高速轴承油气润滑系统的研究及应用现状.pdf

2 0 1 5年 3 月 第 4 0卷 第 3期 润滑 与密封 LUBRI CAT I ON ENGI NEERI NG Ma r ．2 01 5 Vo 1 ． 4 0 No ． 3 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 0 2 5 4 0 1 5 0 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 2 1 高速轴承油气润滑 系统 的研 究及应用现状 曾群锋 刘成 张进华 1 ． 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室陕西西安 7 1 0 0 4 9 ； 2 ． 西安交通大学机械制造 系统工程 国家 重点实 验室陕西西安 7 1 0 0 4 9 摘要 随着高速加工技术的快速发展 ，油气 润滑技术应用于 高速机 磨床 电主轴轴承 已成为 目前 发展 的普遍趋 势 。概述近年来油气润滑系统应用于高速轴承的研究现状及应用进展 ，总结油气润滑系统组成 、主要影响因素 、油气两 相流形成机制 、润滑状态 、关键部件研制等油气润滑系统的研究成果 和应用现状 ，阐述油气润滑系统的设计难点 ，并提 出油气润滑系统研究 的未来发展方 向。 关键词 油气润滑系统 ；高速轴承 ；油气两相流 ；喷嘴 中图分类号T H 1 1 7 ． 2 文献标志码 A文章编号 0 2 5 4 - 0 1 5 0 2 0 1 5 3 1 0 3 - 6 Ap p l i c a t i o n S t a t u s a nd S t u d y o f Oi l - a i r Lub r i c a t i o n S y s t e m f o r Hi g h S pe e d Ro l l i n g Be a r i n g Ze n g Qu n f e n g L i u Ch e n g Zh a n g J i n h u a 1 ． Ke y L a b o r a t o r y o f E d u c a t i o n Mi n i s t ry f o r Mo d e r n D e s i g n a n d R o t o r B e a ri n g S y s t e m， X i ’ a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， Xi ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 4 9， Ch i n a； 2 ． S t a t e Ke y La b o r a t o ry f o r Ma n u f a c t u rin g S y s t e ms En g i n e e rin g， X i ’ a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h t h e d e v e l o p me n t o f h i g h s p e e d c u t t i n g t e c h n o l o g y， o i l - a i r l u b ric a t i o n t e c h n o l o gy h a s b e e n wi d e l y a p p l i e d i n h i g h s p e e d r o l l i n g b e a rin g o f h i g h s p e e d ma c h i n e t o o l o r g r i n d e r ． T he r e s e a r c h p r o g r e s s a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s o f o i l - a i r l u b ric a