影響密封軸承密封性能因素分析

　　
1997、1999年兩次國家監(jiān)督抽查試驗(yàn)，針對密封軸承產(chǎn)品質(zhì)量問題較多的情況，國家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心曾兩次舉辦了密封軸承專題研討會(huì)。針對密封軸承主要問題進(jìn)行分析研討，提出改進(jìn)措施，洛陽軸承研究所產(chǎn)品開發(fā)部設(shè)計(jì)人員介紹密封軸承國內(nèi)外發(fā)展概況及密封軸承的設(shè)計(jì)，試驗(yàn)研究人員分析試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，生產(chǎn)企業(yè)介紹密封軸承生產(chǎn)的成功經(jīng)驗(yàn)。由于各方面的重視，生產(chǎn)企業(yè)對自身的不斷改進(jìn)，使得本次檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量有所提高。主要表現(xiàn)在①?zèng)]有再發(fā)現(xiàn)軸承代號標(biāo)準(zhǔn)與軸承實(shí)物不符合現(xiàn)象。②沒有出現(xiàn)試驗(yàn)8套軸承全部黑脂，無法計(jì)數(shù)現(xiàn)象。③密封結(jié)構(gòu)的選擇，無論是接觸式或者是非接觸式，近兩次都沒有發(fā)現(xiàn)直臺(tái)型結(jié)構(gòu)。
　　
1．密封結(jié)構(gòu)
　　目前密封軸承的結(jié)構(gòu)大致分四種：
　　A型：內(nèi)圈有槽，密封圈雙唇；
　　B型：內(nèi)圈有槽，密封圈單唇。
　　C型：內(nèi)圈無槽，密封圈雙唇；
　　D型：內(nèi)圈無槽，密封圈單唇。
　　
參加本次減振降噪密封性能的18家試驗(yàn)樣品，只有A、B、D型，沒有C型結(jié)構(gòu)。采用內(nèi)圈有槽，密封圈為雙唇或單唇結(jié)構(gòu)的較多，除2家金屬防塵蓋軸承之外，16家是橡膠密封圈。采用內(nèi)圈有槽，密封圈為單唇的B型結(jié)構(gòu)有6家。內(nèi)圈無槽，單唇的D型結(jié)構(gòu)有3家。在密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面有些企業(yè)做了很多研究工作，通過近幾年大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)圈有槽，密封圈雙唇的結(jié)構(gòu)密封性能較優(yōu)越，其次是有槽的單唇結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗拿芊馇鷱匠叽玳L，無論是軸承內(nèi)部潤滑脂的漏出，還是外部塵埃的侵入，都必須經(jīng)過一個(gè)較長的密封曲徑，因此有效地提高了密封效果。但是密封槽的加工要求精度高，增加了加工難度，加大了成本，內(nèi)圈無槽密封結(jié)構(gòu)，加工較簡單，工序少，如果精度能保證，密封間隙過盈控制的好，也能取得較好的密封效果。從這次試驗(yàn)結(jié)果看，單從密封結(jié)構(gòu)講，內(nèi)圈有槽式比無槽式密封性能好，內(nèi)圈有槽試驗(yàn)13組，合格9組，合格率為69.2%，內(nèi)圈無槽試驗(yàn)3組合格1組合格率為33.3%。密封圈雙唇比單唇密封性能好，密封圈雙唇試驗(yàn)7組合格6組合格率85.7%，單唇試驗(yàn)9組合格4組合格率為44.4%，無槽單唇結(jié)構(gòu)密封效果更差。


表4、監(jiān)督抽查與減振降噪不同密封結(jié)構(gòu)試驗(yàn)基本情況
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結(jié)構(gòu) 試驗(yàn)批次 批次合格率（%）
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內(nèi)圈 密封圈 （組） 防塵 漏脂 溫升
有槽 雙唇 18 94.4 77.8 100


單唇 17 70.6 70.6 100
無槽 雙唇 28 39.3 60.7 96.4
單唇 18 16.7 27.8 100
