油气润滑技术在医疗器械轴承中的应用.pdf

第 3 0卷第 3期 2 0 0 9 年9 月 一 哈 尔 滨 轴 承 J OURNAL OF HAR BI N BE A RI NG V0 l - 3 O No ． 3 S e p ． 2 00 9 油 气 润 滑 技 术 在 医疗 器 械 轴 承 中 的应 用 任 忠星 f 牡丹江医学 院， 黑龙江 牡丹江 1 5 7 0 1 1 摘要 结合 医疗器械高速 轴承介 绍 了油 气润 滑的基本原理 ， 并对供油量和进 气压力 的选取进 行 了分析和实例验 证 。 关键 词 油气润滑； 高速轴承 ； 供油量 中图分类号 T H1 3 ． 3 3 文献标识 码 B 文章编号 1 6 7 2 4 8 5 2 2 0 0 9 0 3 0 0 5 4 0 3 Ap p l i c a t i o n o f o i l g a s l u b r i c a t i o n t e c h n o l o g y i n me d i c a l i n e n t b e a r i n g s Re n Zh o ng x i n g Mu d a i a n g Me d i c a l U n i v e r s i t y ， Mu d a i a n g 1 5 7 0 1 1 ， C h i n a Ab s l r a c t T h e b a s i c pr i n c i p l e o f o i l g a s l u b r i c a t i o n wa s i n t r o d u c e d a c c o r d i ng t o t h e h i g h s p e e d b e a r i n g i n me d i c a l i n s t r ume n t s a n d t h e p a r a me t e r s o f o i l s u p p l y q u a n t i t y a n d i n l e t g a s p r e s s u r e we r e a n a l y z e d ， a c a s e wa s g li v e n t o t e s t． g y wo r a s o i l -- g a s l u b r i c a t i o n ； h i g h - s p e e d b e a r i n g ； q u a n t i ty o f o i l s u p p l y l 前言 现代工业的迅猛发展对医疗器械的发展影响 越来越大。快速 、 安全 、 稳定成为医疗器械发展的 方 向。 提高医疗器械旋转速度 ， 高速轴承的应用是 必不可少的。 例如 ， 高速涡轮牙钻机是 口腔科治疗 中的重要设备 ， 其转速最 高可达 3 0 ～ 4 0 x 1 0 4 r ／ mi n ， 具有转速高 、 切削快 、 病人痛苦少和使用方便等特 点。 医疗实践证明， 转速越高的牙钻机治疗效果越 好。 而要提高 牙钻机转速 ， 轴承的润滑是关键问题 之一。 轴承润滑方式要综合考虑轴承的T作温度 、 载荷和转速 ，速度比较高的轴承丁作中摩擦发热 量就越多 ， 需要采用油气润滑 ． 2 高速轴承油润滑方式性能对比 高速滚动轴承的润滑方法经历 了从喷油润滑 到环下润滑的过程 ， 同时油雾 、 油气润滑也是近期 用于高速滚动轴承的一种润滑方法_ 1 J 。 2 ． 1 喷油润滑 喷油润滑是指润滑油采用喷嘴从轴承侧面喷 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 9 ． 