胡 波，江純清，高 宇，馬德鋒

(洛陽軸研科技股份有限公司 儀器開發(fā)部，河南 洛陽 471039)

精密高速軸系所用軸承保持架需要經(jīng)過高速甩油后才能被使用在軸承上，否則會由于過多潤滑油存在于保持架中對軸承的正常工作產(chǎn)生干擾?，F(xiàn)介紹一種保持架離心甩油機的設計。

1 甩油機結(jié)構(gòu)及工作原理

甩油機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。保持架放在保持架芯軸上，由保持架壓蓋壓住，最后用壓緊螺母通過壓緊彈簧將壓緊力作用于保持架壓蓋上，固定保持架。采用可調(diào)速直流無刷電動機驅(qū)動保持架芯軸帶動保持架高速旋轉(zhuǎn)，通過高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力將保持架內(nèi)多余的潤滑油分離出來。保持架上油滴離心力F離=mω2r，式中：m為油滴質(zhì)量；ω為旋轉(zhuǎn)角速度；r為旋轉(zhuǎn)半徑。保持架由加熱箱加熱，溫度范圍從室溫到60 ℃連續(xù)可調(diào)。設備的加溫、轉(zhuǎn)動、時間控制等動作由微處理機完成，顯示、參數(shù)設置由液晶顯示屏實現(xiàn)。

1—加熱腔蓋；2—壓緊螺母；3—壓緊彈簧；4—保持架壓蓋；5—保持架；6—保持架芯軸；7—溫度傳感器； 8—加熱腔體；9—漏油孔導管；10—電動機轉(zhuǎn)子；11—電動機；12—基座；13—電動機座；14—調(diào)平支腳圖1 甩油機結(jié)構(gòu)簡圖

甩油機采用立式結(jié)構(gòu)，其特點是保持架中被甩出的油滴會順著加熱器的內(nèi)壁流下或吸附于加熱器內(nèi)壁上，不會因為自身的重力再滴回保持架表面。離心機腔體中甩出的潤滑油可通過腔體內(nèi)漏油孔導出回收，附著在腔體內(nèi)部的油滴可以通過吸油紙來清潔。

2 主要參數(shù)及要求

本甩油機主要針對非金屬環(huán)形保持架，溫控范圍為30～60 ℃，溫控精度為±3 ℃；工作轉(zhuǎn)速為500～10 000 r/min,連續(xù)可調(diào)，轉(zhuǎn)速精度不大于1%。適用范圍為：保持架外徑Φ5～100 mm，高度不超過200 mm。

甩油機工作的要求為：甩油機轉(zhuǎn)速要穩(wěn)定，在2 500 r/min下30 min內(nèi)轉(zhuǎn)速波動量不大于±1%；連續(xù)工作時間不小于4 h；甩油時，旋轉(zhuǎn)軸與保持架必須同步旋轉(zhuǎn)，不得有相對轉(zhuǎn)動，甩油過程中盡量避免保持架受外力，不得引入雜質(zhì)及污染物，甩出的油不得回吸至保持架；不同尺寸規(guī)格的保持架配以相應的工裝進行裝夾，以便于拆裝和清洗；設備工作室的噪聲不能超過60 dB；電源為單相三線制，220×(1±10%)V，50 Hz，10 A，環(huán)境溫度為10～35 ℃，相對濕度不超過85%，溫度梯度小于1 ℃/h。

3 電氣控制結(jié)構(gòu)

甩油機電氣控制原理如圖2所示。

圖2 電氣原理框圖

3.1 電動機調(diào)速

依據(jù)設備要求，考慮到調(diào)速范圍及對環(huán)境噪聲的限制，以及有刷直流電動機電刷換向系統(tǒng)對電動機壽命和最高轉(zhuǎn)速的影響，設備選用了直流無刷電動機。電動機配合高分辨率編碼器及高性能驅(qū)動器，閉環(huán)控制，可實現(xiàn)無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速實時顯示。為了滿足技術(shù)條件，電動機設計轉(zhuǎn)速為400～11 000 r/min。電動機調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制如圖3所示。

圖3 電動機調(diào)速閉環(huán)控制示意圖

3.2 溫度控制

溫度控制器以單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以AT89C52為控制芯片。該控制器測溫準確，是具有PID調(diào)節(jié)、自整定、自適應功能的智能溫度控制器。

加熱箱采用電加熱方式, 參考恒溫箱功率及以往經(jīng)驗，加熱功率設定為1 000 W，加熱時間為20～30 min。加熱箱內(nèi)膽(工作室)選用不銹鋼材料，外體由優(yōu)質(zhì)A3冷板制成，內(nèi)、外體之間填充保溫材料，形成大約20 mm的可靠保溫層。箱體與箱門的密封為耐高溫硅橡膠壓條，密封性能優(yōu)良；門鎖與電動機轉(zhuǎn)動形成互鎖，以保證安全。溫度傳感器的安裝位置，考慮到離心腔內(nèi)的溫度不均勻度(控制在3 ℃以內(nèi))，在保證安全的前提下，放置在靠近保持架附近的內(nèi)膽壁上。

4 設計時需考慮的問題

4.1 高速旋轉(zhuǎn)時保持架的動平衡[1]

在不平衡量計算時，偏心距是一個與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無關(guān)的絕對量，而質(zhì)徑積則是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)的一個相對量。通常，對于具體給定的轉(zhuǎn)子，不平衡量以質(zhì)徑積表示較好。對于本甩油機，選用ISO制定的典型轉(zhuǎn)子平衡等級G2.5和許用不平衡量進行計算。該機設計了不平衡保護功能，即運轉(zhuǎn)中由于不平衡引起振動幅度超過一定值時(由檢測開關(guān)檢測)，系統(tǒng)自動停機。

4.2 高速旋轉(zhuǎn)時保持架的共振[2]

4.3 工藝墊

甩油機可對單個保持架或多個保持架一起進行甩油，由于保持架芯軸的高度固定不變，因此，需要設計工藝墊來保證任何情況下壓蓋都能夠壓緊保持架。工藝墊的設計根據(jù)保持架具體的型號尺寸來確定。

5 結(jié)束語

設計的甩油機具有自動化程度高，轉(zhuǎn)速、溫度連續(xù)可調(diào)并實時顯示，可依據(jù)不同型號保持架設定甩油時間等特點，經(jīng)用戶使用反饋達到使用要求。隨著機械加工和電器控制技術(shù)的不斷進步和不同用戶的具體需求，該設備仍需不斷創(chuàng)新，予以完善。