汪曙俊1 萬千（qiān）裏2 黃莉2 馬義華2
（1.技術中心；2.汽車摩托車軸承廠）
摘 要：分析了電機用密封深（shēn）溝球軸承（chéng）運轉溫度過高的（de）原因。提出了采用密封擋邊和“過渡接觸”形式（shì）解（jiě）決（jué）該類軸承運轉溫度（dù）過（guò）高的辦法，並通過試（shì）驗確定（dìng）了相關參數，用戶使用證明效果良好。
關鍵詞：滾動軸承；電機用密封深溝球軸承；密封（fēng）結構
目前，電機已向高速、節能、靜音、大功率等方向發（fā）展，如煤炭等行業所使用的防爆電機（jī）等60%以上由原來的中低速電機（jī）被高速（sù）電機所代替。公司生產的某型號電機用密封深溝球軸承被安（ān）裝在這些高速電機（jī）時，普遍出（chū）現運轉溫度過（guò）高（gāo）的現象，影響了電機的（de）安（ān）全使用。有關人員對此進行了分析。
1 原因分析
分析認為，該密封軸承（chéng）在運轉時出現發熱的主要原（yuán）因有以下（xià）幾方麵（miàn）。
1.1 密封結構
該軸承的密封形式為非接觸式密封（2Rz），密封結（jié）構形式見圖1。該密封（fēng）結構含有3處密封間隙，密封曲路長度較長，但對密封所（suǒ）涉及（jí）的相關軸（徑）向尺寸和形位公差精度要求較高，如果密封槽、密（mì）封圈的加工精度不（bú）高；或（huò）軸承軸向遊隙較大，或軸承安裝（zhuāng）時內外（wài）圈端（duān）麵不在同一基準平麵上；或內外圈軸線不重合；或使用中存在軸向力等。
那麽在遊隙（xì）的影響下，內圈相對外圈將產生位（wèi）移，“吃”掉密封間隙，貼（tiē）近（緊）密封圈唇口端（duān）麵。在軸向方向，如果密封處（chù）的軸向密封間隙小於軸向位移量，軸承將由設計時的非接觸式密封轉變為接觸式密封，且軸（zhóu）向位（wèi）移越大，內（nèi）圈與密封圈（quān）的軸向接觸壓力越大，摩擦發熱越嚴重。而與套圈軸向位移方向相反的一側（cè），由於密封間隙增大，密封性能下（xià）降，則容易產生潤滑（huá）脂泄漏現象，過量 的潤滑脂泄漏會影響軸承的潤滑性能，Z終會加（jiā）劇軸承的工作溫度上升。
同樣，在徑向方向，也會由（yóu）於密封槽（cáo）、密封圈的加工精度不高、軸承組裝不良等問題，導致內圈密（mì）封槽與密封圈在徑向方向的接觸。眾所周知，接觸（chù）式密封比非接觸式密封的運轉溫度要高，且（qiě）接觸壓力越大（dà），接（jiē）觸區域越大，運轉溫度（dù）越（yuè）高。
以6308E-2RZ為例，高速電機（jī）軸承選用的徑向遊隙為C3組，其軸向位移量可達（dá）0.2mm以上，而產品設計的軸向Z小密封間隙小於該值，即（jí）使在零件（jiàn）加工精度全部合格的情況下也容易（yì）產生（shēng）接觸。因此，軸承製（zhì）造、使用中非（fēi）預期密封形式的改變是造（zào）成使用運轉溫度過高的主（zhǔ）要原（yuán）因。
1.2 產品製造
圖1結構的外圈密封槽止口和內圈密封槽的加工流程（chéng）主要是車加工成型、熱處理、Z後（hòu）進入（rù）裝配。在不考慮加工設備精度的前提下，其尺寸（cùn）、形狀位（wèi）置精度及表麵粗糙度等相對軸承其它（磨削）工作表麵的加工精度較差，若再考慮熱（rè）處理過程中非預期變形等因素，其累積誤差與Z小密封間隙幾乎相（xiàng）當，使得密封（fēng）間隙（xì）或處於臨界接觸（chù）狀態，或被“吃”掉變（biàn）為（wéi）接觸，此時，若（ruò）接觸表麵光滑（huá）或密封（fēng）唇口潤滑狀態良好，摩擦發熱不會很嚴（yán）重，但由於密封槽表麵是車加工表麵，再經過熱處理後表麵不同程度（dù）存在有氧化（huà）皮，使得該表麵比較粗糙，因此，摩擦時阻力較大，容易產生高溫。
在密封圈製造上同樣也存在加工精度方麵的問題，如同軸度、唇口尺寸和圓度、平麵度等，都可能會（huì）導致密封圈在徑向或軸向同時與內圈密封槽接觸，產生摩擦發熱。
