密封深沟球轴承的密封技术_蔡素然

非接触式密封圈密封原理为间隙密封, 一般 来说 , 密封曲路越长 , 间隙量越小 , 密封效果越好 , 但间隙量受加工精度限制 , 密 封曲路的长度受 密 封槽结构限制 , 不可能无限长 , 设计时应根据轴承 的尺寸大小 、具体 结构而定 。 一般间隙量直径 方 向取 0.2 ～ 0.6 mm, 间隙不宜过小 , 以免密封槽的 形状 、位置公差和密封圈的变 形使唇部与轴承 挡 边和密封槽接触 , 增大摩擦力矩 , 产生过热。 同 时 , 若密封槽过宽 , 密 封曲路过长 , 密封圈和保 持 架易产生干涉 。 2.3.2 接触式密封结构设计[ 1]
内 、外圈沟位置尺寸应严格控制在公差范 围 内 , 否则会造成内 、外 圈密封槽前后 错位 , 特别 是 对非基准面的密封槽影响更大 。沟对端面平行度 影响轴承端面侧摆 , 若过大 , 轴承在运转过程中容 易产生轴向窜动 , 使轴承内部 的油脂沿轴向反 复 出现吸入 、吐出现象 , 导致润滑脂加剧泻出 。 由于 灰尘附着在密封唇泄漏的油脂上 , 在轴向窜动 引 起的反复吸入 、吐出的过程中 , 使带尘脂与内部脂 交溶在一起 , 使轴 承的防尘性能 进一步恶化 。 即 使唇部无泄漏的油脂 , 轴承的 轴向窜动加剧轴 承 内空气的吐出和吸入 , 仍会将 含有灰尘的空气 吸 入轴承的内部 , 造成防尘失效 。
深沟球轴承的保持架主要由钢球引导, 如果 保持架的加工精度达不到要求 , 轴承在运转过 程 中 , 有可能出现保持架和 内 、外圈接 触现象 , 试 验 中会发现轴承振动噪声大 , 温升高 , 接触磨损产生 的局部热致使润滑脂失效变黑 ;另一种情况是 保 持架 、密封圈加工精度都 不高 , 而且 内 、外圈密 封 槽位置有偏差 , 导致保持架兜 孔与密封圈发生 摩 擦 , 使得密封圈变形磨损 , 同时局部 产生高温 , 使 润滑脂失效变黑 。 3.4 内 、外圈沟位置和沟对端面平行度[ 2]
外圈密封槽起固定密封圈的作用, 内圈密封 槽起保证密 封间隙或过盈量的作用 , 因而密封 槽
蔡素然等 :密封深沟球轴承的密封技术
· 3·
尺寸精度 、形位公差直接影响 成品轴承的密封 性 能 。车加工阶段对密 封槽尺寸精度 、形位公差 要 严格控制 , 否则 会造 成密 封槽 宽窄不 一 , 深浅 不 等 , 圆度 、同轴度误差过大 , 内 、外圈密封槽轴向错 位 , 密封 槽不在同一平面内等 。再者 , 内 、外圈 热 处理时也要严格控制变形 , 否 则会造成轴承装 配 后 , 密封圈定位不牢而与密封槽发生相对转动 ;密 封间隙或过盈量过大或过小 ;轴承运转时产生 较 大的轴向窜动等 , 这些都将严 重影响密封轴承 的 密封性能 。 3.2 内圈外倒角尺寸
间隙过大 , 密封圈和外圈会发生相对转动 , 严重时 外圈有漏脂现象 , 一般间隙量为直径方向取 0.1 ～ 0.2 mm左右 。
图 1 外圈密封槽与密封圈外径唇部配合副结构
2.3 内圈密封槽和密封圈唇部配合副结构设计 2.3.1 非接触式密封结构设计
