汽车传动轴用轴承的抗泥浆复合密封结构设计与试验

2016-07-26赵坤苏达士

轴承 2016年10期

赵坤，苏达士

(1．慈兴集团有限公司技术中心，浙江宁波 315301；2．上海中隆轴承有限公司技术中心，上海 214000)

汽车传动轴用轴承作为重要零部件，其性能对汽车行驶性能影响很大。而轴承的密封失效往往是导致该类轴承使用寿命达不到要求的主要因素之一。为此，设计了恶劣环境下汽车传动轴用6009W19轴承的抗泥浆密封结构。经批量使用，轴承密封结构性能良好，满足使用要求。

1 汽车轴承的密封结构

1.1 防尘盖

常规的防尘盖为钢板冲压型，防尘盖与动圈(一般指内圈)不接触，留有较小的间隙，通常称为非接触式密封。因为有间隙，密封效果并不理想。

1.2 密封圈

密封圈一般由金属骨架与橡胶制成，装在静圈(一般指外圈)上，为达到预期密封效果，与动圈通常有非接触、轻接触和接触等结构形式。

1)非接触。密封圈与动圈有一定间隙，其目的是不产生摩擦，防止内部润滑脂泄漏和外部物质进入轴承内部。

2)轻接触。密封圈与动圈轻接触，可兼顾降低摩擦和实现良好密封2个功能。

3)接触。根据使用工况和客户要求，密封圈与动圈的接触方式较多，其目的均是能获得较好的密封效果和保证轴承的使用寿命，但也要考虑具有合适的摩擦力矩。

密封件与动圈的接触形式、贴合压力、润滑状态、滑动速度以及接触处的表面加工质量等因素对轴承的摩擦力矩、最高容许转速、温升、使用寿命等均有显著影响。因此，应根据具体情况进行分析与设计，以期达到多目标值的最佳组合。

1.3 其他密封结构形式

汽车轴承因容易受到粉尘、水、异物等的碰撞冲击、侵入，使轴承寿命大大降低，故需进行结构改进，并模拟实际工况进行试验验证。文献[1]介绍了一些汽车轮毂轴承的密封结构，见表1。文献[2]分析了影响深沟球轴承密封性能的因素，对密封结构、摩擦力矩、加工精度、密封圈材料等提出了改进建议。文献[3]介绍了汽车轴承技术的发展动向。

表1 密封结构

由相关资料可知，暴露在恶劣环境下的汽车轴承一般采用接触式密封，以防止内部润滑脂泄漏和外部物质进入轴承内部，在可能的情况下，还应考虑允许内部气体的泄出。

2 复合密封结构的设计

应用在汽车底盘传动轴上的6009W19深沟球轴承，工作条件恶劣，对密封性能的要求较高，故需对该轴承的密封结构进行专门设计。

2.1 设计要点

1)采用橡胶密封圈+防尘盖的复合结构，以防止泥浆进入。轴承及密封结构如图1、图2所示，密封圈采用径向、轴向2个唇口设计。

图1 6009W19轴承结构

图2 耐泥浆复合密封结构

2)基于防泥浆及防尘性能的考虑，使用铁盖。考虑到防锈性要求，防尘盖采用SUS304不锈钢，密封圈采用ACM橡胶与SECC骨架组合。

3)图2中，空隙会兼顾泥浆渗入和排出；轴向柔性唇口会增加铁盖的接触程度，从而提高产品的密封性能；径向唇口会维持稳定的过盈配合力。

2.2 有限元分析

根据实际工况，采用ANSYS优化密封结构。在轴向力100 N、内圈轴向偏移0.27 mm(最大轴向游隙)时，轴承两端密封结构的受载与变形如图3所示。图3a为偏移导致密封唇被挤压的紧边，图3b为偏移导致密封唇被放松的松边。分析结果表明：橡胶唇与防尘盖接触后，唇部会变形，达到一定的接触密封效果，且密封结构受载合理，最大接触应力在轴向柔性唇口处，为0.90 MPa，在安全范围内；而SECC骨架弯曲处最大接触应力为140 MPa，小于屈服强度。