块，L1和L2表示两路润滑脂通道。P1和P2分别为滚珠同外圈左列沟道和右列沟道的接触点，α为接触角，
为润滑小孔直径，/>
为轴承壳室上过脂孔直径，润滑油槽开设在轴承壳室内圆面上，B为其宽度，T为其深度。该轴承虽然有两列沟道，两列油孔，但也只需要两个O型圈，一个分布在左列润滑小孔或油槽的左侧，另一个分布在右列润滑小孔或油槽的右侧。
该高速双列角接触球轴承外圈上具有两列沟道，每个沟道上在接触角覆盖区域之外(本实例选择滚珠同沟道非接触受力一侧沟道)的同一横截面上，沿圆周方向等间隔开设4个直径为
的润滑小孔，在润滑小孔所在横截面的两侧，在外圈外圆面上开设O型圈槽。为将润滑脂通过润滑小孔输送至外圈沟道，在轴承壳室上与润滑小孔所在横截面对应位置开设两个直径为/>
过脂孔和宽度为B、深度为T的润滑油槽，各参数值(单位：mm)设计制造如下：
润滑小孔列数：2；润滑小孔每列个数：4；
B＝6；T＝1.5。
L1通道新鲜润滑脂，通过轴承壳室上左侧的过脂孔流入润滑油槽，然后通过4个润滑小孔直接进入轴承外圈左侧沟道，通过左侧滚珠，将润滑脂带入内圈左侧沟道，使左侧外圈沟道—滚珠高速接触摩擦副和滚珠—内圈沟道高速接触摩擦副都有所需的润滑脂进行润滑。
同理，L2通道新鲜润滑脂，通过轴承壳室上右侧的过脂孔流入润滑油槽，然后通过4个润滑小孔直接进入轴承外圈右侧沟道，通过右侧滚珠，将润滑脂带入内圈右侧沟道，使右侧外圈沟道—滚珠高速接触摩擦副和滚珠—内圈沟道高速接触摩擦副都有所需的润滑脂进行润滑。
放置O型圈，防止润滑脂或润滑脂分离出来的基础油沿轴承外圆面和轴承壳室内圆面之间的配合间隙渗出外圈端面，造成污染和润滑剂的流失等问题。
润滑通道内的润滑脂来自润滑系统，通过设置，使两个润滑通道单次泵送量为0.1cm3，即每次泵送，通过单个润滑小孔供至沟道的润滑脂仅为0.025cm3(＝0.1/4cm3)，属于典型的微量润滑。泵送频次(即泵送间隔)、每个泵送周期的泵送量依据轴承型号、轴承运行工况和运行环境、润滑脂型号等采用专业软件或程式计算确定。
该实施例就轴承本身而言，就是外圈与现行技术不同，主要是设置了润滑小孔，开设了O型圈槽并放置了O型圈；就轴承壳室而言，与现行技术的区别就在于开设了润滑脂流道和过脂孔。但与现行技术的这些区别，使得轴承在工作时，向轴承接触摩擦表面直接持续微量供脂成为可能，从而避免了高速运行轴承因润滑不良或失效引起的一系列重大轴承、主轴和机床问题。
在本发明所述轴承外圈制造好之后，与内圈、滚珠、保持架一起合套装配成本发明所述轴承，其合套、装配过程与现行技术并无区别；除了开设润滑脂流道和过脂孔外，本发明所述轴承壳室的制造以及与轴承的安装过程，与现行技术也无区别。
实施例二
实施例二、外圈沟道带润滑小孔高速角接触球轴承7224配对使用及直接微量供脂润滑系统。图3为示意图。图3为外圈沟道带润滑小孔高速角接触球轴承配对使用及直接微量供脂润滑系统和方法示意图。图中，31为定量润滑系统，32为预充脂润滑软管，33为背对背配对使用的高速角接触球轴承，34为高速轴承润滑脂，311为润滑脂袋，312为润滑脂桶，313为弹簧，314为机电控制底座，315为泵芯。使用时两对轴承分别安装在主轴的左侧和右侧。
一种向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，采用上述外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，并在与轴承外圈相配合的轴承壳体上加工比润滑小孔大的过脂孔，定量润滑装置或系统中的润滑脂，通过泵芯、润滑软管、过脂孔、润滑油槽、润滑小孔，所述远离接触点区域和所述接触摩擦副形成微量润滑脂直达和/或持续到达的润滑脂供给通道，以实现直接和/或持续微量供至轴承外圈滚道，每个润滑脂供给通道单次供脂量0.01～0.50立方厘米，被分布在同一截面上的各润滑小孔分配。
