鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

李銀玉，吳敬

(沈陽工學(xué)院，遼寧沈陽 110005)

某公司一臺臥式鏜床，型號W200A，主軸直徑φ200 mm，最大加工孔直徑φ500 mm，加工孔長度1 600 mm，其主軸密封結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主軸與床身之間共設(shè)置4 道密封，由外向里第1 道密封是氣體密封，由主軸1 和主軸端蓋2 組成，通過壓縮空氣在主軸1 和主軸端蓋2 之間的縫隙內(nèi)產(chǎn)生向外的氣簾，阻止灰塵進入;第2 道是迷宮密封，由軸承壓蓋3 和迷宮密封環(huán)4 組成，利用流體在經(jīng)過狹窄而曲折的迷宮時所產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來實現(xiàn)密封目的;第3 道是油溝密封，由主軸1 和軸承壓蓋3 組成，利用兩者之間的小間隙的節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生密封作用;第4 道是甩油環(huán)密封，由主軸1 和軸承壓蓋3 組成，利用主軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力將流體甩出實現(xiàn)密封。密封的作用是對內(nèi)防止?jié)櫥屯庑?，對外防止灰塵和鐵屑入內(nèi)。該鏜床運轉(zhuǎn)多年，逐漸發(fā)現(xiàn)主軸端蓋附近有潤滑油滲漏，將軸承壓蓋拆開，檢查密封元件及潤滑油，發(fā)現(xiàn)存在灰塵和污垢。可見該鏜床主軸密封處存在密封不嚴(yán)問題。

圖1 主軸密封結(jié)構(gòu)示意圖

1 原因分析

該鏜床出現(xiàn)主軸密封不嚴(yán)現(xiàn)象，其原因有兩個:其一是機床使用多年，密封元件有磨損，導(dǎo)致密封不嚴(yán);其二是原密封結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在先天不足，影響密封效果。

第1 道氣體密封由主軸1 和主軸端蓋2 組成，主軸端蓋上設(shè)一個徑向孔，內(nèi)圓設(shè)一道環(huán)形槽，氣體通過徑向孔進入環(huán)形槽，形成環(huán)形氣流，向外噴出，阻止外界灰塵進入。由于徑向孔僅為一個，在孔的附近氣流壓力較大，而遠離徑向孔之處，氣流壓力較小，這樣就存在氣流壓力小的部位密封效果較差的現(xiàn)象，主軸直徑越大，弊端越嚴(yán)重。

第2 道迷宮密封是單道迷宮密封，迷宮數(shù)量與密封效果有關(guān)，迷宮數(shù)量越少，密封效果越差。

2 改進設(shè)計

組成主軸密封的元件有主軸、軸承壓蓋、主軸端蓋和迷宮密封環(huán)等。主軸結(jié)構(gòu)不易改動，僅對軸承壓蓋、主軸端蓋和迷宮密封環(huán)等零件進行改進設(shè)計。

改進設(shè)計后的主軸密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示。對第1道氣體密封進行改進，對主軸端蓋2 進行結(jié)構(gòu)改進。主軸端蓋是組成氣體密封的元件，在主軸端蓋的內(nèi)圓和外圓上各加工一個環(huán)形槽，對應(yīng)環(huán)槽加工若干個徑向孔，氣體首先進入外環(huán)槽，再由徑向孔進入內(nèi)環(huán)槽，在內(nèi)環(huán)槽里環(huán)向形成多個氣源，流動的氣體壓力基本均勻，可以保證主軸在整個圓周方向都具有良好的密封效果。所有徑向孔的尾端向外傾斜一個角度，增強氣流向外噴出的效果。

圖2 改進后主軸密封結(jié)構(gòu)示意圖

第2 道密封由原迷宮密封改為甩油環(huán)密封，對原迷宮密封環(huán)4 進行結(jié)構(gòu)改進，改成甩油環(huán)4，外圓加工3 道不等邊鋸齒形環(huán)槽用于甩油，鋸齒的方向與潤滑油流動方向相反，不等邊鋸齒形環(huán)槽，在將流體甩出時，具有導(dǎo)向功能，阻止?jié)櫥拖蛲饬鲃?，防止?jié)櫥拖蛲鉂B漏，強化密封效果。

第3 道密封和第4 道密封的密封結(jié)構(gòu)涉及主軸結(jié)構(gòu)，故不進行改動。

3 結(jié)束語

分析主軸密封存在的問題，對密封元件進行改進，在主軸端蓋上增加若干個徑向孔，保證氣流壓力均勻，增強氣流向外噴出能力，獲得較好的氣體密封效果;將原迷宮密封改為由不等邊鋸齒形環(huán)槽組成的甩油環(huán)密封，利用不等邊鋸齒形環(huán)槽的導(dǎo)向功能，阻止?jié)櫥拖蛲鉂B漏，使密封性能進一步改善。改進后的密封結(jié)構(gòu)簡單、易加工，不涉及外部系統(tǒng)，不涉及主軸的變化。改進后，使用一段時間檢查發(fā)現(xiàn)，滲油現(xiàn)象消失，軸承潤滑油比較清潔，可見密封性能明顯改善。