水润滑电主轴迷宫密封充、抽气系统仿真分析.pdf

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1、2013年2月润滑与密封Feb．2013第38卷第2期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．38No．2DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2013．02．018水润滑电主轴迷宫密封充、抽气系统仿真分析张宏林(西安思源学院陕西西安710038)摘要：设计带充、抽气系统的高速电主轴水润滑迷宫密封，利用Gambit和Fluent等计算流体动力学相关软件，采用两相流、瞬态模型模拟电主轴滑动轴承两侧迷宫密封的压气、抽水系统的内部流场；对不同时间流场的压力、速度和相图进行分析；探讨泄漏水在该系统作用下的流动行为和特点。结果表明，该非接触、动力密封系

2、统可在最小摩擦损耗的同时，有效地抽取滑动轴承两端部泄漏的润滑用水，从而起到密封作用，为超高速电主轴滑动轴承的密封设计提供了新的设计思路。关键词：迷宫密封；高速电主轴；水润滑；充、抽气系统中图分类号：TH133．31文献标识码：A文章编号：0254—0150(2013)2—076—5SimulationonFillingandPumpingSystemofLabyrinthSealsofWaterLubricationHighSpeedSpindlesZhangHonglin(Xi’anSiyuanUniversity，Xi’anShaanxi710038，China)Abs

3、tract：Thelabyrinthsealwithchargeandexhaustsystemwasdesignedforwaterlubricationhigh—speedelectricspindle．Theinternalflowfieldofthepressuregasandpumpingsystemofthelabyrinthsealonbothsidesofelectricspin—dleslidingbearingswassimulatedbasedontwo--phaseflowmodelandtransientmodelbyusingGambitandF

4、luentcompu—-tationalfluiddynamicssoftware．Thepressure，speedandphasediagramoftheflowfieldatdiferenttimewereanalyzed，andtheflowbehaviorandcharacteristicoftheleakagewaterinthesystemwasinvestigated．Theresultsshowthatthenon—contactdynamicsealingsystemdesignedcaneffectivelypumpthewaterforlubrica

5、tionthatgivesawayfromthetwosidesofslidingbearingwhenmaintainingtheminimumfrictionlossesofthesystem，andthusplaysaroleinsealing．Thisresearchprovidesanewideaforthesealdesignofsuperhigh—speedspindleslidingbearing．Keywords：labyrinthseal；highspeedspindle；waterlubrication；fillingandpumpingsystem随

6、着机床高速切削技术的发展，诞生了电主轴这力，应采用非接触式密封以限制因摩擦产生的温升。一设计方案，它将电机的主轴和机床的主轴合为一迷宫密封属非接触式密封，用于滑动轴承两侧的密体，真正实现了主传动系统的零传动。这种设计方案封，可最大限度地减少超高速旋转的转子与密封装置理论上可提供更高的转速和更高的切削精度，但以油的摩擦损耗与发热。但迷宫密封不可避免地会存在泄做润滑剂时，电主轴作高速旋转时润滑油膜层与层之漏，为了防止水泄漏至电机造成电主轴的烧毁，本文间的黏性剪切力极大，油膜温升很高，过高的摩擦温作者借鉴航空发动机的密封思路，设计了带充、抽气升限制了主轴转速的进一步提升。系统的迷

7、宫密封，作为电主轴的主密封，可在使用非水是一种良好的润滑介质，水的黏度只有油的接触密封的同时完全避免水的内泄及外漏。1／100～1／20，用于超高速电主轴的润滑可有效地减1迷宫密封充、抽气系统结构及工作原理少油液内摩擦所产生的热量，因而有利于进一步提升带有充、抽气系统的迷宫密封的结构如图1，2主轴的转速。但因为水具有相对较低的黏度，在滑动所示。其工作原理为：图1左端滑动轴承泄漏出的轴承两侧的泄漏量也会更大一些。水，会进入迷宫密封的储水环槽。该迷宫密封从左往电主轴超高速旋转时，为了最大限度减少摩擦阻右依次有3个储水环