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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?。從而產(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。

　?。簼L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，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

　　我們常說的骨架密封，o型圈，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，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)，摩擦及磨損集中在密封元件上，對(duì)軸沒有絲毫損傷。該密封性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，o型圈，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，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)，骨架密封并沒有損壞，也沒有失去彈性，軸與骨架密封接觸的表面也沒有磨損，即使選用配合過盈量較大的骨架密封，也不能解決問題。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，o型圈 氟橡膠，使軸承壓蓋側(cè)不斷大量且具有一定動(dòng)能的潤(rùn)滑油，在骨架密封周圍產(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題，o型圈 生產(chǎn)，所以，采用多種密封形式相結(jié)合的方法，來實(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，擋油盤厚度為3mm，油盤外徑為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)來解決密封問題。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。

工作介質(zhì)和工作條件

   在具體選取O型圈材料時(shí)，首先要考慮與工作介質(zhì)的相容性。還須終合考慮其密封處的壓力、溫度、連續(xù)工作時(shí)間、運(yùn)行周期等工作條件。若用在旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合，須考慮由于磨擦熱引起的溫升。不同的密封件材料，其物理性能和化學(xué)性能都不一樣，見《橡膠密封件原料特性表》。

2.密封形式

按負(fù)載類型可分為靜密封和動(dòng)密封；按密封用途可分為孔用密封、軸用密封和旋轉(zhuǎn)軸密封；按其安裝形式又可分為徑向安裝和軸向安裝。徑向安裝時(shí)，對(duì)于軸用密封，應(yīng)使O型圈內(nèi)徑和被密封直徑d2間的偏差盡可能地小；對(duì)于孔用密封，應(yīng)使其內(nèi)徑等于或略小于溝槽的直徑d1。

軸向安裝時(shí)，要考慮壓力方向.內(nèi)部壓力時(shí)，O型圈外徑應(yīng)比溝槽外徑d3約大1～2％；外部壓力時(shí)，應(yīng)使O型圈內(nèi)徑比溝槽內(nèi)徑d4約小1～3％。