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淺談滾動(dòng)軸承的密封

  摘 要:如果滾動(dòng)軸承的密封性能不好,就會(huì)導(dǎo)致灰塵、水分和雜物侵入軸承內(nèi),并致使?jié)櫥瑒┑牧魇А亩a(chǎn)生零部件的磨損,同時(shí)由于潤(rùn)滑劑的泄漏進(jìn)而造成環(huán)境污染和產(chǎn)品污染。本文僅從接觸式密封、非接觸式密封、機(jī)械密封和混合式密封來(lái)分析滾動(dòng)軸承的密封原理和效果,旨在實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承良好的密封性能。

  :滾動(dòng)軸承;接觸式密封;非接觸式密封;機(jī)械密封;混合式密封

  軸承是支承軸頸的部件,有時(shí)也用來(lái)支承軸上的回轉(zhuǎn)零件,它是機(jī)械中重要的組成部分。滾動(dòng)軸承具有摩擦力矩小,易起動(dòng),載荷、轉(zhuǎn)速及工作溫度適用范圍較廣等優(yōu)點(diǎn),在機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。由于滾動(dòng)軸承是精密的部件,所以一定要保證其密封裝置的可靠性。否則,就會(huì)給生產(chǎn)和管理帶來(lái)很大的隱患。

  1 接觸式密封

  即在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸而起到密封作用。這種密封由于密封件與配合件直接接觸,在工作中摩擦較大,易造成潤(rùn)滑不良,接觸面易磨損,從而導(dǎo)致密封效果與性能下降。因此,多用于中、低速的情況,同時(shí)要求與密封件接觸處軸的表面硬度大于40HRC,表面粗糙度Ra<0.8μm。

  1.1氈圈密封

  在軸承蓋上開(kāi)出梯形槽,將矩形剖面的細(xì)毛氈放置在梯形槽中與軸接觸,或用壓蓋軸向壓緊,使氈圈受壓縮而產(chǎn)生徑向壓力抱在軸上,從而達(dá)到密封目的。這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,但密封效果差,且不能調(diào)整,硅橡膠,磨損較嚴(yán)重,主要用于軸頸的圓周速度ν<4-5m/s,工作溫度<90℃的脂潤(rùn)滑場(chǎng)合。

  1.2皮碗密封

  在軸承蓋中放置一個(gè)密封皮碗(皮碗是用耐油橡膠等材料制成的)直接壓在軸上。為增強(qiáng)密封效果,用一環(huán)形螺旋彈簧壓在皮碗的內(nèi)圈,使皮碗內(nèi)圈與軸有較嚴(yán)密的配合,密封效果比氈圈密封為好,適用于軸頸的圓周速度ν<6-7m/s的脂潤(rùn)滑或潤(rùn)滑油潤(rùn)滑,缺點(diǎn)是皮碗橡膠易硬化和易于磨損。使用時(shí)須注意皮碗密封凸緣的方向,如果為了防止漏油,則皮碗凸緣應(yīng)向著軸承,如果要防止雜質(zhì)侵入,則皮碗凸緣應(yīng)背向軸承,要求高時(shí)可成對(duì)使用。

  1.3密封圈密封

  密封圈常用皮革、塑料或耐油橡膠制成,可以根據(jù)需要做成不同的剖面形式。O形密封圈剖面為圓形,依靠本身的彈力壓在軸上,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝拆方便。常用的還有J形和U形剖面的密封圈,它們都具有唇形的結(jié)構(gòu)。密封唇口的方向要朝向密封的部位,這一點(diǎn)與皮碗密封中凸緣的方向相似。當(dāng)溫度高、轉(zhuǎn)速大時(shí),好密封唇口也背向軸承朝外安裝。密封圈密封效果比氈圈好,可用于脂和油潤(rùn)滑的密封。為提高密封效果,軸頸與密封圈接觸處好經(jīng)過(guò)表面硬化并磨光或拋光,以增強(qiáng)耐磨性。