作者简介 任忠星 1 9 5 8 一 ． 男 ， 工程师． 人轴承内部 ， 随着滚动轴承高速化的发展 ， 这种方 法已不能满足要求 。主要是 由于在离心力 的作用 下 ， 润滑油难 以进入轴承内部 ， 并 且进入轴承内部 的润滑油也容易甩离内圈滚道 ，而通常内圈滚道 的摩擦生热又较为严重，致使润滑和冷却效果不 佳 。 2 _ 2 环下 润滑 为克服喷油润滑的上述缺点 ， 现了环下润 滑技术 ， 该技术是在内圈上开设若 f的径 向 J , 4 L ， 润滑油由这些小孑 L 进入轴承内部 ，通过离心力的 作用甩向套圈滚道进行润滑和冷却。相对于喷射 润滑， 这种方法能够较为有效地将润滑油送达内 、 外圈滚道 ， 因此润滑冷却效果更好 ， 并且润滑油很 容易将轴承内部的磨屑带m轴承。环下润滑的用 油量也 比喷射润滑的要小 ，冈此可以减小轴承的 搅油功耗损失 ， 但是易造成污染。 另外牙钻机轴承 属于微型轴承 ， 内圈开孔T艺上较难实现。 2 。 3 油雾润滑 油雾润滑方法是将润滑油雾化后送入轴承内 部进行润滑 ， 该方法与液态油相 比， 其搅油功耗较 小 ， 但是环境污染严重 ， 润滑油消耗量也大。但 由 于高速旋转轴承所产生的“ 气流层” 使得只有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 任忠星 油气润滑技术在医疗器械轴承 中的应用 5 5 0 ． 0 0 4 0 ． 0 0 6 MP a的油雾很难穿透 ，从而达不到润 滑及冷却效果 。 2 ． 4 油气润滑 油气润滑就是将润滑剂和压缩空气相混合后 使之成为紊流状的两相油气混合流体 ，并将它以 缓慢的 、 连续 的、 均匀 的、 微量 的油滴 喷射到需要 润滑的摩擦 面的过程 。 由于压缩空气的存在 ， 可以 轻易地使得润滑剂达到润滑点。由于油并没有雾 化成小颗粒 ，使得通过接触点的润滑油能够很方 便与压缩空气分离回收 ， 而不致引起环境污染。 油 气润滑系统是一种精细的定量系统 ，可 以控制在 不 同转速下 的主轴轴 承的需油量 ，从而达到智能 化控制润滑系统。 同时大量压缩空气吹向润滑点， 起到强制冷却的效果。 3 油气润滑基本 原理 图 1 是油气流形成的示意图。单相流体油和 单相流体压缩空气混合后形成两相油气混合流 ， 油气混合流中油和压缩空气并不真正融合 ，而是 在压缩空气的流动作用下 ，带动润滑油沿管道内 壁不断螺旋状流动并形成一层连续油膜 ，最后以 微小的连续油滴的方式喷到润滑点。在油气润滑 系统中， 存在三种介质， 即油、 气和油气混和气。 在 油气管中，油的流动速度远远小于压缩空气的流 速 ，而从油气管中出来的油和压缩空气也是分离 的 ， 因此油没有被雾化 ， 这是油气润滑和油雾润滑 的重大区别。 n 一 V 5 8 8 0m／ s 图 1 油气流的形成 图 2为油气管 中的油膜状态示意图。在油气 管中， 由于压缩空气 的作用 ， 起初润滑油呈较大颗 粒间断地粘附在管道 内壁上 ，当压缩空气快速流 动时，油滴也随即低速缓慢移动并被压缩空气吹 散、 变薄， 在到达管道末端时， 原本间断地粘附在 管壁四周的油滴 已经被 以波浪油膜 的形式连成一 片 ， 形成了连续油膜 ， 被压缩 的空气 以微小连续油 滴喷入润滑点 图 2 。 油气润滑方法通过形成 的气液两相膜隔开相 对运动的摩擦面起到润滑作用 ，由于含有大量气 体 ， 速度较高的气液两相流可以带走大量摩擦热 ， 油气 管初 始段 油膜层 厚度油气管末段 图 2 油气管 中的油膜状态 又起到冷却降温作用 。