森吉米尔轧机轴承双唇骨架密封圈设计

2015-07-31彭松邵元昭王晓明

轴承 2015年10期

关键词：外径外圈密封圈

彭松，邵元昭，王晓明

(洛阳森诺精密轴承有限公司，河南洛阳 471003)

符号说明

B1——外挡圈除小台阶后的宽度，mm

B2——密封圈宽度，mm

B3——骨架宽度，mm

d1——外圈挡边内径，mm

d2——密封圈内径，mm

d3——骨架内径，mm

D1——外挡圈外径，mm

D2——密封圈外径，mm

D3——骨架外径，mm

H1——主唇与外挡边接触点至密封圈边缘的距离，mm

H2——副唇与外挡边接触点至密封圈边缘的距离，mm

R——外挡圈外径倒角，mm

R1——两密封唇唇边的过渡圆角，mm

R2——副唇边根部的过渡圆角，mm

R3——主唇边根部的过渡圆角，mm

S——密封圈与骨架贴合处厚度，mm

S1——骨架厚度，mm

θ1——主唇唇边1角度，(°)

θ2——主唇唇边2角度，(°)

θ3——副唇唇边1角度，(°)

θ4——副唇唇边2角度，(°)

θ5——主唇根部过渡处角度，(°)

δ1——密封圈外径面与外圈挡边内径面配合的过盈量，mm

δ2——密封圈内径面与外挡圈外径面配合的过盈量，mm

森吉米尔轧机轴承用于冷轧薄板机上，其工作环境十分恶劣。在采用乳化液润滑的开式轴承时，外界的杂质和有害气体会进入轴承内部，对零件造成损伤，降低轴承使用寿命。采用循环油润滑的密封轴承，内部的工作环境更清洁，润滑更充分，从而可提高轴承使用寿命。目前，带密封的森吉米尔轴承大多采用带弹簧骨架的旋转唇形密封圈[1]，这种密封圈使用效果良好，但结构相对复杂，且轴承修复时常需要更换密封，因此经济性差。为此，设计出一种新型的双唇骨架密封圈，结构简单，密封效果好，且加工成本较低。

1 轴承工况及对密封圈的设计要求

森吉米尔轧机轴承工作时外圈旋转，根据轧机和轴承类型的不同,转速为150～850 r/min，甚至更高，而内圈不旋转；最高温升可达到50 ℃;采用循环油润滑，为了保证润滑充分，轴承内部的油压一般保持在0.15～0.25 MPa。主机厂在轴承上机前都要对密封圈进行耐压测试，测试压力为0.4 MPa，且上机后需去除检修时的在线使用寿命(至少3个月)。由此可知，密封圈除了具有耐磨、耐高温性能以外，还必须有良好的耐压性能。为满足使用效果和寿命，密封圈对结构和使用材料都有很高的要求。

2 密封圈设计

2.1 安装部位

森吉米尔轧机轴承的结构如图1所示，润滑油经内圈上的油孔进入轴承内部以后(为防止油从轴承内径面泄漏，轴承外挡圈内径面上有2个O形密封圈)，再经过外挡圈端面上的缺口回到油腔，从而形成一个循环油润滑系统。外圈挡边和外挡圈外径面之间的间隙会导致润滑油的泄漏，因此骨架密封圈必须安装在此位置。

1—外圈； 2—外挡圈；3—O形密封圈；4—内圈图1 森吉米尔轧机轴承及密封圈示意图

2.2 骨架密封圈结构的确定

骨架密封圈应用广泛，效果良好，根据使用场合和工况，改进设计出很多不同的结构。文中设计的骨架密封圈在结构上采用主唇加副唇的双唇形式，主唇能防止内部润滑油的泄漏，副唇对主唇的功能起到增强作用。密封圈内部带一骨架，能增强密封圈的强度，使密封圈长期保持原有形状和张力。

2.3 外形尺寸的确定

2.3.1 成品配合尺寸的确定

密封圈成品的外形如图2所示，具体尺寸为

图2 密封圈成品示意图

B2=B1-r，

(1)

D2=d1+δ1，

(2)

d2=D1-δ2。

(3)

森吉米尔轧机轴承常用型号不多，不同外径对应δ1和δ2的选取见表1。

表1 δ1和δ2的取值 mm

2.3.2 密封圈外形尺寸的确定

密封圈的外形如图3所示，各尺寸参数如下：H1=(0.75～0.85)B2；H2=(0.35～0.45)B2；θ1=42°～48°；θ2=22°～28°；θ3=22°～28°；θ4=42°～48°；θ5=28°～32°；S=0.5～1 mm；R1=0.25；R2=R3=0.5,其余连接相交处均圆滑过渡。

图3 密封圈外形图

其尺寸的计算系数和角度根据经验取得，设计时可调整。

2.3.3 骨架尺寸的确定

骨架的外形如图4所示，具体尺寸为

图4 骨架外形图

B3=B2-2S，

(4)

d3=d2+2S，

(5)

D3=d3+(0.65～0.75) (D2-d2)，

(6)

S1=1.5～2.5 mm。

(7)

骨架的外径和厚度对密封圈的整体强度影响较大，在满足设计空间的情况下，尽量取最大值。

2.4 材料选用

根据轴承的使用工况，为提高密封圈使用寿命，密封圈材料建议选用具有较好耐磨性及耐高温性能的氢化丁腈橡胶，骨架材料选用10#低碳钢板即可。

2.5 配合位置的尺寸精度及表面粗糙度

密封圈的使用效果除与自身结构和材料有关以外，也与配合位置的尺寸精度及表面粗糙度有关。该结构密封圈配合尺寸有外圈挡边内径d1和外挡圈的外径D1,挡边内径面与唇边接触，椭圆度及壁厚差建议控制在0.1 mm以内，表面粗糙度Ra控制在0.8～1.6 μm；外挡圈外径面的椭圆度控制在0.15 mm以内，表面粗糙度Ra控制在0.8～3.2 μm。轴承加工中，外挡边内径面和外挡圈外径面经多次磨削，可满足上述要求。

2.6 安装要求

双唇骨架密封圈的双唇边与接触位置的状态对密封的效果起至关重要的作用。为保证唇边与外圈挡边良好接触，安装时，首先要采用工具将密封圈的外侧面压至与外挡圈外径面上凸台的内侧面接触，并保证紧密均匀；然后将带有密封圈的外挡圈压装到轴承的外圈挡边上，压装时，应适当用力，避免损坏唇边，将密封圈压装到外圈挡边上以后，用一字螺丝刀将唇边捋一圈，从而确保唇边不翻。