2025年数控机床主轴轴承润滑试题及答案

2025年数控机床主轴轴承润滑试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.数控机床高速主轴（转速＞8000r/min）轴承采用脂润滑时，最关键的性能指标是（）A.滴点B.锥入度C.基础油粘度D.机械安定性2.油气润滑系统中，压缩空气的主要作用是（）A.冷却轴承B.携带润滑油C.密封防尘D.以上都是3.某主轴轴承型号为7010C，内径50mm，工作转速12000r/min，采用油雾润滑时，推荐的润滑油运动粘度（40℃）范围是（）A.5-10mm²/sB.15-22mm²/sC.32-46mm²/sD.68-100mm²/s4.脂润滑主轴轴承的最佳填充量应为轴承内部空间的（）A.1/3-1/2B.1/2-2/3C.2/3-3/4D.填满整个空间5.以下哪种润滑失效模式与润滑不足直接相关（）A.接触疲劳剥落B.粘着磨损C.氧化变质D.乳化分层6.采用油气润滑的主轴轴承，当供油量过小时最可能出现的现象是（）A.轴承温度异常升高B.润滑脂溢出C.油雾浓度超标D.密封件膨胀7.滚动轴承油膜厚度计算公式h=1.6G⁰·⁶U⁰·⁷W⁻⁰·¹³α中，G代表的参数是（）A.材料弹性模量B.润滑油粘压系数C.速度参数D.载荷参数8.某主轴轴承工作温度80℃，选用润滑脂的滴点应至少高于（）A.100℃B.120℃C.150℃D.200℃9.以下润滑方式中，润滑介质利用率最高的是（）A.油浴润滑B.油雾润滑C.油气润滑D.脂润滑10.主轴轴承润滑系统设计时，不需要考虑的机床参数是（）A.主轴最高转速B.轴承预紧力C.加工工件材料D.环境温度11.脂润滑主轴出现周期性振动，最可能的原因是（）A.润滑脂填充过量B.润滑油粘度偏低C.密封失效进水D.轴承安装偏斜12.油气润滑系统中，油滴粒径应控制在（）A.0.1-1μmB.1-5μmC.5-10μmD.10-20μm13.采用油雾润滑时，若压缩空气含油量过高，会导致（）A.轴承润滑不足B.油雾发生器堵塞C.轴承腔内积油D.润滑油氧化加速14.滚动轴承最小油膜厚度与轴承寿命的关系是（）A.油膜越厚，寿命越长B.油膜越薄，寿命越长C.无直接关系D.存在最佳油膜厚度15.环保型主轴润滑技术中，可生物降解润滑油的主要成分是（）A.矿物油B.合成酯类油C.聚α烯烃D.硅油二、填空题（每空1分，共20分）1.数控机床主轴轴承常用的润滑方式包括脂润滑、______、______和喷射润滑。2.润滑脂的主要组成成分为基础油、______和______。3.油膜厚度计算中，关键参数包括润滑油粘度、______、______和材料弹性模量。4.油气润滑系统的核心部件包括______、______和油气混合器。5.脂润滑主轴的换脂周期主要取决于______、______和轴承工作温度。6.滚动轴承润滑失效的主要形式有______、______、氧化变质和污染磨损。7.高速主轴轴承采用角接触球轴承时，润滑方式选择需重点考虑______和______。8.润滑油的粘温特性用______表示，数值越大表示粘度随温度变化越______。9.主轴轴承润滑系统的密封设计需同时防止______和______。10.2025年新型智能润滑系统通常集成______传感器和______控制模块。三、判断题（每题1分，共10分）1.所有数控机床主轴轴承都可以用普通锂基脂润滑。（）2.油雾润滑的油气比（油/气质量比）越高，润滑效果越好。（）3.主轴轴承温度升高时，润滑油粘度会降低，需选择粘温特性好的油品。（）4.脂润滑轴承填充量越多，润滑效果越好。（）5.油气润滑的耗油量远低于油雾润滑，更适合环保要求高的场合。