实施例轴承为高速角接触球轴承7224，这样的轴承共有4套，成对安装使用，一对安装在主轴的左侧，另一对安装在主轴的右侧。每套轴承在外圈沟道上与滚珠非接触区域所在横截面上开设润滑小孔，在外圈外圆表面开设润滑油槽，并在润滑油槽的左右两侧开设O型圈槽，放置O型圈，如图3所示，除此之外，同现行技术轴承7224。相应地，需要在与轴承相配的壳体上开设如图2所示的过脂孔，但因壳体不是本实施例所要突出的重点，图3将其省略未画出，但除开设过脂孔外，同现行技术壳体。润滑系统是有四个输出通道(即可提供四个润滑点)的定量润滑装置，具体的量根据人工计算结果进行设定，轴承内加注初装脂，润滑管道内预充满润滑脂，润滑脂袋内、润滑管道内、轴承内预充、预装的润滑脂为同种润滑脂，本润滑系统为精确定量、可微小量泵送的程控润滑系统。
各参数值(单位：mm)设计制造如下：
一根主轴由4套轴承支撑；轴承型号7224(外径、内径和宽度分别为215mm，120mm和40mm，轴承内部自由空间220.32立方厘米)；每2套轴承背对背配对安装；每套轴承上润滑小孔列数：1；每列润滑小孔个数：6；润滑小孔直径
润滑油槽宽度B＝6；润滑油槽深度T＝1.5。
轴承运行工况如下：
最高运行温度55度，内圈旋转最高转速4000r/min(轴承速度因子67万)，所受外部载荷约为额定动载荷的7％，轴承有频繁的正反转、加减速。
润滑脂型号如下：
德国劳博抗(LUBCON)全合成高速润滑脂Turmogrease Highspeed L252，该油脂密度0.94克/立方厘米。
结合以上参数，每套轴承润滑脂初始加注量按照内部自由空间的30％，即每套轴承在安装前或安装后运行前，往其内部初始注脂66.10立方厘米或62.13克所述润滑脂。
经摩擦润滑专业软件或计算器计算，上述条件下的润滑脂90％可靠度下的润滑寿命L10＝501小时，再润滑间隔通常为润滑寿命的1/3，因此，再润滑间隔为167小时(设备每天运行8小时的话，再润滑间隔大概为21天)；每次再润滑加注量为18.92立方厘米或17.78克。现行技术下，针对这个计算结果，是每隔21天，用润滑脂枪向润滑油嘴内一次加注17.78克(这些脂从轴承侧面流向轴承)，针对高速旋转(轴承速度因子已达67万)、且有频繁正反转和急加减速的轴承来说，显然，21天太长了，而一次性加注17.78克又太多了，属于典型的少餐多吃，对轴承是很不健康的。本发明微量润滑系统和方法，针对同样的计算结果，将21天缩短5倍，同时将每次再润滑加注量缩小5倍，再润滑间隔变为33.4小时(＝167小时/5)(设备每天运行8小时的话，再润滑间隔大约为4.2天)，每次再润滑加注量变为3.566克(＝17.78克/5)，将3.556克分12次泵送，单次泵送量约为0.3克，单次泵送被6个润滑孔等分后直接进入轴承外圈沟道，即单次泵送通过单个润滑孔向轴承沟道的供脂量仅为0.05克(＝0.3克/6)。不难看出，单次泵送，向轴承内腔的供脂量仅为现行技术的约六十分之一(17.78/0.3＝59.26)，属于典型的微量润滑，而由于本发明润滑脂直接送至外圈沟道，好钢直接用在了刀刃上，因此，这个微量(考虑到多次)又是足够的。
需要说明的是，微量并非只有唯一一种量，像本实施例，将21天缩短6倍，同时将每次再润滑加注量缩小6倍，也是一种可行的方案，如此等等，不一而足，若想获得最佳的微量，需要进行数据的积累、分析和比对，但不管怎么说，此微量和彼微量在润滑效果上不会存在本质的、定性的差异，但和现行技术轴承和润滑方式则会存在本质的、定性的差异。
