轴承保持架离心甩油机

胡 波，江纯清，高 宇，马德锋

(洛阳轴研科技股份有限公司 仪器开发部，河南 洛阳 471039)

精密高速轴系所用轴承保持架需要经过高速甩油后才能被使用在轴承上，否则会由于过多润滑油存在于保持架中对轴承的正常工作产生干扰。现介绍一种保持架离心甩油机的设计。

1 甩油机结构及工作原理

甩油机结构简图如图1所示。保持架放在保持架芯轴上，由保持架压盖压住，最后用压紧螺母通过压紧弹簧将压紧力作用于保持架压盖上，固定保持架。采用可调速直流无刷电动机驱动保持架芯轴带动保持架高速旋转，通过高速旋转所产生的离心力将保持架内多余的润滑油分离出来。保持架上油滴离心力F离=mω2r，式中：m为油滴质量；ω为旋转角速度；r为旋转半径。保持架由加热箱加热，温度范围从室温到60 ℃连续可调。设备的加温、转动、时间控制等动作由微处理机完成，显示、参数设置由液晶显示屏实现。

1—加热腔盖；2—压紧螺母；3—压紧弹簧；4—保持架压盖；5—保持架；6—保持架芯轴；7—温度传感器； 8—加热腔体；9—漏油孔导管；10—电动机转子；11—电动机；12—基座；13—电动机座；14—调平支脚图1 甩油机结构简图

甩油机采用立式结构，其特点是保持架中被甩出的油滴会顺着加热器的内壁流下或吸附于加热器内壁上，不会因为自身的重力再滴回保持架表面。离心机腔体中甩出的润滑油可通过腔体内漏油孔导出回收，附着在腔体内部的油滴可以通过吸油纸来清洁。

2 主要参数及要求

本甩油机主要针对非金属环形保持架，温控范围为30～60 ℃，温控精度为±3 ℃；工作转速为500～10 000 r/min,连续可调，转速精度不大于1%。适用范围为：保持架外径Φ5～100 mm，高度不超过200 mm。

甩油机工作的要求为：甩油机转速要稳定，在2 500 r/min下30 min内转速波动量不大于±1%；连续工作时间不小于4 h；甩油时，旋转轴与保持架必须同步旋转，不得有相对转动，甩油过程中尽量避免保持架受外力，不得引入杂质及污染物，甩出的油不得回吸至保持架；不同尺寸规格的保持架配以相应的工装进行装夹，以便于拆装和清洗；设备工作室的噪声不能超过60 dB；电源为单相三线制，220×(1±10%)V，50 Hz，10 A，环境温度为10～35 ℃，相对湿度不超过85%，温度梯度小于1 ℃/h。

3 电气控制结构

甩油机电气控制原理如图2所示。

图2 电气原理框图

3.1 电动机调速

依据设备要求，考虑到调速范围及对环境噪声的限制，以及有刷直流电动机电刷换向系统对电动机寿命和最高转速的影响，设备选用了直流无刷电动机。电动机配合高分辨率编码器及高性能驱动器，闭环控制，可实现无级调速，转速实时显示。为了满足技术条件，电动机设计转速为400～11 000 r/min。电动机调速系统闭环控制如图3所示。

图3 电动机调速闭环控制示意图

3.2 温度控制

温度控制器以单总线温度传感器DS18B20为核心，以AT89C52为控制芯片。该控制器测温准确，是具有PID调节、自整定、自适应功能的智能温度控制器。

加热箱采用电加热方式, 参考恒温箱功率及以往经验，加热功率设定为1 000 W，加热时间为20～30 min。加热箱内胆(工作室)选用不锈钢材料，外体由优质A3冷板制成，内、外体之间填充保温材料，形成大约20 mm的可靠保温层。箱体与箱门的密封为耐高温硅橡胶压条，密封性能优良；门锁与电动机转动形成互锁，以保证安全。温度传感器的安装位置，考虑到离心腔内的温度不均匀度(控制在3 ℃以内)，在保证安全的前提下，放置在靠近保持架附近的内胆壁上。

4 设计时需考虑的问题

4.1 高速旋转时保持架的动平衡[1]

在不平衡量计算时，偏心距是一个与转子质量无关的绝对量，而质径积则是与转子质量有关的一个相对量。通常，对于具体给定的转子，不平衡量以质径积表示较好。对于本甩油机，选用ISO制定的典型转子平衡等级G2.5和许用不平衡量进行计算。该机设计了不平衡保护功能，即运转中由于不平衡引起振动幅度超过一定值时(由检测开关检测)，系统自动停机。

4.2 高速旋转时保持架的共振[2]

4.3 工艺垫

甩油机可对单个保持架或多个保持架一起进行甩油，由于保持架芯轴的高度固定不变，因此，需要设计工艺垫来保证任何情况下压盖都能够压紧保持架。工艺垫的设计根据保持架具体的型号尺寸来确定。

5 结束语

设计的甩油机具有自动化程度高，转速、温度连续可调并实时显示，可依据不同型号保持架设定甩油时间等特点，经用户使用反馈达到使用要求。随着机械加工和电器控制技术的不断进步和不同用户的具体需求，该设备仍需不断创新，予以完善。