中小型深溝球軸承密封技術設計

錢亞明,章寶明

(新昌縣產品質量監(jiān)督檢驗所,浙江 紹興 312500)

中小型深溝球軸承密封技術設計

錢亞明,章寶明

(新昌縣產品質量監(jiān)督檢驗所,浙江 紹興 312500)

我國的軸承技術隨實際市場需求,正在向軸承密封化進展,其中密封深溝球軸承,應用面最廣.從歷年質量技術監(jiān)督部門組織的監(jiān)督抽查情況來看,反映的密封性能方面的問題較多.密封效果不夠理想,漏脂現象嚴重,用戶反映強烈.本文主要針對影響中小型深溝球密封軸承的密封性能的各項因素進行分析,從而選出適合的密封結構、密封圈材料、潤滑油脂、填脂量等,目的是延長中小型深溝球軸承的實際使用壽命.

深溝球;密封技術;密封效果

檢測密封軸承的重要技術指標是檢測軸承的密封性能,主要體現在軸承的漏脂、防塵、溫升等方面.軸承在不同的用途下對密封性能的要求也不同,軸承密封性能達不到使用要求,會嚴重影響軸承的使用壽命.國產軸承技術隨著應用市場需求,正不斷向軸承密封化發(fā)展,其中中小型密封深溝球軸承產量最大,應用面最廣.根據國家質檢總局組織的滾動軸承國家監(jiān)督抽查結果來看,目前國產軸承在密封性能方面存在問題.在部分配套主機上軸承的早期失效,其原因不是軸承材質的磨損導致的,而是一些污染物進入軸承內部破壞軸承的潤滑效果,破壞軸承工作面接觸面.密封深溝球軸承密封性能好壞對主機性能的影響十分明顯.

1 影響軸承密封性能的因素

1.1 密封材料對軸承密封性能的影響

據了解,目前中小型深溝球軸承的密封材料有丁腈橡膠、氟橡膠、氫化丁腈橡膠和丙烯酸酯橡膠等材料.對于一般洗衣機、潛水泵、摩托車、縫紉機上使用的中小型深溝球密封軸承來說,由于軸承的轉速小于3000r/min,而且溫度低于130℃,所以一般選價格稍低的丁腈橡膠就能滿足要求.

通過查找設計手冊,上述各種材料的使用溫度范圍排列為:氟橡膠gt;丙烯酸脂gt;氫化丁腈橡膠gt;丁腈橡膠.故對溫度要求較高地方,對密封材料的耐油、耐溫、耐老化、耐磨和彈性等性能要求較高.一般的丁腈橡膠不耐高溫,不適合;氟橡膠雖然性能好,但是價格昂貴,也不宜采用.氫化丁腈橡膠和丙烯酸酯橡膠綜合性能好,價格適中,性價比高.丙烯酸酯橡膠比氫化丁腈橡膠耐高溫,軸承的密封材料使用較多.

1.2 密封結構對密封性能的影響

密封深溝球軸承的密封結構形式常見的有內圈直臺式、內圈有槽式、內圈無槽式等.內圈直臺式結構的密封深溝球軸承加工工藝較為簡單,小微型軸承使用較多,但是內圈直臺式結構的密封深溝球軸承密封性能對軸承零件加工精度及密封圈質量比較敏感,所以其防塵和漏脂效果不佳.

對比內圈有槽式與內圈無槽式密封深溝球軸承,內圈有槽式密封性能有明顯的優(yōu)點.內圈有槽比內圈無槽式密封曲徑更長,這有效的防止軸承內部潤滑脂的滲漏、外部灰塵的進入,有效提升密封性能.但是內圈有槽式密封結構形式在加工制造過程中難度較大,因為加工內圈密封槽,加工精度要求也較高,制造成本也有所提高.內圈無槽式密封深溝球軸承加工工藝就顯得簡單多了,生產工序也減少,在保證加工精度的情況下,也能使其有很好的密封性能.

1.3 密封結構形式與潤滑劑的匹配性對軸承密封性能的影響

中小型密封深溝球軸承中的潤滑油脂的作用就是要保證軸承有足夠的潤滑,保證軸承有較長的使用壽命.選擇潤滑油脂要通過了解軸承的使用用途、使用場合和使用條件來選擇.一般遵循以下特點:具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和流動性、優(yōu)良的純度、優(yōu)良的防銹、耐高低溫性、耐壓性、與密封圈用橡膠有良好的匹配適應性等.

目前在用的低噪音密封軸承用油脂可以分為以下三類:通用低噪音電機軸承潤滑脂、高溫長壽命低噪音軸承潤滑脂、低溫高速軸承潤滑脂.

據查相關資料,從使用的綜合性能考慮,密封軸承的最佳注脂范圍是20%～40%.在軸承應用中,特別是高速運轉下,大部分潤滑脂被擠在密封圈、外圈擋邊和保持架上,軸承動空間幾乎沒有油脂,油脂全部集中在靜空間.而軸承潤滑不是依靠潤滑脂進入滾道,而是依靠從油脂中析出的基礎油進行潤滑.若加脂量太少,使用中容易造成潤滑不良,導致早期失效.為使軸承腔內的油脂分布均勻,在軸承裝配完成后,要在一定的轉速下進行勻脂,時間一般在1～3min,使甩出軸承內過多的油脂,保留的油脂分布均勻.軸承的漏脂一般發(fā)生在使用早期,一定時間后漏脂速度減慢,達到平衡狀態(tài)后,漏脂的量極少,甚至基本不漏.所以說,要想降低軸承的漏脂率就必須在使用前對軸承進行勻脂.