从这个实施列可以看出，本发明两项主要权利要求，外圈滚道带润滑小孔的高速轴承和向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统和方法，是关联不可分割的，如果外圈滚道不带润滑小孔，润滑剂不能直接供至外圈滚道，而是供至轴承侧面，微量润滑是毫无意义的，那会导致轴承缺脂而烧掉；如果外圈滚道带孔，润滑脂直接供至外圈滚道，而不采用微量润滑，仍沿用现行的润滑剂量，将会因过润滑而导致轴承温升过高，使主轴丧失精度。轴承速度越高、加减速度越高、越频繁正反转，越要更多餐，更少吃。
本发明高速轴承和现行技术高速轴承主要区别对比如下表1所示：
表1
本发明高速轴承润滑系统和方法和现行技术高速轴承润滑系统和方法主要区别对比如下表2所示：
表2
本发明所述高速轴承，是轴承运行速度恶劣导致轴承润滑困难的一种统称，实际不仅仅包括狭义上的高速(即轴承绝对速度高)，也包括广义上的高速即轴承高变速，又称急加减速或高加减速。高加减速又分为由纯粹变速度值引起，纯粹变速度方向引起和由两者同时引起三种情况。例如光伏切片机(又称单晶硅切片机、金刚线切割机、光伏硅片切割设备)主轴轴承，速度也比较高(速度因子达60万甚至更高)，有加减速还有正反转，从狭义看是高速轴承，从广义看更是高速轴承，现因润滑问题，进口轴承一年更换国产轴承半年更换，更换轴承不仅关乎轴承本身成本问题，更关乎停机损失，停机前设备运行精度的损失。本发明所述外圈滚道带润滑小孔的高速轴承以及向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统和方法，其中的高速指的是广义上的高速，本发明轴承和润滑系统和方法，应用于光伏切片机主轴和光伏切片机，定能成倍延长轴承的替换时间，用采用本发明技术的国产轴承能获得比不采用本发明技术的国外轴承成倍长(粗略估计5～10倍)的使用寿命。
广义高速下的关键就是润滑脂很难停留或黏附在轴承摩擦接触表面，因此需要频繁补给，实际上，对竖立安装主轴、高温主轴、电腐蚀存在主轴、振动冲击环境主轴，即便主轴转速并不高，也是要么润滑脂很难黏附停留在摩擦接触区，要么是摩擦接触区的油脂很容易劣化，一样需要频繁补给，本发明轴承和润滑系统和方法依其原理同样适用。
由此不难看出，只要是在球轴承外圈沟道上开设润滑小孔或在滚子轴承外圈滚道或挡边开设润滑小孔的，不管轴承的实际运行工况，都属于本发明所述轴承的保护范围；只要是通过润滑系统向本发明所述轴承持续、微量供脂的，都属于本发明所述润滑系统和方法的保护范围。
现行技术有在外圈开设润滑油槽和油孔的轴承，如带座外球面轴承，但这些油孔是开设在沟道旁边的挡边上，而不是开设在沟道上，当润滑油孔开设在挡边上时，补充润滑脂实质上还是要从轴承侧面进入轴承摩擦接触副，当轴承转速不高时，问题不大，但当轴承转速较高时，由于滚动体和保持架组件高速旋转引起的屏障效应，润滑脂很难从轴承侧面进入轴承摩擦接触副进行润滑补给。
对滚子轴承，滚子不仅与滚道接触，也与挡边接触，从接触的角度讲，可以将套圈滚道和其挡边一起看做广义上的滚道，本发明所述滚道指广义滚道，润滑小孔即可以开设在狭义的外圈滚道面上，也可以开设在广义的滚道面上即外圈挡边上，因外圈滚道挡边所受接触压力较小，因此，开设在挡边上，对轴承的损失较小。但因为滚子与套圈狭义滚道和广义滚道(套圈挡边)都接触，因此，所加注润滑脂都会被带入套圈滚道和滚子高速接触摩擦副进行润滑。
本发明技术由于是微量润滑，微量润滑剂进入轴承外圈滚道时，并不会对高速旋转的轴承零件造成干扰，因此，润滑脂可以不停机加注。现行技术由于是“大量”加注，则必须停机加注，否则，轻则引起噪声和温升，重则损伤轴承和主轴。
现行技术从轴承侧面加注，对单套轴承已经存在滚动体和保持架一起高速公转引起的屏障效应，如果是两套、三套甚至四套轴承配对或串联使用，越靠里侧的轴承润滑剂到达越困难(因要穿过多道屏障)，而本发明润滑小孔是每列/每个外圈滚道都开设的，因此，多少套轴承配对或串联使用，都不受屏障效应的影响，每套轴承都会得到良好的润滑。
本发明适用于润滑脂润滑的双面密封轴承、单面密封轴承和开式轴承(即两面都不带密封圈的轴承)。