研究表明， 气液两相流中， 液体与气体牢固地形成气液两相膜 ，与单相液体 膜相 比承载能力大大提高 ，不仅高速时能形成完 整的两相膜 ，低速时依然能形成承载能力较强 的 两相膜 ，使相对运动的摩擦面处于良好的工作状 态。喷射到润滑点 的气液两相流中的润滑油颗粒 在 固体表面汇聚 ，同时由高速流动的空气形成孤 立分散 的空气小气泡混合于汇聚在 固体表面的润 滑液中，随着两摩擦表面的相对运动形成气液两 相流润滑膜 。 4 油气定量供应参数优化分析 限制高速滚动轴承性 能的主要指标是轴承工 作时的温度 ，采用油气润滑时影响滚动轴承性能 的主要参数是供油量和供气压力。 供油量决定着油气二者混合流中的含油量 ， 给定速度下轴承摩擦力矩和温升与含油量有关 ， F AG公 司所 确定摩擦力矩 和双列 圆柱滚动轴承 的温升与油量的关 系如图 3 所示 。从 图中可以看 出 ，初始阶段 ，轴承温升随含油量增加而迅速下 降 ， 当含油量增加到某一值后温升缓慢增加 ， 继而 就急剧上升 ，过多的润滑油只能增加轴承的搅油 损耗而使轴承温升增大 ，因而油气混合流中的含 油量有一个最佳值 ，而且该图也清楚地显示出使 摩擦力矩和轴承温升达到最佳数值时所需 的最少 油量。 日本以及国内一些研究人员对 中等尺寸滚 动 轴 承 的 试 验 也 证 实 ， 供 油 量 大 约 超 过 0 ． 1 ～ 0 ． 3 ml ／ h后 ， 滚动轴承的温度将快速上升。 吕 ● Z ＼ 熹 蓬 最 大 速 摩 壤 ／ ＼ ／ ／ 。 ／ ／ ．／ ／ 。 曲承温度 ， ， 、 转 时 ● I ／ 礴 力禹 j ＼ ／／ 一 多 9 O 8 0 7 o鎏 6 0 鬻 5 0 暴 4O 油量 m r n ／ m i n 轴承N NU 4 9 2 6 ， 转速n 2 0 0 0 r ／ mi n ．F 5 k N， 油 3 2 mm ／ s， 4 O 图 3 摩擦 力矩和双列 圆柱滚动轴承温升与油量关系 济南二机床集团有 限公 司的张松[ 2 ]等人通过 大量试验， 提出了可以近似计算轴承所需要的供 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 哈 尔 滨 轴 承 第 3 0卷 油 用 量 的 公 式 O Wd B， W 为 系 数 取 值 为 0 ． O l mr n ／ h ， d为轴承内径 ， B为轴承宽度。实际供 油量可在此数值 上根据转速等实际情况适 当扩 大。 高速牙钻轴承需要达到 3 ． 5 1 0 ～4 1 0 5 r ／ mi n 的转速 ， 一般供气压力为 0 ． 2 ～0 ． 2 5 MP a 。 而对于油 气润滑系统而言 ， 0 ． 2 MP a压力是形成稳定连续油 膜的最小压力，因此供气压力常取为 0 ． 2 5 MP a 左 右 。某 牙钻采 用 1 0 0 0 0 8 3型微 型深 沟球轴 承 ， 0 ． 2 4 0 ． 0 1 MP a的供气压力 ， 考虑高压气体流动速 度较大 ， 选取 0 ． h n l ／ h的供油量 ， 在 0 ． 5 m距离 内测 试轴 承噪声 ， 初始安装轴承噪声为 6 2 d B， 使用 2 个月后 噪声为 6 4 d B， 4个月后 为 6 5 d B， 6个月后 为 6 7 d B。一般牙钻轴承要求寿命在 6 个月以上 ， 寿命期 内轴承噪音不大于 7 0 d B， 可见轴承的润滑 是可靠的 ． 5 结论 油气润滑能够轻易将润滑剂 以缓慢的、连续 的 、 均匀的、 微量的油滴喷射送到需要润滑的摩擦 面， 还能够起到强制冷却轴承的作用 。 另外油气润 滑可以准确地提供所需的极少油量 ，压缩空气有 冷却效果， 同时无油雾污染。 故油气润滑可作为高 速轴承最佳的润滑方式。 