宋浩嵐¹，王群²

（1.洛陽軸承研究所，河南（nán）洛陽　471039；2.洛陽機車工廠，河南洛（luò）陽　471002）

　　摘　要：采（cǎi）用多目標函數（shù）以及擬動力學分析模型進行高速長壽命密封軸（zhóu）承（chéng）優化設計，經過500h的試驗機台架考驗。裝機後（hòu）在力學環境條件下，功能適應性各項指標符合國標要求。

　　關鍵詞：密封軸承；結構；設計

　　滾動（dòng）軸承的密封是機（jī）械設備簡單化、小型化、輕量化的必要條件之一。優質的密封軸承應具有較好的存脂、防塵及低溫升性能，同時也要有（yǒu）較長的使用壽命（mìng）。對這4項指標，采（cǎi）取的技術方（fāng）案往往對（duì）其中的某（mǒu）項有利，而對其他項（xiàng）卻不（bú）利，相互牽製。因此，應綜合考慮密封軸承高可靠性品質。本文對高速密封軸承的設計等方麵進（jìn）行了（le）探討。

　　1　設計原則

　　1.1軸承的結構設（shè）計

　　以兩（liǎng）麵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構時，由於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、外圈寬度，這（zhè）樣可增加有效密封空間（jiān），有利（lì）於散熱的同時又能相應多填入潤滑脂，便於提高軸承壽命。軸承的非裝配倒角比常規設計小，r取0.3即可，這便於提高密（mì）封軸承的防塵性能，並（bìng）降低其漏（lòu）脂率。軸承遊隙（xì）的（de）選取通常以國標規定的第三組遊隙甚至更大，有利於軸承的高速性能。

　　1.2密封結構的設計

　　密封軸承的（de）設計原則是：保證在基型軸（zhóu）承上，安裝密封圈後，密封空間Z大（dà）。這受很多因素（sù）的製約（yuē），例如外圈密封槽止口Z小寬度一般取0.5mm；保持（chí）架與密封圈內徑Z小距離不小於（yú）0.3mm等。

　　在保證加工精度的前提（tí）下，選擇內圈無槽式雙（shuāng）唇密封圈，既（jì）經濟（jì），又能取得較好的密封性（xìng）能（néng）。

　　1.3保持架的設計

　　為（wéi）了適應高速性能（néng），采用實（shí）體鉚接保持架，其具有足夠（gòu）的（de）強度並且重量輕，耐磨性好，同時考慮到便於密封軸承的潤滑及散熱，在保持架強度允許的（de）條件下盡量（liàng）薄，以減少保持架體積，增大有效密封空間。同時在徑向載（zǎi）荷較大時，高速（sù）軸承鋼球的速度變化很大（dà），可以將兜孔設（shè）計成橢（tuǒ）圓形，這樣既可以加大兜（dōu）孔與球間的環向間隙，使潤滑脂更容易經過兜孔（kǒng），從而使保持架得到有（yǒu）效冷卻，又可以避免兜（dōu）孔側壁強度（dù）的削弱以及保持架的軸向不穩定性。保持架的引導間隙及兜（dōu）孔間隙的選（xuǎn）取上較常規軸承設計選取的大，有利於軸（zhóu）承的潤（rùn）滑及散熱。

　　1.4潤滑脂的篩（shāi）選及填脂（zhī）量的確定

　　裝有固（gù）定式密封圈的軸（zhóu）承不能進（jìn）行（háng）補充潤滑，因此軸承（chéng）的使用期（qī）限常常是（shì）根據潤滑的壽命而定。在一定（dìng）條件下，很（hěn）可能是（shì）潤滑脂（zhī）決定（dìng）軸承壽命。因此，潤滑脂及其填脂量的確定很重要。

　　選用稠度（dù）偏高的潤滑脂，軸承存脂和（hé）防塵性能較佳，但其運轉中粘滯阻力矩增大，溫度升高。如果（guǒ）脂的（de）稠度太低，流（liú）動性大，容易漏出。基於（yú）高速長壽命密封軸承的特殊要求，應采用稠度偏高的鋰基（jī）或矽基高溫潤滑脂，以（yǐ）滿足對壽命可靠性（xìng）及密封性能的要求。

　　原則（zé）上密封軸承的填（tián）脂量占軸承有效密封空間（jiān）的30%～50%，因（yīn）為密封軸承的漏脂隨著潤滑（huá）脂填脂量的增加而增多，當填脂量過多時，軸承高（gāo）速運轉中由於滾動（dòng）體和保持架的攪動，腔內的脂達到飽和狀態後，多餘的脂即漏出。當填脂量過（guò）少（shǎo）時，則難以保證軸承的潤滑壽命。

　　綜上所述（shù），對於（yú）高（gāo）速長壽命密封軸承，考慮（lǜ）到高速性能以及要（yào）有利（lì）於軸承散熱及軸承的防（fáng）塵性能，應采用填脂量的下（xià）限，即（jí）有效密封空間的30%～40%。