密封性能的好坏与其密封结构有很大关系 , 非 接触式密封内圈密封槽和密封圈唇部配合副采用结 构如图 2所示 。该结构为内圈带密封槽 , 利用动压 密封原理 , 即轴承内圈以一定速度旋转时 , 在槽中形 成动压效应 , 即 b区压力高于 a区和 c区 , 形成的压 差 Vba阻止脂的漏失和灰尘的进入 , 使轴承具有良好 的防止外界杂质进入及润滑脂泄漏的效果 。轴承停 止运转时 , 形成静压曲路密封 ,由于其密封回路长而 曲折 , 密封唇与内圈槽吻合性好 , 密封效果良好 。但 缺点是对轴承和轴承内圈密封槽的加工精度要求较 高 , 对轴承的轴向游隙较敏感 。
摘要 :密封深沟球轴承密封性能不仅与密封结构有关 , 而且 与轴承 的设计 、加工 、密封 圈材料 、润滑 脂及填 脂量 等因素相关 。 根据轴承实际工作 条件 , 选取合适的密封结构 , 合理的设计参数 , 严格控 制加工质量 , 严把 外购保 持架 、密封圈 、润滑脂等质量关 , 方能有效提高其密封性能及质量 。 关键词 :密封深沟球轴承 ;设计 ;加工 ;密封 圈 ;润滑脂 ;密封性能 中图分类号 :TH133.33+1;TE626.4 文献标志码 :B 文章编号 :1000-3762(2009)05 -0001 -04
密封深沟球轴承具有抗污染 , 防尘埃 , 简化主 机结构 , 便于安装和维护 等优点 , 在 电动机 、家 用 电器 、汽车 、摩托车 、航空 、航天等领域应用广泛 。 同时 , 用户对轴承的质量要求也越来越高 , 不仅要 求轴承具有高精度 、长寿命 , 而且还要求轴承具有 低振动 、低噪声 , 温升 、漏脂 、防尘各项性能指标良 好 。在一些配套主机上 , 轴承的早期失效 , 往往不 是材质引起的疲劳破坏 , 而是 污染物进入轴承 内 部后润滑脂质量逐渐变坏 , 在 滚动接触面上产 生 压痕所致 , 因此密封深沟球轴承密封性能的好坏 , 已成为影响主机性能的主要因素之一 。
1 密封结构形式与分类
轴承的密封结构有很多种 , 使用条件不同 , 密封 结构也有很大差别 。通用密封球轴承密封结构一般 按挡边结构分为内圈无槽式 、内圈有槽式和内圈直 台式 3种 。内圈有槽式密封结构的密封性能较内圈 无槽式密封结构优越 , 但对轴承的加工精度要求较 高 ;内圈无槽式密封结构 , 加工简单 , 成本较低 。 按 密封圈内径唇口结构分为单唇 、双唇 、三唇 、多唇等 , 一般双唇比单唇结构密封性能要好 , 密封性能要求 高的使用场合 , 要选用三唇 、多唇密封结构 。按密封 圈内径唇部是否与内圈接触可分为接触式密封和非 接触式密封两大类 。接触式比非接触式密封性能要 好 , 接触式密封结构一般用于防水防雾等密封性能 要求严格的场合 ;非接触式密封结构一般用于摩擦 力矩要求较低的场合 。
接触式密封圈内径唇部与内圈配合后应具有 较小的的摩擦 , 较低的温升 , 良好的存脂和密封性 能 , 因此 , 此种密封圈内径唇部的设计主要是接触 方式和变形量的设计 。 接触唇与挡边的接触量选 取要合适 , 接触唇弯曲变形量要适当 , 变形量过大 不仅会使摩擦力矩增大 , 轴承的工作温升增高 , 还 会加速密封唇的磨损 ;接触变形量过小 , 又会由于 有关配合部 位的制造形位误差使密 封唇脱开 , 降 低轴承的密封性能 , 根据不同的尺寸 , 一般侧向过 盈量为 0.15 ～ 0.5 mm。
2 密封深沟球轴承设计技术
密封深沟球轴承是基型深沟球轴承的延伸 ,
收稿日期 :2008 -11 -25;修回日期 :2008 -12 -04
除内 、外圈密封槽 , 内 、外圈沟道 对两端面对称 度 要求不同外 , 其余均与基型深沟 球轴承设计完 全 一致 。 2.1 内 、外圈密封槽设计
