摘要：本文首先对高速主轴油气润滑SMOL的设计原理进行了简要阐释；其后，围绕供油、供气等方面，分析了高速主轴油气润滑的结构设计；再后，研究了SMOL高速主轴油气润滑的控制精准、清洁环保、降温能力强等设计优势；最后，从润滑油液选择、喷油装置设计、压缩空气应用三个角度，提出了高速主轴油气润滑系统的设计要点。
关键词：油气润滑系统；主轴轴承；抗磨性能
引言
在高速主轴的实际运行过程中，轴承部件会因高速转动而出现表面温度升高、摩擦系数增大等情况，进而出现形变、磨损等负面问题，对高速主轴的使用寿命和运行质量产生影响。据此，我们有必要对高速主轴的油气润滑系统设计进行讨论，致力于寻找出可有效改善磨损问题的可行润滑措施。
一、高速主轴油气润滑系统SMOL的设计原理
油气润滑的学名为“气液两相流体冷却润滑技术”，是继油脂润滑、油雾润滑后，随着现代工业发展而产生的新一代润滑技术类型。从设计原理上来看，油气润滑技术主要基于压缩空气的压力作用，使油气管道内的压缩空气与润滑油液融合形成气液两相的流体状态，并推动流体以波浪形式向前运动，最终到达机械设备的润滑部位，进而形成具有润滑效果的油膜结构。其后，在油气润滑系统的运行过程中，喷油装置会定时、定量地向油气管道内喷出润滑油液，并在压缩空气的作用下运动至润滑部位，进而形成润滑膜的保护延续。同时，随着压缩空气的气流压力运动，轴承内部的杂质与热量也会一并被吹扫，进而达到冷却、清洁的效果。对此，相关人员可结合高速主轴的具体轴承润滑需求，对喷油装置的喷油量、喷油时间进行个性化调整，以此实现油膜润滑质量高、材料成本投入合理的理想设计状态[1]。
二、高速主轴油气润滑的结构设计
高速主轴油气润滑系统的主体结构设计，应包含供油、供气、油气混合、油气分配四个部分。其中，供油部分主要由油箱、液位计、计时器、电磁阀、微量油泵、溢流阀、过滤装置、压力调节装置等元件组成，其具体的类型、组成应根据高速主轴的实际供油量级决定。同时，为了实现润滑系统的自动响应，还应在油泵部位设置出相应的电子监控装置，以便实现油泵的远程操作与自动启停。通常来讲，油气润滑技术相比传统的油脂润滑、油雾润滑等技术，具有油耗量小的特点。因此，相关人员在设计中可选用排量较小的油泵，但需要保证较高水平的泵油压力及精度；
供气部分的压缩空气由排气管道发出，并通过电磁阀、压力调节装置等元件实现压缩空气流动压力、供给量级的调整。在高速主轴油气润滑系统SMOL的设计应用过程中，相关人员必须要保证压缩空气的干燥清洁，以免对润滑油液的成膜效果产生影响。此外，油气润滑系统运行过程中压缩空气的消耗量级，会受到多种因素影响，如空气压力、空气流速、油气管道内径、油气管道长度、轴承结构、润滑部位密封性能、润滑部位磨损程度等；
油气混合部分主要负责润滑油液与压缩空气的混合。在这部分的设计当中，相关人员应严格控制混合油气的形成质量，并使其均匀布撒在油气管道的内壁上；
油气分配部分是高速主轴油气润滑系统的设计与应用重点。在这一部分当中，相关人员应做好混合油气在每个摩擦副体系中的均匀分配，并保证油气混合装置的油气出口与各轴承润滑部位相对应，以此保证油膜覆盖的最大化。同时，为了进一步提高油气分配的效率和质量，相关人员还应对各轴承润滑部位的具体油耗量级做出控制，其运算公式为 （Q为耗油量/h，D为轴承内径，I为轴承宽度，α为形状修正系数， 为油气管道内径）[2]。
除了油气润滑的主体结构以外，油气管道结构的设计质量也尤为重要。在油气管道的设计当中，相关人员应保证混合油气的顺利排出以及主轴轴承的充分润滑。
三、高速主轴油气润滑系统的技术优势
相比传统中耗油量极大、使用寿命短的油脂润滑技术与油气润滑技术，油气润滑技术具有明显的应用优势与发展前景。具体来讲，高速主轴油气润滑系统的技术优势主要表现在以下几个方面：
一，可实现润滑油气供应量级的精准控制，且喷油装置调节起来相对简单，便于达成理想化的轴承润滑效果；二，具有多出口排放的油气应用能力，可实现高速主轴不同润滑部位的个性化油气输送；三，可实现系统运行状态的电子监控、自动启停与远程调节，对现场人员的需求较小；四，在压缩空气的运动作用下，可形成良好的热量清除机制。这样一来，能有效改善高速主轴的发热问题，进而减缓轴承部件的老化速度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆据有关测试指出，在主轴高速运转的背景下，油气润滑相较于传统油雾润滑，能多降低9至16℃的轴承温度；五，在压缩空气的运动作用下，可形成良好的环境阻隔机制，进而避免油气管道、轴承内部受到外部杂质影响。因此，油气润滑系统满足高速主轴在荷载大、脏污多等恶劣条件下的清洁润滑运行；六，油气润滑系统在实际运行过程中只会向外部环境排出空气，并不会产生污染性的油雾。同时，对于润滑后的油液废料，也保有较强的回收能力。因此，油气润滑系统可实现良好的环保效果，促成高速主轴的绿色化运行[3]。
