1 高速電主軸試驗(yàn)臺(tái)

電主軸溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由高速電主軸實(shí)驗(yàn)臺(tái)、變頻控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)組成。高速電主軸試驗(yàn)臺(tái)采用寧波達(dá)進(jìn)鑫茂 GX0728-85B 型號(hào)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，內(nèi)部采用高速角接觸球軸承 B7002C，潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑，軸承預(yù)緊方式采用碟簧定壓預(yù)緊，初始預(yù)緊力為 248N，改變碟簧數(shù)量即可改變預(yù)緊力大小。電主軸以水為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻。變頻控制系統(tǒng)采用無(wú)錫中遠(yuǎn) MF30-25G，開(kāi)環(huán)控制。為了實(shí)時(shí)獲取電主軸轉(zhuǎn)速，采用激光轉(zhuǎn)速儀實(shí)時(shí)測(cè)量。溫度測(cè)量系統(tǒng)采用 Omega 熱電偶及 NI的 4353 溫度采集模塊對(duì)電主軸軸承外圈、端蓋及電機(jī)定子進(jìn)行測(cè)量，溫度分辨率 0． 1°C 。高速電主軸溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖 4 所示。

2 轉(zhuǎn)速對(duì)溫升的影響

在室溫為23°C，軸承預(yù)緊力為248N，冷卻水進(jìn)口溫度為23°C，冷卻流量1L / min的使用條件下，對(duì)不同電 主 軸工作轉(zhuǎn)速(10000，20000，30000，40000，50000，60000rpm) 條件下，進(jìn)行理論計(jì)算并同時(shí)測(cè)量電主軸前后軸承外圈、前軸承端蓋、電機(jī)定子溫度如圖5所示。

前后軸承外圈、前軸承端蓋及電機(jī)定子溫升理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，誤差較小，電主軸熱特性模型較好地模擬了電主軸轉(zhuǎn)速-溫升影響規(guī)律。從不同轉(zhuǎn)速下的溫升趨勢(shì)來(lái)看，隨著轉(zhuǎn)速升高，電機(jī)及軸承穩(wěn)態(tài)溫升均增加，并且由于熱源影響，電主軸端蓋溫升也比較明顯; 隨著轉(zhuǎn)速升高，溫升速率也不斷加大，說(shuō)明電主軸電機(jī)及軸承發(fā)熱率隨轉(zhuǎn)速升高而增大。從冷卻效果來(lái)看，后軸承及電機(jī)比前軸承及端蓋冷卻效果好，因?yàn)閺?qiáng)制水冷卻流道經(jīng)過(guò)定子及后軸承殼體，散熱較強(qiáng)，而前軸承及端蓋基本靠空氣對(duì)流散熱，散熱較差。因此，結(jié)合不同工況下的需求，應(yīng)選用合理轉(zhuǎn)速，以減少發(fā)熱量進(jìn)而減小對(duì)電主軸的熱影響。

 3 預(yù)緊力對(duì)溫升的影響

在室溫為 23°C，轉(zhuǎn)速為30000rpm和60000rpm，冷卻水初始溫為 23°C ，冷卻流量 1L / min，對(duì)不同電主軸預(yù)緊力(5，85，147，248，417，525N) 條件下，進(jìn)行理論計(jì)算并采用熱電偶同時(shí)測(cè)量電主軸前后軸承外圈溫度如圖6所示。

預(yù)緊力對(duì)前后軸承溫升影響理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果除在較低預(yù)緊力條件外基本一致，理論模型較好地模擬了軸承預(yù)緊力-溫升規(guī)律。從前后軸承溫升曲線來(lái)看，隨著軸承預(yù)緊力增大，電主軸軸承溫升也逐漸升高，因?yàn)轭A(yù)緊力的增大導(dǎo)致球與內(nèi)外滾道接觸應(yīng)力變大，摩擦阻力也變大，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱量增加。對(duì)于較低預(yù)緊力條件下，實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)果相差較大，原因可能是本文采用的軸承擬靜力學(xué)模型并未考慮到高速球軸承在高速和低預(yù)緊力條件下，球與內(nèi)外滾道的滑移運(yùn)動(dòng)的影響，誤差來(lái)源可能是在高速和低預(yù)緊力條件下滑移運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際軸承發(fā)熱量比理論預(yù)測(cè)高。

4 冷卻水流量對(duì)溫升的影響

在室溫為 23°C ，轉(zhuǎn)速為 60000rpm，冷卻水初始溫度為 23°C ，對(duì)不同冷卻流量 (1，2，3，4，5L / min) 條件下，進(jìn)行理論計(jì)算并同時(shí)測(cè)量電主軸前后軸承外圈及電機(jī)定子溫度如圖 7 所示。

冷卻水強(qiáng)制冷卻對(duì)于前后軸承均有作用，由于冷卻流道布置方式( 見(jiàn)圖 3) ，對(duì)于后軸承和電機(jī)定子冷卻效果比前軸承好。從冷卻流量來(lái)看，隨冷卻流量的增加，電主軸溫升下降，但是只有當(dāng)冷卻流量較小時(shí)，增加冷卻流量對(duì)于溫升的降低效果比較明顯，隨著冷卻流量不斷增加，冷卻效果也在減小。因此，可以結(jié)合不同工作條件，選取最*冷卻流量以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和使用性能最*。

 5 冷卻水初始溫度對(duì)溫升的影響

在室溫為 23°C ，轉(zhuǎn)速為 30000rpm 和 60000rpm，冷卻流量分別為 1L / min 的使用條件下，對(duì)不同電主軸冷卻水進(jìn)口溫度( 16°C ～ 32°C ，以 1°C 遞增) 條件下，進(jìn)行理論計(jì)算并采用熱電偶同時(shí)測(cè)量電主軸前后軸承外圈溫度如圖 8 所示。

冷卻水進(jìn)口溫度對(duì)電主軸溫度影響理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，隨著冷卻水進(jìn)口溫度升高，電主軸軸承溫度升高，并且二者呈線性比例關(guān)系。因此，冷卻水進(jìn)口溫度對(duì)于電主軸溫度影響比較明顯，調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)口溫度對(duì)于調(diào)節(jié)電主軸整體溫度以使各零部件保持最*基礎(chǔ)工作溫度非常重要。