t i o n s y s t e m f o r h i g h s p e e d r o l l i n g b e a rin g i n r e c e n t y e a r s a t h o me a n d a b r o a d wa s r e v i e we d． T h e r e s e a r c h a c h i e v e - me n t s i n c l u d i n g t h e o i l - a i r l u b ric a t i o n s y s t e m c o mp o s i t i o n a n d p e r f o r ma n c e， t h e f o rm a t i o n me c h a n i s m o f o i l ‘ a i r t wo p h a s e flo w， t h e l u b r i c a 。t i o n s t a t e， r e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t o f k e y p a r t s a n d t h e a p p l i c a t i o n o f o i l a i r l u b r ic a t i o n s y s t e m we r e s u m- ma r i z e d． T h e d e s i g n d i ffic u l t p o i n t s o f o i l - a i r l u b ric a t i o n s y s t e m we r e a n a l y z e d． a n d t h e d e v e l o p me n t t e n d e n c i e s o f o i l a i r l u - b r i c a t i o n s y s t e m we r e p r o p o s e d． Ke y wo r d s o i l - a i r l u b ric a t i o n s y s t e m； h i g h s p e e d r o l l i n g b e a rin g； o i l a i r t wo - p h a s e flo w； n o z z l e 高速切削等加工技术是近年来发展起来的先进制 造技术 。被称为是 2 1 世 纪机 械制造 业 的一场技 术革 命。随着高速切削／ 磨削技术的快速发展，目前高速 机床／ 磨床用 电主轴 的转 速已超过 1 X 1 0 r ／ m i n ，最 高 转速甚至达到 3 1 0 r ／ m i n 。因此支承高速电主轴 的 角接触轴承往往处 于高速运 行状态 ，存 在如在高速运 行下会形成气流使得润滑油不易进入轴承腔、润滑油 在离心力作用下 而不 易粘 附于滚动表面等问题 。为 了 实现高速运行和保持 良好的动态稳定性．高速轴承多 基金项 目国家重点基础研 究发展 计划 9 7 3计划 项 目 2 0 1 1 C B 7 0 6 6 0 6 ． 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 - 2 2 作者简介曾群锋 1 9 7 8 一 ，男 ，博士 ，副教授 ，博 士生导 师 ．从事摩擦学研究．E - m a i l z e n g q f 1 9 4 9 g m a i l ． c o rn ． 采用有利 于提高 轴承极 限转速 的油气润 滑 l ] 。滚动 轴承在高速、高温等极限工况条件下运转 ，其内部润 滑状态非 常复杂 而且 油膜的高速拖 动和富余润滑 油 在轴 承内部的高速搅动产生大量摩擦热 ，若 不能有 效 控制可能发生润滑失效而造成高速轴承的早期失效。 高 速轴 承的润滑 已成为影响高速加工精度和 电主轴使 用寿命的主要因素之一，不仅影响和制约着滚动轴承 极 限转速的提高和动态 稳定 性 ，甚至使 高速 机床／ 磨 床也会因润滑失效而丧失其高速性能或无法正常工 作 。