（）6.滚动轴承在边界润滑状态下，油膜厚度大于表面粗糙度。（）7.润滑系统设计时，应使最小油膜厚度大于轴承表面粗糙度的综合值。（）8.主轴启动阶段，由于转速低，润滑要求比稳定运行时低。（）9.可生物降解润滑油的氧化安定性一定优于矿物油。（）10.智能润滑系统可以通过温度传感器实时调整供油量。（）四、简答题（每题6分，共30分）1.简述油气润滑与油雾润滑的核心区别及各自适用场景。2.列举高速主轴轴承脂润滑的选型要点（至少5项）。3.分析主轴轴承润滑不足时的典型故障现象及检测方法。4.说明润滑油粘压系数对油膜形成的影响机制。5.2025年智能润滑系统通常具备哪些功能？请结合具体技术说明。五、计算题（每题8分，共24分）1.某主轴角接触球轴承型号为7012C，内径60mm，工作转速15000r/min，轴承节圆直径Dm=85mm，润滑油在工作温度下的动力粘度η=0.015Pa·s，轴承材料弹性模量E=2.1×10¹¹Pa，泊松比ν=0.3，轴承载荷P=5000N，接触椭圆长半轴a=0.5mm。计算该轴承的最小油膜厚度（注：公式h₀=1.6G⁰·⁶U⁰·⁷W⁻⁰·¹³α，其中G=αE'，U=ηu/E'R，W=P/(E'R²)，E'=E/[2(1-ν²)]，u=πDm·n/60）。2.某油气润滑系统为4套主轴轴承供油，单套轴承推荐供油量为0.05mL/h，系统设计供油周期为15min/次。计算每次供油时单套轴承的供油量及系统总供油量（注：需考虑连续供油与间歇供油的转换）。3.某脂润滑主轴轴承工作温度范围为60-90℃，环境湿度80%，转速8000r/min，轴承内径80mm。现有三种润滑脂：A（滴点180℃，锥入度280，抗氧化剂含量2%，抗水等级GB/T5018-20151级）；B（滴点220℃，锥入度320，抗氧化剂含量1%，抗水等级3级）；C（滴点160℃，锥入度240，抗氧化剂含量3%，抗水等级2级）。根据选型原则选择最优润滑脂并说明理由。六、综合分析题（每题13分，共26分）1.某数控机床主轴在运行3个月后出现以下现象：①轴承温度持续升高（从65℃升至85℃）；②主轴振动值增大（从0.02mm/s升至0.08mm/s）；③润滑系统油雾浓度传感器显示值低于设定下限。请分析可能的故障原因，并提出排查与解决措施。2.某企业拟采购一台高速加工中心（主轴最高转速25000r/min，轴承为7010C角接触球轴承，预紧力3000N，工作温度70±5℃），需设计配套的润滑系统。请完成以下任务：（1）确定润滑方式；（2）选择润滑油/脂类型及关键参数；（3）设计润滑系统的组成及控制逻辑；（4）提出维护保养要求。答案一、单项选择题1.C2.D3.B4.A5.B6.A7.B8.B9.C10.C11.A12.B13.C14.A15.B二、填空题1.油雾润滑、油气润滑2.稠化剂、添加剂3.滚动速度、接触载荷4.油泵、压缩空气源5.转速、润滑脂性能6.粘着磨损、疲劳剥落7.转速因子、发热量8.粘度指数、小9.润滑油泄漏、外界污染物侵入10.温度/振动、自适应三、判断题1.×2.×3.√4.×5.√6.×7.√8.×9.×10.√四、简答题1.核心区别：油气润滑是连续的油滴（1-5μm）随气流输送，油雾润滑是雾化的油颗粒（＜1μm）；油气润滑油利用率＞95%，油雾润滑约50%；油气润滑需单独油气管路，油雾可共用管路。适用场景：油气润滑用于超高速（dn＞2×10⁶）、高精度主轴；油雾润滑用于中高速（dn=1×10⁶-2×10⁶）、多主轴共享系统。2.选型要点：①基础油粘度（40℃时15-32mm²/s）；②滴点高于工作温度30-50℃；③机械安定性（滚筒安定性＜30锥入度变化）；④抗氧化性能（旋转氧弹时间＞300min）；⑤抗水淋性能（GB/T5018≥2级）；⑥稠化剂类型（锂基或复合锂基）。