除加工精度外，還有重要一點是對密封槽和（hé）密封圈的加工精（jīng）度的檢（jiǎn）測，目前缺乏必要（yào）有（yǒu）效的檢測和控製手段。由於受外圈止口和內（nèi）圈密（mì）封槽空（kōng）間尺寸（cùn）小的限製，大部分尺寸隻能采用樣板的方（fāng）式進行檢查（chá），且還（hái）無法實（shí）施全（quán）檢（jiǎn），而對熱處理後產生的變形即使發（fā）現有問題也缺（quē）少有效返工手段。如果要想保證（zhèng）套圈止（zhǐ）口和密封槽的加工精度，完善檢（jiǎn）測控製（zhì）手（shǒu）段，那麽，在製造成本和加工效（xiào）率上目（mù）前也存在一定困難。
1.3 安裝使用
軸承在安裝時，由於軸承座或（huò）軸（zhóu）的（de）加工誤差，容（róng）易引起外圈軸線與內圈軸線的不重合，或內外圈端麵不在同一平麵的現象，從（cóng）而影響到密封間隙，若在使（shǐ）用中存在軸向力，則影響（xiǎng）更大（dà）。
2 密（mì）封結構分析與選（xuǎn）型
根據上述分析，並結合電機（jī）軸承（chéng）的使用（yòng）條件、產（chǎn）品（pǐn）製造條件、製造（zào）成本、製造效率等各方麵因素，同時還考慮到這些因素在短期內不會得到有（yǒu）效改善的前提下，技術人員初步確定調整電（diàn）機用（yòng）軸承的密封結構。
2.1 密封結構選（xuǎn）型
選型的基本要求：
1）工作溫升和漏脂率應在標準規定內；
2）對軸承遊隙（xì）、安裝和軸向力的變化不（bú）敏感；
3）符合目前套圈和密封圈加工條（tiáo）件及所能達到的質量水平；
4）滿足用戶軸承的安裝（zhuāng）習慣和（hé）使用工況條件。
2.2 密封結構的確定
首先，對目前行業上（shàng）深溝球軸承比（bǐ）較（jiào）常（cháng）見的密封結構進行了分（fèn）析比對，從中找出適合電機軸承需要的基本密（mì）封結構形式。經過比對認為圖2所示的結構基本（běn）滿足要求，該密封結構的特點是：采用徑向密封形式，內圈密封槽為直擋邊形式（shì），結構簡單，對套圈軸向位移不敏感（gǎn），而且密封擋邊的加工精度高容易保證、檢測方便，加工效率高。但（dàn）該結構主要用於接觸式密（mì）封，接觸（chù）壓力較大，工作時溫度較高（gāo），因（yīn）此，不能直（zhí）接在（zài）電機軸（zhóu）承上應（yīng）用，隻有在此基礎上進行調整，才能滿足要求。
在密封結（jié）構基本確定後，下一步是確定密封接觸型式。目前，滾動軸承的密封接觸型式主要有（yǒu）接觸式和非接觸式兩種基本形式，接觸式密封結構密封效果好，但使用轉速受一定限製，且容易發熱（rè），而非接觸式的密封效果雖然不如接觸（chù）式密封，但工作溫升相對較（jiào）低。如果能選用這（zhè）兩（liǎng）種密封接觸型式各自的優點，抑製其（qí）不足就是一種比較理想的密封結構（gòu）方案。通過對電機軸承的結構、製造條件、安裝（zhuāng）、使用條件等（děng）多方麵的綜合分析後，初步確定采用“過渡接觸”這一密封接觸形式，“過（guò）渡接觸”是借鑒了公差配合中的“過渡配合”術語引出的。通常，接觸式密封圈的唇口與內圈（quān）密封槽在徑向或軸向有一定（dìng）的（de）壓（yā）縮量（一般為0.1mm-0.8mm），類似於公差配合的過盈配（pèi）合，而非接觸式密封（fēng）圈（quān）的唇口與內圈密封槽有一定間隙量（0.4mm-1.0mm），類似於公差配合的間（jiān）隙配合。“過渡接觸”則介於傳統的接觸式（shì）和非接（jiē）觸（chù）式之間，根據密封圈和密封擋邊的尺寸精（jīng）度（dù）狀態，以及內外圈安裝後的狀態（tài），其密封（fēng）圈（quān）的唇口與內圈密封槽（擋邊）的 “配合”狀態可以存在三種（zhǒng）：小間隙不接觸、小壓縮量接觸、部分接觸部分不接觸，其接（jiē）觸狀（zhuàng）態與公差配合的“過（guò）渡配合”類似。
考慮到電機軸（zhóu）承的使用環（huán）境、密封圈的製（zhì）造水平和製造成本，以及（jí）密封圈（quān）在軸承內部的軸向（空間（jiān））位置（zhì）等，密封圈采用單唇結構。