因此，油气润滑技术在高速主轴系统中有重要意 义，是高速、高精度机rg／ 磨床必须考虑和解决的关 键技术问题之一。油气润滑是将少量润滑油不经雾化 而直接 由高速压缩空气带动并形成油气两相 的环状流 定时、定量地沿油气管道壁均匀地被带到高速轴承的 1 0 4 润滑与密封 第 4 O卷 润滑区 _ 5 ] 。润滑油起润滑 的作用 ，高速气 体起 推动 润滑油运动和冷却 轴承的作用 ，油气始终处于分离状 态，这有 利 于 润 滑 油 的 回 收、对 环 境 也 没 有 污 染_ 1 “ J 。 目前 国内外有 关油 气润 滑 的工 程实 际应 用 特别是在高速轴承方面的应用研究还不多，而且油气 润滑的理论研究还 不成熟 ，本文作者分析和总结 了油 气润滑在高速轴承中的研究进展和应用现状。 l 油气润滑系统的组成及设计 1 ． 1 油气润滑 系统 1 ． 1 ． 1 油气润滑 系统的组成 油气润滑系统的组成 主要有 供油及油量分配部 分，供气部分，油气混合部分 ，油气输送及分配部分 和电控装置 。早期的油气润滑系统大多采用递 进式分配器和油气混合块结构，尤其是润滑点数量少 的场合 ，一般采用 “ 点对 点 ” 的 方式 ，即递 进式 分 配器的每一个出口输出的油量只供给一个润滑点。但 在润滑点很多时将 递进式分配器 和油气混合块分开布 置，即将油气混合块布置在递进式分配器的下游 。而 油的分配和油、气的混合分开进行。一般来说，由于 传动件或摩 擦副的尺寸是固定不变的 ，因此润 滑油供 给是定量的 ，递进式分配器 也 只需 定量 分配 润滑油 。 在如需增加一些润滑点的工况下 ，采用原有润 滑系统 时可将递进式分配器设计成 中间片以便 更换来 调整油 量的分配 。供气部分主要是针对气源进 行过滤及脱水 等处理的装置 。实践证明 ，8 0 ％以上 的油气 润滑 系统 故障率是 由压缩空气过脏或含水 量过大导致的 ，而且 含水量过大还会破坏油膜的稳定性。油气混合部分是 混合润滑油和压缩空气而形成油气两相环状流，一般 安装在油量分配器之后 ．所 以它的结构主要由油量 分 配器的结构决定 。油气分配部分是将管道 内的气液两 相环状流平均分配给多个支路 ，它决定了最终能否在 润滑点处形成稳定环状流的重要装置。油气润滑系统 多采用 P L C电控 系统作 为 主控制 器进 行控 制 。设 置 泵 的启动和间歇时间后可 以监控油量分配器的动作次 数从而控制系统供油频率和供油量。 1 ． 1 ． 2 油气润滑 系统的冷却 油气润滑系统供应的压缩空气在轴承座内保持一 定的正压，与供入轴承座的压缩空气之间有一个大的 压差 ，可以起到持续不断冷却轴承的作用。压缩空气 的流量越大，带走的热量越多 ，降温效果越好。使轴 承保持低温运行，延长轴承的使用寿命。在电主轴结 构设计时可设置多个排气 口，使多余油气顺利溢出， 保证冷却效果。王跃飞等H ] 研究了不同润滑类型下 的轴承温度 ，结果表 明 油气润滑工况下轴承腔 的整 体温度远远低 于喷油润滑 方式 当轴承转 速较 高时 ． 油气润滑下的轴承腔最高温度要远低于喷油润滑下的 轴 承腔最高 温度 ，从而验证 了高速工况下油气润滑 的 优越性。采用较高的油气压力 ，较低的气流温度等冷 却散 热措施 ，可进一步降低温升 ，提高轴承的速度性 能和使用寿命。 1 ． 1 ． 3 油 气润滑 系统的油回收及再利用 油气润滑系统是集中消耗型系统 ，一般不回收利 用 ，因为油气润滑 系统 的耗油量极小 ，向外界排放的 润滑油是所有润滑方式 中最少 的，一般不再 回收并循 环使 用。一方 面对极少量 的油 回收会增加成本 ，另一 方面已用油的润滑效果会降低。但在某些领域如食品 加工或某些特殊结构等情况下的轴承 ，须将油气润滑 系统设计成循 环型系统 ，增设一套 回油 收集装置把油 都收集起来 以 回收再用 。 综上所述，油气润滑系统的结构多种多样且富于 变化 ，采用 的结构 或配置 跟润滑设备 的工况及用 户的 要求 密切相关 ，因此 ，油气润滑 系统有着较强 的工程 应用背景 ，从 开始设计就应 与用户 的工况及要求 紧密 契合。 