参考文献 [ 1 】 张剑， 金映丽， 马先贵， 丁津原． 现代润滑技术 [ M】 ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 张松 ， 韩 晓红 ． 高速 主轴轴 承 的油一气 集 中润 滑系统 [ J ] ．制造技术与机床， 2 0 0 0 ， 4 2 3 2 4 ． 编辑 钟媛 上接第 5 1页 基尺平面度对示值误差的影响 O L 2a r c s i n 0． 0 03 ／ 1 0 0 0 6 。 2 ． 2 平行度对示值误差的影响 根据国家计量检定规程 J J G 3 3 2 0 0 2要求 ， 当 角度尺的游标零刻线与主尺零刻线重合时 ，直尺 和基尺测量面的平行度在 1 0 0 mm长度上应不大 于 0 ． 0 0 6 mm， 实际测量时， 这一平行度就会转换成 角度偏差， 也直接影响到示值误差。 直尺和基尺测量面的平行度对示值误差的影 响 O L 3 a r c s i n 0 ． 0 0 6 ／ 1 0 0 1 2 ” 。 2 ． 3 垂直度对示值误差的影晌 根据国家汁量检定规程 J J G 3 3 ． 2 0 0 2要求 ， 直 尺外 角 的 垂 直 度 在 1 0 0 mm 长 度 上 应 不 大 于 0 ． 0 1 mm， 直尺外角 的密损会直接影响到角度真值 的测量 。 直尺外角的垂 直度对示值误差的影响 4a r c s i n 0． 0 1 ／ 1 00 20 ” 。 2 ． 4 零位对示值误差的影响 根据国家计量检定规程 J J G 3 3 ． 2 0 0 2要求 ， 零 位正确性不大于 1 ／ 2 分度， 在检定零位时， 直尺和 基尺测量面必须紧密地接触 ，零位正确性对示值 误差的影响 角度尺的分度值为 2 ， l ／ 2分度即 1 即 O ／ 6 0 2 ． 5 角度块不确定度对示值误差的影响 检定 I 型角度 J J G3 3 ． 2 0 0 2要求用 2级角度 块检定 ， 由于 2级角度块不确定度很小 ， 对示值误 差的影响可忽略不计。 但在检定时要注意 ， 应使角 度块与角度尺的两个测量面 良好接触 ，从而减少 或避免检定误差。 2 ． 6 组装不到位对示值误差的影响 测量不同角度 ， 组装角度尺时， 要把各测量面 擦拭干净， 并紧固好锁紧螺钉 ， 从而减少组装不到 位引起的示值误差 。 2 _ 7 其他因素对示值误差的影响 如检定员的视差 、 读数方式 、 检定室温度变化 等引起 的误差 2 ． 8 综合分析 在检定万能角度尺测量误差时 ，各项指标有 些是可 以修正的 ，如零位误差 ；有些是可以避免 的， 如装配误差 ； 有些是可以通过修理减少的 ， 如 平面度 、 平行度 、 直尺外角的垂直度等。 根据 国家计量检定规程 J J G 3 3 2 0 0 2要求 分 度值为 2 的万能角度尺示值误差应不超过 2 。 通过以上分析可以看出在检定 中只有各项 指标均在合格范围内，才 呵以满足示值误差要求 的 。 ∑ l ， i l O ／ 2 I l 3 1 I O L4 l { O L 5 I 0 6 0 6 1 2 ” 2 0 6 0 ” 1 0 4 ” 1 2 0 ” ， 否则是很雉保证 示值误差的要求。 3 结束语 为保证_T件角度测量的准确性 ，在使用中或 周期检定 中发现上述任何指标不合格都应该及时 分析原因，针对出现问题的地方及时作 调整或 小修， 如果是磨损 、 变形等原 因就要对_ 厂 作面进行 研磨， 然后必须经过全项检定， 合格后方可继续使 用。 编辑 钟媛 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m