　　1.5密封間（jiān）隙（xì）的選取

　　防塵蓋與（yǔ）內圈之間的間隙直接關係（xì）到密封性能的好壞。間隙過大，密（mì）封性能不好，容易漏脂；但間隙過小，不僅增加加工難度，而（ér）且外界磨粒性介質易造成對內圈擋邊的磨（mó）損；並且對於密封軸承的使用而言，如果密（mì）封圈內徑與軸承內圈外徑之間（jiān）為過（guò）盈配合，脂漏不（bú）出去，則由於滾動體和保持架的攪拌阻力（lì）矩很（hěn）大，會使腔內急劇升溫，帶來更嚴重的後果（guǒ）。通過軸（zhóu）承的脂試驗與分析，來（lái）確定軸（zhóu）承密封間隙的選（xuǎn）取是否合適。

　　1.6密封（fēng）軸承的勻脂

　　如果（guǒ）填脂不（bú）均勻，即（jí）使填脂不多也會（huì）出現局部飽和而發（fā）生嚴重漏脂現象（xiàng）。因此填完脂後一定要進（jìn）行勻脂，使潤滑脂（zhī）均（jun1）勻地填充在鋼球與溝道間。

　　1.7脂潤（rùn）滑軸承的擬動力學性能分析的驗證

　　通過多目標的優化設計及擬動力學的分析模型（xíng），利用脂潤滑軸承的擬動力學分析軟件，對高速、重載下的（de）脂潤滑軸承進（jìn）行發熱、壽命等性能分析以驗證（zhèng）軸承設計參數的選取。

　　2　設計實（shí）例

　　2.1結構參數優化

　　以外形尺（chǐ）寸φ25×φ52×15的高速（sù）長壽命密封球軸承（dn值為0.4×10⁶mm.r/min）的設計為例。由於主機要求（qiú）軸承的密封性能（néng）良好，並且有（yǒu）高速要求，因此（cǐ）采用橡膠密封圈非接觸式密封結構。設計的軸承采用第4組徑向遊隙，保持架采用實（shí）體的橢圓兜孔半保持架鉚（mǎo）接形式（shì），在保證其強度的前提下兜（dōu）孔中心圓直徑外移，其側壁厚度僅為2.7mm。采用（yòng）鋰基的高溫高（gāo）速潤滑脂，填脂量占軸（zhóu）承有效密封空間的33%～40%。經優化設計的軸（zhóu）承主要參數如表1所示，表中組為針對高速長壽命密封球軸（zhóu）承進行的優化設計參數，第二組為常規密封球軸承優化設計參數（shù）。

表1 軸承優化設計主要參數

　　該示例軸（zhóu）承的設計綜（zōng）合考（kǎo）慮了本文所述的高速長（zhǎng）壽命密封（fēng）軸承的設（shè）計理念，從表1中可以看出軸承徑（jìng）向遊隙為25～35μm，遠遠大（dà）於普（pǔ）通密封軸承通常選取的（de）5～20μm的範圍；保持架兜孔中心圓直徑外移，加大保持架內徑尺寸；外圈密封槽位（wèi）置（zhì）外移等等措（cuò）施（shī）都是為了增大密封間隙，便於存脂及散熱。采用（yòng）實體的橢圓兜孔半保持架鉚接形式代替（tì）傳統的浪形衝壓（yā）保持架則可（kě）以有限地提高（gāo）軸承的極（jí）限轉速，使該軸承的極限轉速可（kě）達16000r/min，dn值達到（dào）0.4×10⁶mm.r/min。同時，並不降低軸（zhóu）承（chéng）的使用壽命，該軸承的計算疲勞壽命可（kě）達1400h，對於高速（sù）密封軸承的設計（jì）來說是一個飛躍，軸承的主參數采用（yòng）多目標函（hán）數並使用擬動力學分析模型進行分析及驗證，方案可行，並已用於生產實踐。

　　2.2軸承台架試驗結果

　　按台架試驗大綱的各項要求，在軸（zhóu）承漏脂試驗機（jī）上（shàng）分別進行了考核試驗，結果非常理（lǐ）想，漏脂率均在0.3%以（yǐ）下，遠遠低於國家標準規定的10%。

　　另（lìng）有4套軸承按照台架試驗大綱的各項要求，分別進行了500h的台架壽命考核試驗。在整個試驗過程中，軸（zhóu）承運轉平穩，各個儀表顯示準確，試驗數據可靠，沒出現異（yì）常現象。完成500h壽命試驗後，沒出現軸承溝道嚴重偏（piān）磨、打滑、明顯劃（huá）傷及鋼球貓（māo）眼圈等（děng）現象，並且（qiě）依舊旋轉靈活，對其精（jīng）度進行了測試，各項指標均符合國標要求。

　　參考文獻：

　　[1]張偉等.影響密（mì）封深（shēn）溝球軸承密封性能的因素淺析[J].軸承，2003：（3）30-32.
 

來源：《軸承》2004年第8期