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無論是采用內(nèi)圈有槽或者無槽式密封軸承，密封圈內(nèi)徑唇口雙唇比單唇密封性能好，因?yàn)殡p唇結(jié)構(gòu)有前后兩處接觸唇緣（或間隙密封）和一處空間潤滑槽構(gòu)成，起雙重保護(hù)作用，兩唇之間的脂槽與內(nèi)圈構(gòu)成壓力緩沖室和潤滑脂的儲(chǔ)存室，有著阻滯潤滑脂泄露的作用，從軸承內(nèi)部漏出的脂或侵入軸承內(nèi)部的灰塵介質(zhì)，可存于環(huán)槽內(nèi)，形成脂環(huán)，增加了密封效果。
　　
2．密封軸承密封間隙與過盈量
　　密封軸承結(jié)構(gòu)形成奠定了密封軸承性能的基礎(chǔ)，而密封軸承的間隙或過盈量控制又是影響密封性能又一重要因素。
　　
行業(yè)八十年代搞的密封軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，基于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)加工水平選定一些密封結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年的試驗(yàn)驗(yàn)證，不失為一種加工較簡便的密封軸承結(jié)構(gòu)形式，如果加工精度保持較好，密封圈的質(zhì)量控制較好，密封間隙選定適當(dāng)?shù)脑挘涿芊庑阅茌^好。曾經(jīng)有過幾次，開始按優(yōu)化設(shè)計(jì)選取密封間隙，經(jīng)試驗(yàn)防塵、漏脂性能都不穩(wěn)定。后經(jīng)過改進(jìn)只壓縮密封間隙至原設(shè)計(jì)的一半，經(jīng)過試驗(yàn)，其結(jié)果較理想。試驗(yàn)表明，在保證密封圈與軸承內(nèi)圈同軸度較好的前提下，密封間隙適當(dāng)壓縮，其密封性能會(huì)明顯提高。
　　
對接觸式密封軸承，其過盈量要選擇適當(dāng)，過盈量合適，即可保證良好的密封效果，又不至于軸承溫升太高，摩擦力矩過大。如果只出于提高密封效果考慮，一味加大過盈量，不僅會(huì)增大摩擦力矩，而且溫升加劇。如2000年國家質(zhì)量監(jiān)督抽查中有一企業(yè)軸承的產(chǎn)品，用手轉(zhuǎn)軸承外圈基本轉(zhuǎn)不動(dòng)，在振動(dòng)儀上測振，摩擦力矩較大，致使振動(dòng)儀皮帶打滑，只能去掉密封圈測振動(dòng)，在試驗(yàn)溫升試驗(yàn)過程中，軸承外圈溫度在90多度，溫升高達(dá)65℃多左右。漏脂試驗(yàn)中，由于磨擦力矩大的原因，導(dǎo)致密封圈和內(nèi)圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)，潤滑脂從密封圈外徑與外圈密封槽處發(fā)生泄漏。最終導(dǎo)致密封軸承性能試驗(yàn)不能滿足要求。
　　
3、密封軸承加工精度
　　密封軸承加工比一般開式深溝球軸承復(fù)雜，不僅僅是增加了工序，還要對密封槽的尺寸精度、形位精度，內(nèi)、外徑倒角，內(nèi)、外溝槽位置和對端面的平行度（溝擺）等進(jìn)行比較嚴(yán)格的控制。
　　
軸承密封槽尺寸精度，形位精度要求較嚴(yán)，外圈密封槽起固定密封圈作用，內(nèi)圈密封槽起保證配合間隙或過盈作用，生產(chǎn)過程中，密封槽一般是用車成型，槽的精度靠成型刀具保證，槽的尺寸靠樣板控制。在車槽前增加雙端面軟磨工藝，保證槽的定位準(zhǔn)確，如果在車加工前忽視對形位尺寸精度嚴(yán)格控制，致使密封槽寬窄不一，有深有淺，圓度、同軸度誤差過大，內(nèi)外圈密封槽軸向錯(cuò)位，不在同一平面內(nèi)。軸承裝配后，密封圈固定不牢，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)、間隙、不均勻，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)等等，都將嚴(yán)重影響密封軸承的密封性能。軸承內(nèi)圈外徑倒角對密封性能影響也很大，軸承內(nèi)圈外徑（或槽）與密封圈內(nèi)徑唇口配合來保證密封效果，密封圈唇口尺寸窄，如果內(nèi)圈外徑倒角大，軸向方向密封尺寸減少，密封圈外邊唇口起不到密封作用，使密封效果受到影響，因此軸承內(nèi)圈外徑倒角應(yīng)嚴(yán)格控制。
4、橡膠密封圈