1 ． 2油气润滑 系统 的主要影响 因素 影响高速轴承在油气润滑条件下的主要影响因素 有 1 热量 产生 的 因素。如载 荷 、转速 、润 滑油黏度 、润滑油量 等 ； 2 热 量散 发 的因 素。如 供气量、传导、对流、系统的几何结构等； 3 系 统的动力学特性。 1 ． 2 ． 1 需油量 滚动轴承需油量是指形成完全彻底分离开摩擦副 时所需 的最少润滑油量 。由摩擦学理论 可知 ，当轴承 中的实际油量小于需油量时 ，不能形成有效的润滑油 膜 。摩擦副处于边界润滑状态 ；实际油量大于需油量 时，润滑油高速搅动生热，导致轴承发热 ，使轴 承温度升高 。在润滑油量 由低到高 的过程 中，存在一 个 “ 最佳供 油量 ” 点 ，在该 点有 足 量 的润滑 油形 成 稳定 的润滑油膜 ，同时油 的搅 动发热 量又最 小 。 。 为此 ，需计算高速滚动轴承 的需油量 ，使系统既能获 得 良好的润滑又能控制温升。计算滚动轴承需油量有 2种方法 1 根据接触区油膜分布函数 ，通过积分 得 到接 触 区油 膜 的体积 ； 2 计算润 滑区 中润滑油 的流量 。一般情况下 ，采用第 2种方法进行计算 。德 国 R E B S公司推荐的用于计算滚动轴承 的耗 油量公式 为0DB X c 。其 中Q 为 轴 承 的 耗 油 量 m m ／ h ；D 为 轴 承 外 径 m m ；B 为 轴 承 列 宽 m m ；c 为形 状 修 正 系 数 ，其 中角 接 触球 轴 承 c 2 0 1 5年第 3期 曾群锋等 高速轴 承油气润滑系统的研究及应用现状 1 0 5 0 ． O 1 ．一般球轴 承 c 0 ． 0 2 ，角接触球轴 承 c 0 ． 0 3 。 上述 公式为经验计算方法 ，其计算值仅作 为基 准 参考值 。实际供油量需根据油路状况 、轴承类 型和油 品特性 以及经验和试验共 同确定 ，一般来说 ，在此计 算值基础上扩大 5 ～1 0 倍。需油量计算中一般推荐采 用 R E B S公式，但该公式有些因素没有考虑，比如需 油量与速度 、载荷 的因果关 系还需在试 验中根据轴承 外 圈温升等参数调节 。需油量 确定后 ，可通 过试 验分 析油气量对轴承温 升 、振动等参 数而确定合适的给油 周期 ] ，以用最少的给油量达到最佳的润滑效果。 1 ． 2 ． 2耗 气 量 压缩空气在 油气 润滑系统 中起着输送 、冷却等作 用 ．其消耗量跟 多种 因素有关 压缩空气的压力和流 速 如管道 的长短及 布置方式 、管道 的泄漏 等 ；轴 承及轴 承座的结 构 、大小 ；密封的结构等 。因此至今 尚未检索 到计算 压缩 空气 消耗量 的公式 。根 据 R E B S 公式 。压缩 空气 是连续供给滚动轴承 的 ，平均每个润 滑点 的耗 气量约 为 1 ． 5 m ／ h [ 2 。理论计 算 值再 根据 实 际润滑状况进行调整 ，以较少 的油气 消耗量达 到最 佳 的润滑效果 。 1 ． 2 ． 3 润 滑油种 类 油气润滑系统 的给油方式为 间歇式供 油 ，需 油量 少 ．因此要求润滑油具有 良好 的润滑性 能。选择 匹配 的润滑油对于系统的稳定运行及节能降耗显得非常重 要。首先润滑油黏度要合适 ，过低则会削弱油膜强 度 ，或不易形成油膜而润滑不足 ；过高则增加 油的输 送 阻力和导致发热严重 。在选择 润滑油 时 ，同时也应 充分考虑高速轴承 的实 际工作 温度对润滑油黏度 的影 响 ，尽量选用耐热性能好 ，黏度受 温度 影响不大 ，在 较高温度下仍能保持润滑特性的润滑油。在实际应用 中。应根据转速 、负荷 、轴承温度等工 况参数 来选择 润滑油 的黏度 ．一般 比轴承 样 本提 供 的参 考黏 度 大 5 ～ 1 0倍，以保证良好的润滑效果。聚醚由于高的极 性 以及较低 的黏性 系数 。几乎 在所有润滑状态下均能 形成稳定的、吸附力及承载能力强的润滑油膜。并具 有较低 的摩擦 因数 与较 强的抗剪切能力 。在油气润滑 系统 中获得 了广泛应 用l 2 4 j 。 