中小型深沟球轴承密封技术设计

钱亚明,章宝明

(新昌县产品质量监督检验所,浙江 绍兴 312500)

中小型深沟球轴承密封技术设计

钱亚明,章宝明

(新昌县产品质量监督检验所,浙江 绍兴 312500)

我国的轴承技术随实际市场需求,正在向轴承密封化进展,其中密封深沟球轴承,应用面最广.从历年质量技术监督部门组织的监督抽查情况来看,反映的密封性能方面的问题较多.密封效果不够理想,漏脂现象严重,用户反映强烈.本文主要针对影响中小型深沟球密封轴承的密封性能的各项因素进行分析,从而选出适合的密封结构、密封圈材料、润滑油脂、填脂量等,目的是延长中小型深沟球轴承的实际使用寿命.

深沟球;密封技术;密封效果

检测密封轴承的重要技术指标是检测轴承的密封性能,主要体现在轴承的漏脂、防尘、温升等方面.轴承在不同的用途下对密封性能的要求也不同,轴承密封性能达不到使用要求,会严重影响轴承的使用寿命.国产轴承技术随着应用市场需求,正不断向轴承密封化发展,其中中小型密封深沟球轴承产量最大,应用面最广.根据国家质检总局组织的滚动轴承国家监督抽查结果来看,目前国产轴承在密封性能方面存在问题.在部分配套主机上轴承的早期失效,其原因不是轴承材质的磨损导致的,而是一些污染物进入轴承内部破坏轴承的润滑效果,破坏轴承工作面接触面.密封深沟球轴承密封性能好坏对主机性能的影响十分明显.

1 影响轴承密封性能的因素

1.1 密封材料对轴承密封性能的影响

据了解,目前中小型深沟球轴承的密封材料有丁腈橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶等材料.对于一般洗衣机、潜水泵、摩托车、缝纫机上使用的中小型深沟球密封轴承来说,由于轴承的转速小于3000r/min,而且温度低于130℃,所以一般选价格稍低的丁腈橡胶就能满足要求.

通过查找设计手册,上述各种材料的使用温度范围排列为:氟橡胶gt;丙烯酸脂gt;氢化丁腈橡胶gt;丁腈橡胶.故对温度要求较高地方,对密封材料的耐油、耐温、耐老化、耐磨和弹性等性能要求较高.一般的丁腈橡胶不耐高温,不适合;氟橡胶虽然性能好,但是价格昂贵,也不宜采用.氢化丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶综合性能好,价格适中,性价比高.丙烯酸酯橡胶比氢化丁腈橡胶耐高温,轴承的密封材料使用较多.

1.2 密封结构对密封性能的影响

密封深沟球轴承的密封结构形式常见的有内圈直台式、内圈有槽式、内圈无槽式等.内圈直台式结构的密封深沟球轴承加工工艺较为简单,小微型轴承使用较多,但是内圈直台式结构的密封深沟球轴承密封性能对轴承零件加工精度及密封圈质量比较敏感,所以其防尘和漏脂效果不佳.

对比内圈有槽式与内圈无槽式密封深沟球轴承,内圈有槽式密封性能有明显的优点.内圈有槽比内圈无槽式密封曲径更长,这有效的防止轴承内部润滑脂的渗漏、外部灰尘的进入,有效提升密封性能.但是内圈有槽式密封结构形式在加工制造过程中难度较大,因为加工内圈密封槽,加工精度要求也较高,制造成本也有所提高.内圈无槽式密封深沟球轴承加工工艺就显得简单多了,生产工序也减少,在保证加工精度的情况下,也能使其有很好的密封性能.

1.3 密封结构形式与润滑剂的匹配性对轴承密封性能的影响

中小型密封深沟球轴承中的润滑油脂的作用就是要保证轴承有足够的润滑,保证轴承有较长的使用寿命.选择润滑油脂要通过了解轴承的使用用途、使用场合和使用条件来选择.一般遵循以下特点:具备优良的稳定性和流动性、优良的纯度、优良的防锈、耐高低温性、耐压性、与密封圈用橡胶有良好的匹配适应性等.

目前在用的低噪音密封轴承用油脂可以分为以下三类:通用低噪音电机轴承润滑脂、高温长寿命低噪音轴承润滑脂、低温高速轴承润滑脂.

据查相关资料,从使用的综合性能考虑,密封轴承的最佳注脂范围是20%～40%.在轴承应用中,特别是高速运转下,大部分润滑脂被挤在密封圈、外圈挡边和保持架上,轴承动空间几乎没有油脂,油脂全部集中在静空间.而轴承润滑不是依靠润滑脂进入滚道,而是依靠从油脂中析出的基础油进行润滑.若加脂量太少,使用中容易造成润滑不良,导致早期失效.为使轴承腔内的油脂分布均匀,在轴承装配完成后,要在一定的转速下进行匀脂,时间一般在1～3min,使甩出轴承内过多的油脂,保留的油脂分布均匀.轴承的漏脂一般发生在使用早期,一定时间后漏脂速度减慢,达到平衡状态后,漏脂的量极少,甚至基本不漏.所以说,要想降低轴承的漏脂率就必须在使用前对轴承进行匀脂.

