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，針對密封軸承產品質量問題較多的情況，國家軸承質量監(jiān)督檢驗中心曾兩次舉辦了密封軸承專題研討會。針對密封軸承主要問題進行分析研討，提出改進措施，洛陽軸承研究所產品開發(fā)部設計人員介紹密封軸承國內外發(fā)展概況及密封軸承的設計，試驗研究人員分析試驗中發(fā)現(xiàn)的問題，生產企業(yè)介紹密封軸承生產的成功經驗。由于各方面的重視，生產企業(yè)對自身的不斷改進，使得本次檢驗產品質量有所提高。主要表現(xiàn)在①沒有再發(fā)現(xiàn)軸承代號標準與軸承實物不符合現(xiàn)象。②沒有出現(xiàn)試驗8套軸承全部黑脂，無法計數(shù)現(xiàn)象。③密封結構的選擇，無論是接觸式或者是非接觸式，近兩次都沒有發(fā)現(xiàn)直臺型結構。
　　
1．密封結構
　　目前密封軸承的結構大致分四種：
　　A型：內圈有槽，密封圈雙唇；
　　B型：內圈有槽，密封圈單唇。
　　C型：內圈無槽，密封圈雙唇；
　　D型：內圈無槽，密封圈單唇。
　　
參加本次減振降噪密封性能的18家試驗樣品，只有A、B、D型，沒有C型結構。采用內圈有槽，密封圈為雙唇或單唇結構的較多，除2家金屬防塵蓋軸承之外，16家是橡膠密封圈。采用內圈有槽，密封圈為單唇的B型結構有6家。內圈無槽，單唇的D型結構有3家。在密封結構改進方面有些企業(yè)做了很多研究工作，通過近幾年大量的試驗結果表明，內圈有槽，密封圈雙唇的結構密封性能較優(yōu)越，其次是有槽的單唇結構。因為它的密封曲徑尺寸長，無論是軸承內部潤滑脂的漏出，還是外部塵埃的侵入，都必須經過一個較長的密封曲徑，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，內圈無槽密封結構，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。從這次試驗結果看，單從密封結構講，內圈有槽式比無槽式密封性能好，內圈有槽試驗13組，合格9組，合格率為69.2%，內圈無槽試驗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7組合格6組合格率85.7%，單唇試驗9組合格4組合格率為44.4%，無槽單唇結構密封效果更差。


表4、監(jiān)督抽查與減振降噪不同密封結構試驗基本情況
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結構 試驗批次 批次合格率（%）
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內圈 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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無論是采用內圈有槽或者無槽式密封軸承，密封圈內徑唇口雙唇比單唇密封性能好，因為雙唇結構有前后兩處接觸唇緣（或間隙密封）和一處空間潤滑槽構成，起雙重保護作用，兩唇之間的脂槽與內圈構成壓力緩沖室和潤滑脂的儲存室，有著阻滯潤滑脂泄露的作用，從軸承內部漏出的脂或侵入軸承內部的灰塵介質，可存于環(huán)槽內，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
　　密封軸承結構形成奠定了密封軸承性能的基礎，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)化設計結構，基于當時的生產加工水平選定一些密封結構，經過多年的試驗驗證，不失為一種加工較簡便的密封軸承結構形式，如果加工精度保持較好，密封圈的質量控制較好，密封間隙選定適當?shù)脑挘涿芊庑阅茌^好。曾經有過幾次，開始按優(yōu)化設計選取密封間隙，經試驗防塵、漏脂性能都不穩(wěn)定。后經過改進只壓縮密封間隙至原設計的一半，經過試驗，其結果較理想。試驗表明，在保證密封圈與軸承內圈同軸度較好的前提下，密封間隙適當壓縮，其密封性能會明顯提高。
　　
對接觸式密封軸承，其過盈量要選擇適當，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，不僅會增大摩擦力矩，而且溫升加劇。如2000年國家質量監(jiān)督抽查中有一企業(yè)軸承的產品，用手轉軸承外圈基本轉不動，在振動儀上測振，摩擦力矩較大，致使振動儀皮帶打滑，只能去掉密封圈測振動，在試驗溫升試驗過程中，軸承外圈溫度在90多度，溫升高達65℃多左右。漏脂試驗中，由于磨擦力矩大的原因，導致密封圈和內圈一起轉動，潤滑脂從密封圈外徑與外圈密封槽處發(fā)生泄漏。最終導致密封軸承性能試驗不能滿足要求。