  1.4骨架密封

  我們常說(shuō)的骨架密封,即是皮碗密封的改進(jìn),為提高皮碗密封的整體強(qiáng)度,在耐油橡膠里面安裝斷面為L(zhǎng)型、整體為環(huán)形的金屬襯,使皮碗密封不易變形,提高使用壽命,這種密封安裝方便,使用性能較好,一般適用于軸頸的圓周速度ν<7m/s的場(chǎng)合,目前大部分離心泵軸承箱均采用骨架密封。

  1.5密封環(huán)密封

  這是一種帶有缺口的環(huán)狀密封件,把它放置在套筒的環(huán)槽內(nèi),套筒與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng),密封環(huán)靠缺口被壓攏后所具有的彈性而抵緊在靜止件的內(nèi)孔壁上,即可起到密封作用,這種密封較復(fù)雜。

  2 非接觸式密封

  非接觸式密封的密封元件與運(yùn)動(dòng)件不接觸,且有適當(dāng)間隙。這種密封在工作時(shí)幾乎不產(chǎn)生摩擦熱,沒(méi)有磨損,故用于高速和高溫場(chǎng)合。

  2.1間隙密封

  間隙密封是在軸與軸承蓋通孔之間留有細(xì)小環(huán)形間隙,半徑間隙為0.1-0.3mm,間隙愈長(zhǎng)愈小,密封效果愈好。為提高密封效果,可在軸承蓋孔內(nèi)開(kāi)多個(gè)并列的環(huán)形槽,并在槽中填滿潤(rùn)滑脂。如果用于潤(rùn)滑油密封時(shí),可在軸承蓋的孔壁上車(chē)出螺紋槽,欲向外泄漏的潤(rùn)滑油因螺旋輸送作用而被送回軸承內(nèi),螺紋槽的旋向須根據(jù)軸的轉(zhuǎn)向確定。

  2.2甩油環(huán)密封

  油潤(rùn)滑時(shí),可通過(guò)軸上甩油環(huán)的離心力將沿軸隙泄漏的油甩到軸承蓋的槽內(nèi),并通過(guò)回油孔流回軸承或油池內(nèi),其密封效果相當(dāng)可靠,為了產(chǎn)生必需的離心力,軸頸的圓周速度不得低于5-6m/s。甩油環(huán)也常用于隔離軸承內(nèi)的潤(rùn)滑脂和箱體內(nèi)的潤(rùn)滑油。

  2.3迷宮式密封

  這種密封的基本原理是在密封處形成流動(dòng)阻力極大的一段流道。從結(jié)構(gòu)上使靜止件與轉(zhuǎn)動(dòng)件間形成曲折的小縫隙,構(gòu)成“迷宮”。如果“迷宮”是徑向的,則軸向尺寸緊湊,但徑向尺寸較大;如果“迷宮”是軸向的,則徑向尺寸緊湊,但軸承蓋要剖分,硅橡膠圈生產(chǎn)廠家,且軸向間隙要大些,以免因軸的熱變形而卡死。迷宮式密封無(wú)論是對(duì)潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂都相當(dāng)可靠,而且速度愈大效果愈好。

  3 機(jī)械密封

  這種密封是由低摩擦材料制成的密封環(huán)(動(dòng)環(huán)與靜環(huán))及壓緊彈簧等組成。動(dòng)環(huán)固定在軸上,靜環(huán)固定在壓蓋上,動(dòng)環(huán)與靜環(huán)端面在彈簧壓力下互相貼合。這種密封的特點(diǎn)是動(dòng)環(huán)、靜環(huán)端面相對(duì)滑動(dòng),硅橡膠圈,摩擦及磨損集中在密封元件上,對(duì)軸沒(méi)有絲毫損傷。該密封性能可靠,使用壽命長(zhǎng),摩擦功耗小,適用范圍廣。能用于低溫、高溫、高壓、高真空、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕性、易燃、易爆、有毒介質(zhì)密封。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造較困難,成本較高。

  4 混合式密封及設(shè)法改進(jìn)結(jié)構(gòu)