1 ． 3 轴承腔 的设计 滚动轴承腔及其润滑状态对于满足数控机床的高 速和高精度等高性能要求极其重要 ．因此在设计 时应该注意几点 1 喷 油方 向应 与载荷 方 向一致 ， 即向载荷大 的运动方 向喷射 喷油孔不能朝 向滚动体 或保持架 ； 2 对 于 内装 式结 构 的电主 轴 ，每一 个 轴承均需要设 置独 立的喷油孔 ，避免轴腔压力 和温度 的不 同，造成润滑 不均匀 ； 3 一般情 况下 ，喷油 孔长度 5 m m．孔径 0 ． 8 ～ 1 ． 0 m m 。 2 油气润滑 系统 的研究现状 目前 国内外学者对滚 动轴 承油气两相 流润滑特性 的研究 主要集 中在试验上 ，而在理论分析上 主要集 中 于轴承腔热分析 、两相流形状机制、润滑状态等。 2 ． 1 油气两相流环状 流型形成机制 在油气 管道内形成稳定的油气两相环状流才能保 证 至润滑点 的油流量均匀并连续 ，从 而起到 良好 的润 滑效果。因此，需根据系统中压缩空气和润滑油的特 性 。深入研 究两相流的环状流型的形成机制 ，合理确 定各 管道压缩空气和润滑油 的流量和压力范围[ 2 6 - 2 7 1 。 在油 气 两 相 环 状 流 的研 究 中，李 玉 星 和 冯 叔 初_ 2 。 研究了环状流油膜形成机制及其转化的条件， 指出环状流 流动 中气 液 相 间具有 不稳 定状 态 的扰 动 波 。其是环状流形成 的主要原 因，而夹带和沉积并不 是形成环 状 流 的 根本 原 因。S c h u b fi n g和 S h e d d 2 通 过实验检测水平管路 中油膜在管路 的顶部 、底部和水 平方 向的厚度 ，分析 了油膜分布 的规律并确定 了环状 流稳定流动的界定。谢黎明等 0 _ 通过 F l u e n t 流体仿 真软件对水平管路 内油气 环状流 的形成过程进行 了仿 真研究 ，获得 了雷诺数和 流动状况之 间的关系 。在雷 诺数取值合理 的条件下 ， 如合 适 的进 口速度 ，管道 中 才能形成连续的油气混合物和适合油气润滑的油气两 相 流 ，且 润 滑 油 被 离 散 为 油 滴 状 3 。王 建 文 和 安 琦 _ 3 研究 了油气 润滑 系统 形成环 状 流 的过 程及 环状 流 中含气率 的分布情况 。Mo o n等 [ 3 研究 了油气润滑 系统 的影 响因素 ，并基 于表面响应法建 立了预测模 型 以及 验证 了其 在不 同油含量工况下的可靠性。曾宪文 等 通过分析弯管处流场特性。考察了弯管对油气 两相流的影响规律，结果表明弯管对两相环状流有破 坏作 用。由于轴承腔润滑状态 比较复杂 ，难 以从 实验 直观判断流型类别 。而通过流动特征参 数的差 异性判 断流型类别是 值得探 索 的方法。吴吴 天和陈 国定 等 3 们 基于两相均匀流模型。采用湍流模式及有限 差分法计算 轴承腔 内三维定常 N ． S方程 。研究发现轴 承腔中润滑介质的压力和速度可 以作为判别两相介质 流的特征参数 。 油气两相环状流流动机制与以往对环状流的研究 有很多相似性，但也具有特殊性。油气润滑中油气两 相环状流是经过油气混合器之后形成的，管路结构多 种多样，所以要求油气两相环状流在流动时能适应管 路结 构的变 化 ，从 而保 证 油气 流 动 中油气 量 的均 匀 度。 1 O 6 润滑与密封 第 4 O 卷 2 ． 2 高速轴承 内部润滑状态分析 试验方面 ，巩彬 彬等 设 计 了测量 温 升 的滚动 轴承油气润滑试验台，研究发现所有润滑类型中在油 气润滑状态下轴承温升最低。蒋天合 引研制了高速 轴承 实验 台 ，测试 了轴承温升并分析 了供油量 、轴承 转速 、压缩空气压力和流量 、润滑油黏度对轴承温升 的影响规律。李松生等 明试验研究 了轴承内部的润 滑状态 ，通过改变供油量、转速、轴向载荷等状态参 数 ．考察 了轴承润滑性能 的油膜 电阻和轴承部位温度 的变 化规律 。 理论方 面 ．陈宏军 采用 有 限元 法 对不 同轴 承 结构形式 、压缩空气人 口位置以及流速条件下轴承内 压缩空气的流动特性进行了仿真研究。