　　
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、外徑倒角，內、外溝槽位置和對端面的平行度（溝擺）等進行比較嚴格的控制。
　　
軸承密封槽尺寸精度，形位精度要求較嚴，外圈密封槽起固定密封圈作用，內圈密封槽起保證配合間隙或過盈作用，生產過程中，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，保證槽的定位準確，如果在車加工前忽視對形位尺寸精度嚴格控制，致使密封槽寬窄不一，有深有淺，圓度、同軸度誤差過大，內外圈密封槽軸向錯位，不在同一平面內。軸承裝配后，密封圈固定不牢，產生轉動、間隙、不均勻，軸承運轉時產生軸向竄動等等，都將嚴重影響密封軸承的密封性能。軸承內圈外徑倒角對密封性能影響也很大，軸承內圈外徑（或槽）與密封圈內徑唇口配合來保證密封效果，密封圈唇口尺寸窄，如果內圈外徑倒角大，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，因此軸承內圈外徑倒角應嚴格控制。
4、橡膠密封圈
　　屬于密封圈的質量問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
　　①密封圈內外徑同軸度誤差大，內徑橢圓，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、精度對密封軸承的密封性能有很大的影響，因為軸承試驗或使用過程中，其內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，如果強度和彈力不夠，唇口會外翹變形，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，結構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，使用條件進行選擇，一般要求有以下特點：①良好的穩(wěn)定性和流動性，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，對三項密封性能有利，但是使用中容易造成潤滑不良，導致軸承早期失效，影響到壽命可靠性。填脂量過多，軸承腔內幾乎充滿脂，運轉中達到飽和狀態(tài)后，多余的脂在受到擠壓情況下全部漏出。實際上軸承在工作中，特別是高轉速下工作，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入滾道，而是靠從脂中析出的基礎油進行潤滑。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。當填脂多時，軸承腔內飽和后，漏出的脂一般粘附在密封圈與內圈之間密封部位的外側，外界灰塵粘附在漏出的脂上，隨著軸承運轉時產生的軸向竄動，使部分已經粘附灰塵的脂吸入軸承內部，隨著填脂量增多，漏脂量也增多，侵入軸承腔內的灰塵也越多，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發(fā)熱及滾動體，保持架攪拌，潤滑產生的沾滯阻力的綜合反映，當轉速一定時，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，脂的分布不均勻對其密封性能也有很大的影響。填脂方法不科學，不嚴格，注脂機精度達不到要求，沒有定期抽查填脂量，造成軸承內部脂的分布不均，即使填的量不多，也會出現(xiàn)局部飽和造成局部大量漏脂。有些廠家同一批生產的產品，注脂量相差甚多，比如此次試驗中有一組6202-2RS軸承，標準規(guī)定填脂量的范圍是0.4~1.0g，占軸承內部空間容積的20~50%，可該批軸承實際填脂量范圍是0.384~1.431g，占空間容積的19~72%，填脂量相差如此之多，軸承的各項性能離散性也很大。與此相反，有些廠家的產品填脂量較均勻，象前面提到的寧波慈興、江門、江蘇鴻泰、寧波更大。從這次試驗看出這幾家軸承的填脂量誤差在±5%之內。

　　為了使軸承腔內的脂的分布均勻，在軸承裝配完成后，進行一定轉速的勻脂1~3分鐘，使軸承內過多的脂甩出，存留的脂分布均勻，因為大量試驗表明，軸承的漏脂主要發(fā)生在運轉初期，一定時間后漏脂減慢，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