密封轴承密封性能影响较大的两大因素表现在密封轴承的橡胶密封圈的材质和加工精度,密封圈材料的选择一定要根据轴承的实际使用情况.密封圈要求骨架有良好的刚度,材质均匀,表面经过防锈处理,并保证尺寸精度.橡胶材质要均匀,物理性能符合要求,并要有一定的弹性和硬度,而且需要和润滑脂及防锈油匹配,与骨架要牢固粘接,密封圈的结构形状和尺寸精度要符合标准要求.

2 中小型深沟球轴承密封技术设计

2.1 密封结构的设计

轴承的密封结构在不同的使用条件下,其密封结构也不相同.轴承的密封结构一般情况下有内圈无槽式、内圈有槽式和内圈直台式三种.内圈有槽式密封结构相比内圈无槽式密封结构性能较优,但是内圈有槽式密封结构的加工精度要求高,导致制造成本高.按密封圈内径唇口结构一般分为单唇、双唇、三唇、多唇,从密封性能来看多唇gt;三唇gt;双唇gt;单唇,因此对轴承密封性能要求高的情况下要选用多唇结构.

2.2 制造工艺的选择

内外圈的密封槽既是固定橡胶密封圈(外圈密封槽),又是保证配合间隙或过盈作用(内圈密封槽)的要求,其尺寸与形位公差都很重要,主要靠成形刀具来保证.如果密封槽的尺寸精度、形位精度,内、外径倒角,内、外沟槽位置和对端面的平行度不好,在装配后就会出现非接触部位相磨,间隙过大或过小,接触唇接触面不能保证,密封圈在外圈密封槽定不住位,产生转动,以上现象都会严重影响轴承的密封性能.

密封圈的结构、材质和制造精密度是影响中小型深沟球密封轴承性能的重要因素.其材质、精度对密封轴承的密封性能有很大的影响,因为轴承试验或使用过程中,其内部压力和温度高于外部的压力和温度,密封圈特别是唇口要承受较大的压力,如果强度和弹力不够,唇口会外翘变形,所以密封圈的骨架要有良好的刚性,橡胶要均匀,物理性能符合要求,要有一定的硬度和弹性,与骨架粘接要牢固,结构形状和尺寸精度要符合要求.

2.3 润滑油脂的选择

密封轴承中润滑脂的填充量对三项密封性能和轴承的使用寿命的影响都很大.填脂量少,对三项密封性能有利,但是使用中容易造成润滑不良,导致轴承早期失效,影响到寿命可靠性.填脂量过多,运转中达到饱和状态后,多余的脂在受到挤压情况下全部漏出.实际上轴承在工作中,轴承大部分润滑脂被挤在密封圈外套圈挡边和保持架上,轴承的动空间几乎没有脂,脂全在静空间.

填脂量对防尘影响是随着填脂量的增大,灰尘侵入量也增多,防尘性能降低.当填脂多时,轴承腔内饱和后,漏出的脂一般粘附在密封圈与内圈之间密封部位外侧,外界灰尘粘附在漏出的脂上,随着轴承运转时产生的轴向窜动,使部分已粘附灰尘的脂吸入轴承内部,随着填脂量增多,漏脂量也增多,侵入轴承腔内的灰尘也越多,其防尘性能也越差.

油脂的分布不均匀对其密封性能也有很大的影响.注脂机精度达不到要求,没有控制填脂量,没有两面注脂,从造成轴承内部脂的分布不均,即使填的量不多,也会出现局部饱和造成局部大量漏脂.填脂量的误差应该控制在正负5%之内.

3 结语

综合考虑国内外密封轴承结构及密封方式的有关资料,结合国内轴承产品特点,对当前我国中小型密封深沟球轴承的设计、生产得出以下结论.

(1)轴承外圈密封采用国内带有密封槽结构,轴承内圈结合国内的研究资料和成果,为了提高产品的密封效果,采用内圈带有密封槽的结构.如果采用内外圈都带有密封槽的结构,在加工内外圈密封槽的时候,应保证密封槽的加工精度.(2)密封圈各部分的密封长度上,根据用户的要求以及产品的使用环境考虑,采用不同的密封条件.(3)密封圈形式根据国内外的资料表明,三唇密封圈结构的密封效果最好,应优先选用.(4)根据密封轴承的使用条件及环境合理选择润滑脂,并采用高精度注脂机双面注脂,并严格控制填脂量,将填脂量控制在标准要求的中、下限,对密封轴承进行充分的匀脂,匀脂时间为1～3min.

综上所述,中小型深沟球轴承的密封性能是涵盖了设计、制造、材料选择等一系列综合性要求的结果,只有每一个环节都全面考虑,才能达到所需求的结果.

[1]李溢明.深沟球轴承的密封[J].机电工程技术,2010,(07):150-153.

[2]蔡素然,王景华,孙立明.密封深沟球轴承的密封技术[J].轴承,2009,(5):1-4.

[3]钱寒东.《油封橡胶材料的选择》[J]世界橡胶工业,2015,(10):48-52.

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1671-0711(2017)11(下)-0086-02