  為了提高密封效果,可將各類密封形式混合使用。必要時(shí),也可改進(jìn)結(jié)構(gòu)。

  如有一臺(tái)離心式鼓風(fēng)機(jī),其軸承為雙列向心球面滾子軸承,型號(hào)為22326,采用骨架密封,規(guī)格為Φ150×Φ125×15,軸承潤(rùn)滑用普通機(jī)油L-AN32,潤(rùn)滑方式為油浴潤(rùn)滑,轉(zhuǎn)速為980轉(zhuǎn)/分。該鼓風(fēng)機(jī)自投用以來(lái),軸承箱潤(rùn)滑油始終嚴(yán)重泄漏,為防止軸承因缺油導(dǎo)致抱軸,司爐工每天不得不頻繁加油,每年潤(rùn)滑油損失量達(dá)1000多公斤。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn),骨架密封并沒(méi)有損壞,也沒(méi)有失去彈性,軸與骨架密封接觸的表面也沒(méi)有磨損,即使選用配合過(guò)盈量較大的骨架密封,也不能解決問(wèn)題。我們研究發(fā)現(xiàn):該離心式鼓風(fēng)機(jī)泄漏的原因在于軸承具有球面圓柱形的特點(diǎn),在鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),軸承向壓蓋側(cè)軸向甩油,且甩油量大,并有一定的沖擊力,使軸承壓蓋側(cè)不斷大量且具有一定動(dòng)能的潤(rùn)滑油,在骨架密封周?chē)a(chǎn)生一定的壓力。鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中,因轉(zhuǎn)速不太高,骨架密封與軸之間易產(chǎn)生微小間隙,具有一定動(dòng)能的潤(rùn)滑油便順著該間隙向外滲漏,嚴(yán)重時(shí)達(dá)70滴/分。

  根據(jù)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)軸承箱漏油原因的分析,僅靠更換骨架密封不能從根本上解決問(wèn)題,所以,采用多種密封形式相結(jié)合的方法,來(lái)實(shí)現(xiàn)零泄漏。

  首先,在原骨架密封的基礎(chǔ)上再增加一道骨架密封,并增加迷宮密封。安裝第二道骨架密封后,向內(nèi)側(cè)加工兩道環(huán)形槽,槽寬為3mm,槽深為5mm,即迷宮密封。

  其次,用導(dǎo)油的辦法(加回油孔將油導(dǎo)回箱體內(nèi))來(lái)解決泄漏,在這兩道環(huán)形槽之間沿徑向鉆Φ6小孔,數(shù)量為3個(gè),圓周方向均布,再在壓蓋內(nèi)側(cè)沿軸向鉆Φ6小孔,數(shù)量也為3個(gè),周向均布,并且使軸向孔與徑向孔連通,這樣會(huì)使流向溝槽的油順著小孔返回軸承箱。

  為了克服甩油量過(guò)大的弊病,在軸承外側(cè)與內(nèi)側(cè)骨架密封之間安裝一個(gè)擋油盤(pán),擋油盤(pán)厚度為3mm,油盤(pán)外徑為Φ200mm,軸向套筒伸長(zhǎng)為13mm,在套筒圓周均勻鉆3個(gè)Φ4螺紋孔,用頂絲與軸固定。這樣,軸承軸向甩的油大部分落在擋油盤(pán)上而回到軸承箱內(nèi),其余部分經(jīng)骨架密封和非接觸式密封聯(lián)合密封,返回到軸承箱內(nèi),鼓風(fēng)機(jī)投運(yùn)后,達(dá)到了零泄漏。

  5 結(jié)論

  滾動(dòng)軸承已成為機(jī)械中的重要支承部件。其密封形式要考慮軸頸的圓周速度,軸承采用潤(rùn)滑劑的種類,溫度及環(huán)境條件等。某些情況,還可改造結(jié)構(gòu)來(lái)解決密封問(wèn)題。總之,在工程設(shè)計(jì)上常常是根據(jù)軸承工作狀況和工作環(huán)境對(duì)密封程度的要求,運(yùn)用各種密封形式,既要采用經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),又要保證密封裝置的可靠性。


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