胡志宏等 l _ 基于稳态 R e e ． E y r i n g 模 型点接触 弹流润滑理 论 ，分析 了轴承转速 、轴向预载荷 、初始接触角等基本参数对 超高速电主轴轴 承内部润 滑状态 的影响规律 。研究表 明超高速运行状态下轴承内部接触区的润滑油膜温度 急剧升高，制约着轴承极限转速的提高 ，优化轴承结 构可使轴承内部接触区达到较佳的润滑状态，而预载 荷对润滑状态影响不大。牛鹏[ 4 建立 了流体域模型 并采用 E u l e r i a n多相流模型和 一 s 湍流模型，仿真分 析了轴承转速 、含气率和喷射角等工况参数对出口 压力和速度的影响规律。刘成等人 采用 F l u e n t 软 件分析了油气两相流流经不种喷嘴后在轴承 内部的 流动 状态及影 响 因素 ，结果 发 现 内圈喷 射 型喷 嘴具 有好 的润滑效 果 ，其设 计参 数 直接 影 响轴 承 内部 润 滑状态 。 2 ． 3关键部件研制 油气混合器 、油气分配器、喷嘴等零部件作为油 气润滑系统的关键部件 ，其性能和可靠性会直接影响 润滑点的润滑效果 。 姚静等人 利用有机玻璃设计 了等尺寸的油气 混合器，清晰地观察到润滑油和供气在混合器中混合 并形成环状 流的过 程。油气分配器决定 了在润滑点处 能否最终 形成 环 状 流。在 R E B S发 明油 气 分 配器 以 前 ，主要采用 “ 点对 点 ” 的输 送 方式对 润 滑点输 送 油气，润滑点少的情况下易于实现，但润滑点多时整 个 系统 的管道 将变 得非 常繁 杂。张春 霖 研发 了内 开有梅花型槽的油气分配器 ，其花瓣数量与壳体出口 数量相同，可保证出口油气比例基本相同，而启东润 滑设备有限公司 研制的油气分配器可将油气均匀 或按比例地分布。李婵 改进 了油气分配器核心部 件分配芯结构 ，进一步克服康达效应对油气分配的影 响 油气润滑系统油气管 中油在润滑点处以精细油滴 的方式喷射 出来 ，而喷出油滴 的状 态很 大程度 上取 决 于喷嘴的设计。喷嘴的出口流动特性对轴承腔内部的 流动状态有着重要 的影响 ，也直接影 响着 油气润滑系 统的润滑效果_ 4 。油气润滑系统实际应用的喷嘴 多根据经验或者直接沿用油雾润滑的喷嘴原件 ，因此 喷嘴对油气两相环状流的影响需进一步研究。油气两 相环状流在喷嘴 内部的流动状态 、两相流流经喷嘴后 的流动状态 的研 究更 是鲜有 见 到。J e n g等 _ 4 设 计 了 用于高速轴承油气润滑的喷嘴。S t e v e 等 叫 分析了 0 。 和2 0 。 倾角的喷嘴对轴承温升的影响，研究发现一定 倾斜角度 的喷嘴在轴承高速运行状况下润滑降温效果 比较好 。J i a n g 和 M a o _ 5 基 于高速 电主轴 油气 润 滑试 验 台 ．试验研究 了喷嘴 的长径 比以及喷嘴到轴承球体 的距 离对轴 承温升的影 响。 油气润 滑系统 中关键部件 的正常运行才能保证油 气润滑系统高效润滑的发挥 ，而油气两相流分布特性 的研究 为油 气 润滑 系统 关键 部 件 的设 计 提供 理论 指 导。 3油气 润滑系统 的应用现状 油气润滑 已应 用于工 程 2 0多年 ，介 绍油 气润 滑 应用 的文献大多是综述性 、使用 反馈性 的亦或是高速 轴承模拟试验台的油气润滑实验．而对现有高速机 床／ 磨床改造并加装油气润滑设备进行系统研究的较 少 。 油气润滑的工程应用是从重大装备的一些工况恶 劣的部位尤其是冶金设备开始的，如高速线材轧机滚 动导卫轴承 ，随后油气 润滑逐 步扩 展到 了如高 负荷 、 高速 的轧机轴承 、高温 的连铸轴承 、高速 电主轴等其 他领域 。李松生 _ 5 研发 了机床高速 主轴轴承 用 Y Q A ． 5 型油气润滑系统，考察了不同转速、油量 、供气量 等参数下的润滑效果 ，结果发现轴承外圈温升随油量 变化呈 马鞍形 曲线 ，在一定范 围内增加油量不仅不能 改善 润滑效 果 ，相 反会 引起 轴 承 温度 升高 。何立 东 等 在金属切 削加 工 中应 用 了油气 润 滑技术 ，提 出 了气 液两相 膜模 型 ，研究表 明油气两相 流的润 滑作用 明显优于纯切削液。