　　屬于密封圈的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　①密封圈內(nèi)外徑同軸度誤差大，內(nèi)徑橢圓，與軸承裝配后間隙或過盈不均勻。②密封圈唇口有的彈性好，有的彈性差。③密封圈唇口毛刺大，唇也不平整，唇口有缺陷，部分唇邊被切掉。④密封圈翹曲變形。⑤外觀不好，分膜面溢膠未修整，有氣泡等。骨架橡膠密封圈是密封軸承中用量最大的，其材質(zhì)、精度對密封軸承的密封性能有很大的影響，因?yàn)檩S承試驗(yàn)或使用過程中，其內(nèi)部壓力和溫度高于外部的壓力和溫度，密封圈特別是唇口要承受較大的壓力，如果強(qiáng)度和彈力不夠，唇口會(huì)外翹變形，所以密封圈的骨架要有良好的剛性，橡膠要均勻，物理性能符合要求，要有一定的硬度和彈性，與骨架粘接要牢固，結(jié)構(gòu)形狀和尺寸精度要符合要求。
　　
5．潤滑脂
　　（1）潤滑脂的選擇 密封軸承中的潤滑脂功能是保證密封軸承有足夠的潤滑，可以根據(jù)使用場合，使用條件進(jìn)行選擇，一般要求有以下特點(diǎn)：①良好的穩(wěn)定性和流動(dòng)性，良好的溫度特性，良好的降振、降噪性，良好的清潔度及防銹，防水耐濕性等。
　　
（2）潤滑脂的填量 密封軸承中潤滑脂的填量對三項(xiàng)密封性能和軸承的使用壽命的影響都很大。填脂量少，對三項(xiàng)密封性能有利，但是使用中容易造成潤滑不良，導(dǎo)致軸承早期失效，影響到壽命可靠性。填脂量過多，軸承腔內(nèi)幾乎充滿脂，運(yùn)轉(zhuǎn)中達(dá)到飽和狀態(tài)后，多余的脂在受到擠壓情況下全部漏出。實(shí)際上軸承在工作中，特別是高轉(zhuǎn)速下工作，軸承大部分潤滑脂被擠在密封圈，外套圈擋邊和保持架上，軸承的動(dòng)空間幾乎沒有脂，脂全在靜空間。軸承的潤滑不是靠潤滑脂進(jìn)入滾道，而是靠從脂中析出的基礎(chǔ)油進(jìn)行潤滑。因此從壽命和性能綜合考慮，密封軸承的最佳填脂范圍是25~40%。
　　
密封軸承的填脂量對防塵影響是隨著填脂量的增大，灰塵侵入量也增多，防塵性能降低。當(dāng)填脂多時(shí)，軸承腔內(nèi)飽和后，漏出的脂一般粘附在密封圈與內(nèi)圈之間密封部位的外側(cè)，外界灰塵粘附在漏出的脂上，隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，使部分已經(jīng)粘附灰塵的脂吸入軸承內(nèi)部，隨著填脂量增多，漏脂量也增多，侵入軸承腔內(nèi)的灰塵也越多，其防塵性能也越差。對溫升性能也是一樣，由于溫升主要是軸承本身滾動(dòng)發(fā)熱及滾動(dòng)體，保持架攪拌，潤滑產(chǎn)生的沾滯阻力的綜合反映，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，填脂量越多，攪拌阻力越大，溫度就越高。
　　
（3）填脂方式與均勻性 封軸承如果填脂不規(guī)范，脂的分布不均勻?qū)ζ涿芊庑阅芤灿泻艽蟮挠绊憽Ｌ钪椒ú豢茖W(xué)，不嚴(yán)格，注脂機(jī)精度達(dá)不到要求，沒有定期抽查填脂量，造成軸承內(nèi)部脂的分布不均，即使填的量不多，也會(huì)出現(xiàn)局部飽和造成局部大量漏脂。有些廠家同一批生產(chǎn)的產(chǎn)品，注脂量相差甚多，比如此次試驗(yàn)中有一組6202-2RS軸承，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定填脂量的范圍是0.4~1.0g，占軸承內(nèi)部空間容積的20~50%，可該批軸承實(shí)際填脂量范圍是0.384~1.431g，占空間容積的19~72%，填脂量相差如此之多，軸承的各項(xiàng)性能離散性也很大。與此相反，有些廠家的產(chǎn)品填脂量較均勻，象前面提到的寧波慈興、江門、江蘇鴻泰、寧波更大。從這次試驗(yàn)看出這幾家軸承的填脂量誤差在±5%之內(nèi)。

　　為了使軸承腔內(nèi)的脂的分布均勻，在軸承裝配完成后，進(jìn)行一定轉(zhuǎn)速的勻脂1~3分鐘，使軸承內(nèi)過多的脂甩出，存留的脂分布均勻，因?yàn)榇罅吭囼?yàn)表明，軸承的漏脂主要發(fā)生在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，一定時(shí)間后漏脂減慢，到平衡狀態(tài)后，漏脂量極少或基本不漏脂。
　　
6．工作條件對密封軸承性能的影響
　　（1）載荷 密封深溝球