内 、外圈密封槽设计时 , 密封槽处要具有足够 的刚度 , 使密封圈装 配后外径不出 现椭圆 。 在 保
证密封槽处止口有足够的刚度和密封圈不与保持 架碰撞的同时 , 应尽可能使轴承的密封空间最大 。 基本遵循原则有 :
(1)安装防尘盖和密封圈的内 、外圈密封槽取 统一设计 。
(2)内 、外圈密封槽止口最小宽度一般取 0.5 mm。
(3)外圈密封圈槽底处套圈最小壁厚不小 于 [ 0.09(D-d)-1] mm。
设计外 圈密 封槽 和密 封圈外 径唇 部配 合 副
时 , 应遵循非接触式密封圈与接 触式密封圈外 径 密封唇取统一原则 ;其次 , 密封圈与外圈密封槽的 配合要牢固可靠 , 不允许油 脂漏出 ;再 者 , 密封 圈 外径与轴承外圈密封槽直径之间的 间隙要合适 ,
· 2·
《轴承 》 2009.№ .5
密封圈内径部分由 3个唇组成 , 中间唇为接触唇 , 两侧的唇为 非接 触唇 ;密封 曲路 长 , 具有 动压 效 果 , 在接触唇和外侧非接触唇之间开有一个槽 , 起 压力缓冲和润滑脂的储存作用 , 且多唇密封 , 曲路 较长 。 接触密封唇紧贴内圈 V形槽的倾斜部分 , 依靠接触唇弯曲变形产生的弹力进 行接触密封 , 由于是侧向接触 , 接触压力小 , 摩擦力矩和温升较 低 , 同时密封圈磨损后可以 回弹 , 因此 , 接触唇 与 内圈槽始终 能保持良好的接触 , 从而密封性能 良 好 , 缺点是对密封槽的精度要求高 , 对轴承的轴向 游隙较敏感 。
轴承内圈外径 (或槽 )与密封圈内径唇口配合 从而保证密封效果 , 一般密封 圈内径唇口尺寸 较 窄 , 轴承内圈外倒角设计尺寸较小 , 如果外倒角加 工尺寸大于设计尺寸 , 轴向密封尺寸将减小 , 密封 曲路缩短 , 密封槽的缓冲作用将不复存在 , 会严重 影响密封效果 , 同时 , 对内圈带槽轴 承 , 如果外 倒 角加工尺寸过大 , 热处理时内圈止口容易嘣口 , 所 以应严格控制内圈外倒角加工尺寸 。 3.3 保持架加工精度
另外, 无论是非接触式密封结构还是接触式 密封结构的 设计 , 都要考虑到游 隙对轴承轴向 密 封间隙的影响 。 在大 游隙下 , 设 计的轴向密封 间 隙一定要大于内 、外圈由于游隙引起的轴向位移 , 否则 , 容易产生润滑脂泄漏和温升过高现象 , 使轴 承的密封性能下降 。
图 2 内圈密封槽与密封圈唇部配合副非接触式结构
ICSNSN411-00101-483/7T6H2 轴Be承arin g22000099年, N5o期.5 1 -4
产品设计与应用
密封深沟球轴承的密封技术
蔡素然 , 王景华 , 孙立明
(洛阳轴研科技股份有限公司 产品开发部 , 河南 洛阳 471039)
(4)保持架与密封圈内径唇部最小距离不 小 于 0.3 mm。
(5)内 、外圈密封槽形设计基准是沟位置中心 线 , 为了有利于提高密封圈轴向装配位置精度 , 外 圈密封槽的定位基准选为直面 。 2.2 外圈密封槽和密封圈外径唇部配合副结构设计
最新采用的外圈密封槽和密封圈外径唇部配 合副结构形式如图 1所示 。该结构的特点为 :密封 圈采用轴向定位 , 侧 向压缩的定位 配合方法 。 其 装配容易 , 缺点是对密封槽尺寸精度要求较高 , 但 近年来随着 国内加工水平的提高 , 密封槽尺寸 精 度已能得到有效保证 。