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高速电主轴轴承受力及润滑特点

来源:本站 时间:2012-6-15 9:07:52
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电主轴是将主轴电机内装,实现主轴和电机一体化的功能,又称内装式主轴。超高速电主轴电机置于主轴内部,电机定子的外部有循环水腔进行冷却,主轴的前、后支承均为角接触球轴承,以承受相应的径向和轴向工作载荷,轴承采用油气润滑,前后轴承油路分开。为了消除轴承内部的游隙并获得一定的支承刚度,安装时对轴承施加了一定的轴向载荷,简称预载荷Pr。超高速电主轴常用弹性预载荷,电主轴轴承的预载荷是依靠轴向螺旋弹簧向前推动后轴承外圈而实现的,由于在工作过程中轴承预载荷的值基本保持不变,故又称定量预载荷。
电主轴的超高速情况下工作时由于结构上的特点及轴承内部球滚动体受高速离心力和陀螺力矩等高速惯性力的作用,超高速电主轴轴承的润滑具有以下主要特点:
(1)球滚动体与套圈滚道之间的接触为赫兹空间点接触,由于球滚动体离心力的作用,外圈滚道上的接触载荷和接触应力往往很大,会产生较大的接触变形。
(2)球滚动体与轴承内、外圈滚道之间的相对运动速度很大,不仅有滚动,而且还存在较大的滑动成分,转速越高,滑动越严重。高速时油膜厚度增加,油膜的拖动速度加大,导致阻尼和拖动力增大。
(3)角接触球轴承在高速运行过程中,球滚动体除了沿套圈滚道方向的滚动和滑动之外,在绕内、外圈滚道接触点发现的方向还存在自旋运动,即绕接触点中心的旋转滑动,使接触区易产生湍流润滑和使润滑油膜呈现紊流现象,在发热量增加的同时,弹流润滑油膜的形成和状态也比较复杂。
(4)轴承内部弹流油膜的高速拖动和多余润滑油在轴承内部的高速搅动,所消耗的能量会产生大量的热量,使轴承温度迅速升高、润滑油的粘度降低,导致润滑条件恶化。
(5)球滚动体、保持器等高速运转的零件,在轴承内部及附近部位形成了一个高压区和高压气幕,外部润滑油难以进入轴承内部。
(6)由于高速离心力的作用,润滑油易集中于外圈滚道内形成润滑油过量现象,而内圈滚道易因贫油而出现欠润滑状态。
(7)由于电主轴的电机内装式结构,工作时电机定、转子因电、磁原因而产生大量的热量,工作温度很高,热量会直接传至轴承部位,对轴承的散热和降低温度不利。
(8)目前,超高速电主轴一般采用PWM三相变频调速系统驱动,但由于PWM变频调速时易存在三相电压不对称平衡而产生共模电压,同时,高频电机本身也会产生感应电势,在电主轴的外壳和转轴之间形成电位差,由于弹流油膜的绝缘作用,从而形成一个大电容,在轴承内部球滚动体与内、外套圈滚道之间出现充、放电现象,放电过程中因油膜被击穿和破坏而导致润滑失效,易发生损坏轴承的故障。

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