本发明也覆盖了采用本发明轴承或/和本发明润滑系统和润滑方法的机械主轴、电主轴、电机、轴系、轴承箱、轴承组等。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将各滚动体沿圆周方向均匀隔开的保持架，其特征是，外圈滚道上沿径向开设2到12个直径为1～3毫米的用以方便润滑脂直达轴承接触摩擦副的润滑小孔，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向分布，该些润滑小孔的各自通孔分别与所述滚道相通，且设置在所述滚道内远离接触点区域，该些润滑小孔、所述远离接触点区域和所述接触摩擦副形成微量润滑脂直达和/或持续到达的润滑脂供给通道。
2.如权利要求1所述的外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，其特征是，该些润滑小孔在外圈同一横截面上沿圆周方向均匀分布。
3.如权利要求1所述的高速轴承，其特征是，轴承为高速角接触球轴承，外圈为单一圆弧沟道，当外圈沟道不带锁口或虽带锁口但接触角大于15度时，所述远离接触点区域为在同滚珠非接触受力一侧沟道；当外圈带锁口且接触角小于等于15度时，所述远离接触点区域为接触角覆盖区域的左侧或右侧沟道。
4.如权利要求1所述的高速轴承，其特征是，轴承为高速球轴承，其包括高速三点接触或四点接触球轴承和高速深沟球轴承，若高速三点接触或四点接触球轴承外圈为桃形或椭圆弧沟道，所述些润滑小孔开设在沟道正中；若高速三点接触或深沟球轴承外圈为单一圆弧沟道，所述远离接触点区域为在同滚珠非接触受力一侧沟道。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的高速轴承，其特征是，轴承为双列或多列结构时，所述润滑小孔开设在轴承外圈每列滚道上。
6.如权利要求1所述的高速轴承，其特征是，在润滑小孔分布的圆周位置，开设宽度为2～6毫米但大于润滑小孔直径的润滑油槽，该油槽开设在轴承外圈外圆上或与轴承外圆相配合的轴承壳室内圆上，所述润滑脂供给通道还包括润滑油槽，润滑脂由该润滑油槽分别进入该些润滑小孔、后微量润滑脂直达和/或持续到达所述远离接触点区域、后至所述接触摩擦副，以形成所述润滑脂供给通道。
7.如权利要求1所述的高速轴承，其特征是，轴承外圈上最左侧润滑小孔的左侧和最右侧润滑小孔的右侧，沿套圈圆周方向开设可安装O型圈的环槽。
8.如权利要求1所述的高速轴承，其特征是，通过电火花、激光打孔和钻削加工制作而成所述些小孔。
9.一种向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，其特征是，采用如权利要求1至8所述外圈滚道带润滑小孔的高速轴承，并在与轴承外圈相配合的轴承壳体上加工比润滑小孔大的过脂孔，定量润滑装置或系统中的润滑脂，通过泵芯、润滑软管、过脂孔、所述润滑脂供给通道，实现直接和/或持续微量供至轴承外圈滚道，每个润滑脂供给通道单次供脂量0.01～0.50立方厘米，被分布在同一截面上的各润滑小孔分配。
10.如权利要求9所述向高速轴承滚道直接微量供脂润滑系统，其特征是，所述润滑软管内已预充满与定量润滑装置或系统内相同的润滑脂。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115087807A (zh) * | 2019-12-16 | 2022-09-20 | 赛峰直升机发动机 | 具有改进的排放结构的三点接触的滚动轴承 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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