密封軸承密封性能影響較大的兩大因素表現在密封軸承的橡膠密封圈的材質和加工精度,密封圈材料的選擇一定要根據軸承的實際使用情況.密封圈要求骨架有良好的剛度,材質均勻,表面經過防銹處理,并保證尺寸精度.橡膠材質要均勻,物理性能符合要求,并要有一定的彈性和硬度,而且需要和潤滑脂及防銹油匹配,與骨架要牢固粘接,密封圈的結構形狀和尺寸精度要符合標準要求.

2 中小型深溝球軸承密封技術設計

2.1 密封結構的設計

軸承的密封結構在不同的使用條件下,其密封結構也不相同.軸承的密封結構一般情況下有內圈無槽式、內圈有槽式和內圈直臺式三種.內圈有槽式密封結構相比內圈無槽式密封結構性能較優(yōu),但是內圈有槽式密封結構的加工精度要求高,導致制造成本高.按密封圈內徑唇口結構一般分為單唇、雙唇、三唇、多唇,從密封性能來看多唇gt;三唇gt;雙唇gt;單唇,因此對軸承密封性能要求高的情況下要選用多唇結構.

2.2 制造工藝的選擇

內外圈的密封槽既是固定橡膠密封圈(外圈密封槽),又是保證配合間隙或過盈作用(內圈密封槽)的要求,其尺寸與形位公差都很重要,主要靠成形刀具來保證.如果密封槽的尺寸精度、形位精度,內、外徑倒角,內、外溝槽位置和對端面的平行度不好,在裝配后就會出現非接觸部位相磨,間隙過大或過小,接觸唇接觸面不能保證,密封圈在外圈密封槽定不住位,產生轉動,以上現象都會嚴重影響軸承的密封性能.

密封圈的結構、材質和制造精密度是影響中小型深溝球密封軸承性能的重要因素.其材質、精度對密封軸承的密封性能有很大的影響,因為軸承試驗或使用過程中,其內部壓力和溫度高于外部的壓力和溫度,密封圈特別是唇口要承受較大的壓力,如果強度和彈力不夠,唇口會外翹變形,所以密封圈的骨架要有良好的剛性,橡膠要均勻,物理性能符合要求,要有一定的硬度和彈性,與骨架粘接要牢固,結構形狀和尺寸精度要符合要求.

2.3 潤滑油脂的選擇

密封軸承中潤滑脂的填充量對三項密封性能和軸承的使用壽命的影響都很大.填脂量少,對三項密封性能有利,但是使用中容易造成潤滑不良,導致軸承早期失效,影響到壽命可靠性.填脂量過多,運轉中達到飽和狀態(tài)后,多余的脂在受到擠壓情況下全部漏出.實際上軸承在工作中,軸承大部分潤滑脂被擠在密封圈外套圈擋邊和保持架上,軸承的動空間幾乎沒有脂,脂全在靜空間.

填脂量對防塵影響是隨著填脂量的增大,灰塵侵入量也增多,防塵性能降低.當填脂多時,軸承腔內飽和后,漏出的脂一般粘附在密封圈與內圈之間密封部位外側,外界灰塵粘附在漏出的脂上,隨著軸承運轉時產生的軸向竄動,使部分已粘附灰塵的脂吸入軸承內部,隨著填脂量增多,漏脂量也增多,侵入軸承腔內的灰塵也越多,其防塵性能也越差.

油脂的分布不均勻對其密封性能也有很大的影響.注脂機精度達不到要求,沒有控制填脂量,沒有兩面注脂,從造成軸承內部脂的分布不均,即使填的量不多,也會出現局部飽和造成局部大量漏脂.填脂量的誤差應該控制在正負5%之內.

3 結語

綜合考慮國內外密封軸承結構及密封方式的有關資料,結合國內軸承產品特點,對當前我國中小型密封深溝球軸承的設計、生產得出以下結論.

(1)軸承外圈密封采用國內帶有密封槽結構,軸承內圈結合國內的研究資料和成果,為了提高產品的密封效果,采用內圈帶有密封槽的結構.如果采用內外圈都帶有密封槽的結構,在加工內外圈密封槽的時候,應保證密封槽的加工精度.(2)密封圈各部分的密封長度上,根據用戶的要求以及產品的使用環(huán)境考慮,采用不同的密封條件.(3)密封圈形式根據國內外的資料表明,三唇密封圈結構的密封效果最好,應優(yōu)先選用.(4)根據密封軸承的使用條件及環(huán)境合理選擇潤滑脂,并采用高精度注脂機雙面注脂,并嚴格控制填脂量,將填脂量控制在標準要求的中、下限,對密封軸承進行充分的勻脂,勻脂時間為1～3min.

綜上所述,中小型深溝球軸承的密封性能是涵蓋了設計、制造、材料選擇等一系列綜合性要求的結果,只有每一個環(huán)節(jié)都全面考慮,才能達到所需求的結果.

[1]李溢明.深溝球軸承的密封[J].機電工程技術,2010,(07):150-153.

[2]蔡素然,王景華,孫立明.密封深溝球軸承的密封技術[J].軸承,2009,(5):1-4.

[3]錢寒東.《油封橡膠材料的選擇》[J]世界橡膠工業(yè),2015,(10):48-52.

TH133.3

A

1671-0711(2017)11(下)-0086-02