李茂成　黃曉輝

[摘要]論述為延長(zhǎng)高速密封軸承的使用壽命，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化處理，大大提高軸承使用壽命，同時(shí)其它指標(biāo)也均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并進(jìn)一步列舉實(shí)例，說明此設(shè)計(jì)方法在實(shí)際中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]軸承密封圈疲勞

中圖分類號(hào)：TF4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0420117－01

一、前言

滾動(dòng)軸承的密封是機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單化、小型化、輕量化的必要條件之一。優(yōu)質(zhì)的密封軸承應(yīng)具有較好的存脂、防塵及低溫升性能，同時(shí)也要有較長(zhǎng)的使用壽命。因此，應(yīng)綜合考慮密封軸承高可靠性品質(zhì)。本文對(duì)高速密封軸承的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了探討，并列舉設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)一步說明耐疲勞密封軸承在實(shí)際中的應(yīng)用。

二、設(shè)計(jì)原則

（一）軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以兩面帶密封圈外型尺寸為φ25×φ52×15的密封軸承為例，采用非接觸式帶橡膠密封圈結(jié)構(gòu)時(shí)，由于密封圈自身所占的空間比防塵蓋的大，在主機(jī)空間允許的條件下，應(yīng)加寬軸承內(nèi)、外圈寬度，這樣可增加有效密封空間，有利于散熱的同時(shí)又能相應(yīng)多填入潤(rùn)滑脂，便于提高軸承壽命。軸承的非裝配倒角比常規(guī)設(shè)計(jì)小，r取0.3即可，這便于提高密封軸承的防塵性能，并降低其漏脂率。軸承游隙的選取通常以國(guó)標(biāo)規(guī)定的第三組游隙甚至更大，有利于軸承的高速性能。

（二）密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。密封軸承的設(shè)計(jì)原則是：保證在基型軸承上，安裝密封圈后，密封空間最大。這受很多因素的制約，例如外圈密封槽止口最小寬度一般取0.5mm；保持架與密封圈內(nèi)徑最小距離不小于0.3mm等。在保證加工精度的前提下，選擇內(nèi)圈無槽式雙唇密封圈，既經(jīng)濟(jì)，又能取得較好的密封性能。

（三）保持架的設(shè)計(jì)。為了適應(yīng)高速性能，采用實(shí)體鉚接保持架，其具有足夠的強(qiáng)度并且重量輕，耐磨好，同時(shí)考慮到便于密封軸承的潤(rùn)滑及散熱，在保持架強(qiáng)度允許的條件下盡量薄，以減少保持架體積，增大有效密封空間。同時(shí)在徑向載荷較大時(shí)，高速軸承鋼球的速度變化很大，可以將兜孔設(shè)計(jì)成橢圓形，這樣既可以加兜孔與球間的環(huán)向間隙，使?jié)櫥菀捉?jīng)過兜孔，從而使保持架得到有效冷卻，又可以避免兜孔側(cè)壁強(qiáng)度的削弱以及保持架的軸向不穩(wěn)定性。保持架的引導(dǎo)間隙及兜孔間隙的選取上較常規(guī)軸承設(shè)計(jì)選取的大，有利于軸承的潤(rùn)滑及散熱。

（四）密封間隙的選取。防塵蓋與內(nèi)圈之間的間隙直接關(guān)系到密封性能的好壞。間隙過大，密封性能不好，容易漏脂；但間隙過小，不僅增加加工難度，而且外界磨粒性介質(zhì)易造成對(duì)內(nèi)圈擋邊的磨損；并且對(duì)于密封軸承的使用而言，如果密封圈內(nèi)徑與軸承內(nèi)圈外徑之間為過盈配合，脂漏不出去，則由于滾動(dòng)體和保持架的攪拌阻力矩很大，會(huì)使腔內(nèi)急劇升溫，帶來更嚴(yán)重的后果。通過軸承的脂試驗(yàn)與分析，來確定軸承密封間隙的選取是否合適。

（五）潤(rùn)滑脂的篩選及填脂量的確定。選用稠度偏高的潤(rùn)滑脂，軸承存脂和防塵性能較佳，但其運(yùn)轉(zhuǎn)中粘滯阻力矩增大，溫度升高。如果脂的稠度太低，流動(dòng)性大，容易漏出?；诟咚倌推诿芊廨S承的特殊要求，應(yīng)采用稠度偏高的鋰基或硅基高溫潤(rùn)滑脂，以滿足對(duì)壽命可靠性及密封性能的要求。

原則上密封軸承的填脂量占軸承有效密封空間的30%～50%，因?yàn)槊芊廨S承的漏脂隨著潤(rùn)滑脂填脂量的增加而增多，當(dāng)填脂量過多時(shí)，軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)中由于滾動(dòng)體和保持架的攪動(dòng)，腔內(nèi)的脂達(dá)到飽和狀態(tài)后，多余的脂即漏出。當(dāng)填脂量過少時(shí)，則難以保證軸承的潤(rùn)滑壽命。

綜上所述，對(duì)于高速耐疲勞密封軸承，考慮到高速性能以及要有利于軸承散熱及軸承的防塵性能，應(yīng)采用填脂量的下限，即有效密封空間的30%～40%。

三、設(shè)計(jì)舉例

（一）結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。以外形尺寸為φ25×φ52×15的高速長(zhǎng)壽命密封球軸承（dn值為0.4×106mm.r/min）的設(shè)計(jì)為例。由于主機(jī)要求軸承的密封性能良好，并且有高速要求，因此采用橡膠密封圈非接觸式密封結(jié)構(gòu)。保持架采用實(shí)體的橢圓兜孔半保持架鉚接形式，在保證期強(qiáng)度的前提下兜孔中心圓直徑外移，其側(cè)壁厚度僅為2.7mm。采用鋰基的高溫高速潤(rùn)滑脂，填脂量占軸承有效密封空間的33%～40%。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的軸承主要參數(shù)如表1所示，表中第一組為針對(duì)高速長(zhǎng)壽命密封球軸承進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，第二組為常規(guī)密封球軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

該示例軸承的設(shè)計(jì)綜合考慮了本文所述的高速耐疲勞密封軸承的設(shè)計(jì)理念，從表1可以看出軸承徑向游隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通密封軸承的范圍；保持架兜孔中心圓直徑外移，加大保持架內(nèi)徑尺寸；外圈密封槽位置外移是為了增大密封間隙，便于存脂及散熱。采用實(shí)體的橢圓兜孔半保持架鉚接形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浪形沖壓保持架則可以有效地提高軸承的極限轉(zhuǎn)速，使該軸承的極限轉(zhuǎn)速可達(dá)16000r/min,dn值達(dá)到0.4×106mm.r/min。同時(shí)，并不降低軸承的使用壽命，該軸承的計(jì)算疲勞壽命可達(dá)1400h，對(duì)于高速密封軸承的設(shè)計(jì)來說是一個(gè)飛躍。

（二）軸承臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果分析。按臺(tái)架試驗(yàn)大綱的各項(xiàng)要求，在軸承漏脂試驗(yàn)機(jī)上分別進(jìn)行了考核試驗(yàn)，結(jié)果非常理想，漏脂率均在0.3%以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%。另有幾套軸承分別進(jìn)行了500h的臺(tái)架壽命考核試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各個(gè)儀表顯示準(zhǔn)確，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，沒出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。完成500h壽命試驗(yàn)后，沒出現(xiàn)軸承溝道嚴(yán)重偏磨、打滑、明顯劃傷等現(xiàn)象，并且依舊旋轉(zhuǎn)靈活，對(duì)其精度進(jìn)行了測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

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