3.典型现象：轴承温度异常升高（＞80℃）、振动值增大（尤其是高频分量）、噪音尖锐；检测方法：红外测温仪监测温度分布，振动分析仪检测1-10kHz频段，油样分析（铁谱仪检测磨粒尺寸＞10μm），拆解检查轴承滚道划痕或粘着痕迹。4.粘压系数α表示润滑油粘度随压力升高的增长速率。在轴承接触区（压力可达1-3GPa），α越大，润滑油粘度升高越显著，形成的油膜越厚；高α值润滑油能在高压区保持足够粘度，避免金属直接接触；但α过高会增加摩擦功耗，需平衡选择（通常矿物油α=1.5×10⁻⁸Pa⁻¹，合成油α=2-3×10⁻⁸Pa⁻¹）。5.智能功能：①多参数感知（集成温度、振动、油位、压力传感器）；②自适应控制（根据主轴转速、负载实时调整供油量）；③故障预警（通过AI算法分析数据，预测润滑失效）；④远程监控（物联网模块上传数据至云端）；⑤自清洁（定时启动清洗程序，防止油泥堵塞）。例如某2025年系统采用边缘计算模块，当振动传感器检测到高频异常时，自动增加50%供油量并报警。五、计算题1.计算步骤：（1）计算E'=2.1×10¹¹/[2×(1-0.3²)]≈1.22×10¹¹Pa（2）计算u=π×85×15000/60≈66.76m/s（3）U=0.015×66.76/(1.22×10¹¹×0.0005)≈1.64×10⁻⁸（注：R=a=0.5mm=0.0005m）（4）W=5000/(1.22×10¹¹×0.0005²)≈1.64×10⁻⁴（5）假设α=2×10⁻⁸Pa⁻¹（合成油典型值），G=2×10⁻⁸×1.22×10¹¹=2440（6）h₀=1.6×2440⁰·⁶×(1.64×10⁻⁸)⁰·⁷×(1.64×10⁻⁴)⁻⁰·¹³≈1.6×(2440^0.6≈130)×(1.64e-8^0.7≈2.8e-6)×(1.64e-4^-0.13≈2.5)≈1.6×130×2.8e-6×2.5≈1.46×10⁻³mm=1.46μm2.计算：（1）单套轴承每小时需油量0.05mL，15min=0.25h，每次需油量=0.05×0.25=0.0125mL/次（2）4套总需油量=0.0125×4=0.05mL/次3.选择B润滑脂：（1）滴点220℃＞90℃+50℃=140℃，满足要求（A滴点180℃接近上限，C不足）；（2）锥入度320属于NLGI1级，适合中高速（8000r/min）轴承（280为NLGI2级偏硬，240为NLGI3级过稠）；（3）抗水等级3级优于A的1级（高湿度环境需强抗水性）；（4）抗氧化剂含量1%虽低于C的3%，但B的高滴点和合适锥入度更关键（高温下基础油蒸发比氧化更易导致失效）。六、综合分析题1.故障分析：（1）可能原因：①油雾发生器堵塞（导致供油量不足）；②压缩空气压力不足（油雾输送不畅）；③轴承密封失效（润滑油泄漏）；④润滑油粘度选择不当（高温下稀释流失）；⑤油雾浓度传感器故障（误报）。（2）排查措施：①检查油雾发生器滤芯和喷嘴是否堵塞；②用气压表检测压缩空气压力（应≥0.4MPa）；③观察轴承端盖是否有油迹（判断泄漏）；④检测润滑油40℃粘度（应在设计值±10%内）；⑤用手动油雾检测仪校准传感器。（3）解决措施：清理油雾发生器，调整压缩空气压力至0.5MPa，更换老化密封件，确认润滑油粘度为22mm²/s（40℃），校准传感器参数。2.系统设计：（1）润滑方式：选择油气润滑（dn值=50×25000=1.25×10⁶，属于高速范围，油气润滑冷却效果好，油利用率高）。（2）润滑油选择：合成酯类油（40℃粘度22mm²/s，粘度指数＞140，闪点＞250℃，可生物降解）。（3）系统组成：①油气发生单元（定量泵、压缩空气处理模块）；②管