四、高速主轴油气润滑的设计要点
（一）润滑油液的应用选择
润滑油液选择的合理性，将直接决定了油气润滑系统的功能效果，继而对高速主轴的润滑质量、使用寿命和稳定运行产生影响。从当前来看，一个良好的润滑油液类型，应保有以下几个功能：首先，应具有良好的成膜能力，可实现轴承表面摩擦程度的有效控制，减少轴承运转功率的额外损耗；其次，应具有良好的负荷能力，保证润滑膜的保护强度。这样一来，才能避免摩擦表面的直接接触，降低形变、熔化、磨损等负面情况的发生几率；再次，应具有良好的冷却能力，可实现主轴轴承表面温度的降低；最后，应具有良好的密封能力，可实现外部环境中杂质、水汽、潮气等有害介质的充分隔离，以此降低主轴轴承在长期运行中的腐蚀水平，避免其金属表面发生氧化生锈问题。
此外，从润滑油液材料性能的角度上讲，还应注意以下几点选择要求：第一，应保证润滑油液的粘度在合理区间内。若润滑油液的粘度过高，很可能形成较大的内摩擦系数，进而导致主轴轴承表面温度的提升；若润滑油液的粘度过低，油膜的覆盖性很可能会受到影响，且摩擦阻力水平也相对较低，继而导致润滑效果的明显下滑，造成轴承稳定运行能力的降低。因此，只有保证润滑油液的粘度合理，才能达成油膜厚度、负荷能力、抗磨能力兼具的理想效果；第二，应保证润滑油液的化学稳定性，以便延长润滑油液的贮存时间，避免油液在运输、保存过程中因氧化、变质等问题产生质量影响；第三，应保证润滑油液的材料适应性，做到不腐蚀金属、不溶胀橡胶，以免润滑油液本身对轴承主体、密封部件的运行质量产生损害；第四，应保证润滑油液的纯洁度。在选择润滑油液进行高速主轴油气润滑系统的设计时，相关人员应严格考察润滑油液的成分结构，保证油液透明澄澈，无水分和机械杂质出现。究其原因，主要是水分能导致油液整体的乳化，进而降低油膜的厚度，易出现轴承磨损问题。同时，若油液中含有杂质过多，还有可能造成过滤装置、喷油装置的堵塞，发生断油事故。
（二）喷油装置的科学设计
喷油装置的科学设计，有助于用最少的润滑油液量级达成最佳的轴承润滑效果，进而在保证轴承摩擦损耗降低的同时，实现润滑成本的有效节约。从当前来看，一部分轴承供应商已经开发出了带有专门供油孔的特殊轴承类型，即将润滑油液直接供应到滚动体与轴承外圈的接触点上，进而实现高水平的供油效果。但从另一方面来讲，这一轴承类型的特殊供油优势，势必也会带有较高昂的投入成本。因此，当前大多数主轴厂商在进行轴承类型选择时，仍倾向于采用传统的开式角接触轴承类型。在这一类型轴承的应用当中，相关人员需要对隔环上的喷油装置进行严格设计，从最大程度上保证喷油嘴数量、喷油嘴口径的合理性。在高速主轴油气润滑系统的设计中，推荐将喷嘴口径设置为0.5至1.0毫米，喷嘴数量应秉持每间隔150毫米设置一个的设计原则。
（三）压缩空气的合理应用
作为润滑油液的运行载体与动力源泉，压缩空气的设计也应注重合理性。首先，为了使气液双相流体在油气管道内进行持续性波浪运动，必须要保证压缩空气供应的连续性与稳定性；其次，为了避免油气管道、轴承内部出现杂质污染，应做好压缩空气的过滤设计，具体可在管道与气源的连接处设置过滤网，过滤孔径为10μm；最后，还应结合油气管道的具体长度，合理调整压缩空气的供应压力。通常来讲，对于长度为4米左右的油气管道，压缩空气的供应压力可在0.2至0.3MPa的区间内。
总结
总而言之，相比油雾润滑、油脂润滑等传统润滑技术，油气润滑具有明显的设计与应用优势，保有广阔的发展前景。在实际的润滑系统设计过程中，相关人员必须要做好油液类型、压缩空气的科学应用，并严格控制供油、供气、油气混合等环节的质量水平，以便实现最好的轴承润滑效果。
参考文献：
[1]彭敏.浅谈油气润滑技术在高速主轴中的应用[J].机电信息，2017（12）：107-108.
[2]王维，杨秀俊.高速立式加工中心主轴轴承油气润滑设计[J].制造技术与机床，2015（03）：60-62.
[3]朱绪胜. 高速电主轴油气润滑系统的研究[D].兰州理工大学，2011.
论文作者:陶长兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：油气论文; 主轴论文; 轴承论文; 压缩空气论文; 润滑油论文; 系统论文; 管道论文; 《基层建设》2019年第27期论文;