廖生行和张建业 阐述了 R E B S 油气润滑系统在冷轧机上工作辊 、支撑 辊轴承润滑 中 的应用状况 。郭 靖等 人 通过 耗油 量 和给油 周期 计 算、系统优化确保了油气润滑技术在济钢 4 3 0 0 mm 产线热矫直机支撑辊轴承上 的成功应用 ，无润滑油泄 漏及轴承损坏现象。唐钢一 高线斯太尔摩风冷辊道轴 承及传动链条采用油气润滑取代干摩擦后 ，延长了被 润滑部件 的使用寿命 ，减少 了油脂消耗_ 5 。针对轧 2 0 1 5年第 3期 曾群锋等高速轴承油气润滑系统的研究及应用现状 1 0 7 机油气润滑系统压力损失大、易发生故 障、油耗高 等 问题 ．刘东 将 压 缩空 气 与润滑 油 由站外 混 合改 为站 内混合 ，并将轧机轴承和导卫轴承 的润滑设计成 由不 同的油气支路和油气分配器控制 。唐钢 高线原 风 冷辊道原先为稀油润滑 ，但线材表面的氧化铁皮被风 冷辊道的冷却风机吹入空 中后落 到稀 油回收槽 中会 污 染油品 。油 品污染 一方 面加 大滤 芯 消耗 ，另 一 方 面使分配器堵塞而导致轴承损坏率高 ，制约正常生 产。采用油气润滑后 ，大 幅延长 了滚 动轴 承的使用 寿 命并阻止外界脏物和水侵入轴承，有效地降低了设备 维护费用 ．节能降耗效益显著。国外已将油气润滑技 术广泛应用于轧钢设备和高速精密机床的轴承等高速 场合 中．关于油气润滑 的研究 报道也主要是集 中在工 业应用方 面 ．和国内相 比，其 应用时间更早 、应用领 域更广 ．并 且 己经有 系统 的产 品 。但 是关 于油 气 润滑系统特性 的试验研 究 ，国外的相关报道较少 ，有 关这方面 的理论 或更 系统的分析更少 。 4 油气润滑 系统设计 难点 4 ． 1 基础研 究滞后 虽然油气润滑的优越性已得到了广泛的认同，但 对 于油气 润滑的基础研究严重滞后于其工程 应用 ，如 高 速轴承在高速运行下润滑油膜 的快速铺展 、油气 润 滑 系统的冷却机制 、不 同油气润滑 系统 的需 油量 与耗 气量配比标准以及极限转速计算模型等基础问题 ，因 此在实际工程应用中往往只能根据经验进行操作 ，缺 乏 相应 的理论指导 。 4 ． 2最佳供 油量的确定 相对于传统的润滑系统 ，油气润滑技术已节省了 大量润滑油，但仍无法确保装备零部件的润滑点处于 最佳润滑状态。目前还没有理论计算公式精确计算润 滑点在一定工况下 的需 油量 而保证轴 承既能获得 良好 的润滑又能有效地控制温升 。同时 ，高速轴 承经常在 复杂工况条件下运行 ，油气润 滑系统 自适应 地调节供 油量将会成为未来油气 润滑 系统研究 的重点。 4 ． 3油气润滑 系统的安装 随着油气润滑系统应用领域的拓宽，其使用条件 将会越来越恶劣 。低温 、长距输送条 件下 ，保证压缩 空气的清洁、环状流的形成并稳定传输至润滑点是一 个需关注 的难点 。 5结论 采用高速加工技术获得零部件的高加工精度和表 面质量 ，是 当代重要 的先进制 造技术之一。 由于工业 应用 的急切需求 ，使 得 高速机 床／ 磨床 电主 轴高速 化 已成为 目前发展的普遍趋势。作为一种高效清洁的润 滑方式油气润滑已越来越多地应用于高速轴承。 本文作者对油气润滑 系统设计 中所涉及 的系统组成及 设计 、影响 因素 、油气两相流 型形成机制 、高速轴承 内部润滑状态 、关键部件研发 等方 面进行 了论述 和总 结，对高速轴承油气润滑系统的设计和工业应用具有 一 定 的指 导意义 和参 考价值。 参考文献 【 1 】H u J ， Wu W， Wu M， e t a1． N u m e ri c a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e a i r 一 0 i l t w o p h a s e fl o w i n s i d e a n o i l - 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