為了減少接觸壓力，在密（mì）封圈（quān）唇部設置減壓槽（見圖2），以增加（jiā）密封唇的彈性和在內外圈軸線不重合時柔性調節的能力（lì）。
3 試驗驗證
3.1 試（shì）驗內容
1）在保證溫升、漏脂率合格的前題下，確定（dìng）軸承（chéng）密封圈唇口直徑尺寸（cùn）。
2）在標準填脂量條件下確定Z佳填脂（zhī）量（liàng）和填脂方式。
3）密封結構改進前後（hòu）的性能對比。
根據對密封結構的初步設計和上述要求，單獨製造了一批軸承用於試驗，並通過更換不同（tóng）唇口（kǒu）直徑尺寸的密封圈（quān）和填加不同填脂（zhī）量形成若幹試驗組進行試驗。
3.2 試驗和判定依據
試驗依據：JB/T857l《滾動軸承 密封深溝球軸承防塵、漏脂、溫升試驗規程》
判定依據：JB/T7752《密封深（shēn）溝球軸承 技術條件》
3.3 試驗結果（guǒ）
1）密封（fēng）圈唇口直徑尺寸試驗
試驗采用6308新設計的密封結構。為了減（jiǎn）少誤差，試驗樣本由一（yī）組（8套）軸承和（hé）4組（每組8 套）不同密封唇口直徑尺寸的密封（fēng）圈組（zǔ）成，4組（A、B、C、D組）試驗樣本的填脂量相同，潤滑脂采用2號低（dī）噪音鋰基潤滑脂（下同），采用人工定（dìng）量（liàng）注脂，然後分別安裝在同一台試驗機上（shàng）進行試驗。
試驗結果（略）顯示：4組試驗樣本的溫升均（jun1）低於標準值（非接觸式≤45℃），溫升（shēng）範圍為33℃～40℃，其中B組Z低，但4組（zǔ）試驗樣本中有部分樣本存在漏脂（zhī）率超標的現象，試驗分析認為此與填脂量較多有關。
試驗（yàn）基本確定采用（yòng）唇（chún）口（kǒu）直徑尺寸為B組的密封圈。
2）Z佳填脂量試驗
試驗仍采用以上試驗已經用過的軸承，但密封圈使用B組（zǔ）尺（chǐ）寸，並根據標準填脂量（5.5-13.8克）將（jiāng）填脂量分為（wéi）4組。
試驗結果（略）顯示：在試驗溫升基本相同的情況下，填脂量超出x值以上的兩組試驗樣（yàng）本絕大（dà）部分出現了漏脂率超標的現象，而小於x值（zhí）以下的兩組試驗樣本漏脂率全部合格。
考慮到密封軸承的使用壽命主（zhǔ）要取決於潤滑脂的壽命，而在密封軸承密封性能（溫升、漏脂、防塵等）能夠保證的前題下，充足（zú）的潤滑脂（zhī）量對潤滑（huá）性（xìng）能和壽命（mìng）有利等因素，因此，確定新設計的6308軸承的Z佳填（tián）脂量x值，但在製造時允許在該值的基（jī）礎上進行“浮動”。
3）密封結構改進前後的性能對比
選用原（yuán）6308-2RS密（mì）封結構與6308新密封結構軸承各8套，兩組軸承的填脂量相同，在同一台試驗機上（shàng）進行試驗。
試驗結果（略）顯示：新、老密封結構的漏脂和溫升性能均滿足要求，但新密封結構的溫升性（xìng）能好於老密封結構。
4）填脂方式試驗
選（xuǎn）用（yòng）B組（zǔ）密封圈6308新密（mì）封結構軸承8套，填脂（zhī）量根（gēn）據標準理論填脂量（liàng）分為4組（zǔ），其中單麵填脂和雙麵（miàn）填脂方式各兩組。
試驗結果（略）顯示：在Z佳填脂量條件下（xià），填脂方式對漏脂和溫升性能不會產生影響。
為了對新（xīn）密封結構（gòu）負責，又追加了一（yī）組試驗，條件是重新換（huàn）一組（8套）軸承，采用B組密封圈和Z佳填脂量（liàng），試驗結果相同。
4 結論
通過對高速電機用密封深（shēn）溝球軸承結構設計、工（gōng）藝分析和試驗驗證，初步確定了高速電機用密封深溝球軸承結構及相關尺寸、Z佳填脂量和填脂方式，並將這些結果用於小批量（400套）生產發往用戶裝機進行使用驗證，經過近半年（nián）的用戶使用證明，改進後軸承使用中再未出現運轉溫度過高的現象，從（cóng）而扭轉了公司該類產品在市場呈萎縮的局麵。以此為契機，將這一成果推廣到6300係列 電機用密（mì）封深溝球軸（zhóu）承的密封結構進行係列改（gǎi）造，取得了較好的經濟（jì）效益及（jí）社會效益。
來源：《軸承技（jì）術》2007年第2期
