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轴承密封圈的设计


深沟滚珠轴承用非接触式新型橡胶密封圈的设计
核心提示:滚动轴承密封化是使机械设备简单化、轻量化的必要条件之一。目前,密封轴承 结构、技术性箭指标、评定方法在国际上尚无统一标准,但各自都拥有自己传统密封结构, 并不断的完善和开发新的结构,特别是密封圈的结构设计更为重要。 滚动轴承密封化是使机械设备简单化、轻量化的必要条件之一。目前,密封轴承结构、 技术性箭指标、评定方法在国际上尚无统一标准,但各自都拥有自己传统密封结构,并不断 的完善和开发新的结构,特别是密封圈的结构设计更为重要。因为在密封轴承中,密封圈的 结构设计直接影响了密封轴承的性能, 所以要提高密封轴承的性能, 首先要对密封圈的结构 提出最佳设计。由此,本文提出了一种较为合理的新型密封圈的设计,下面将讨论这种密封 圈的设计思想和优点。 设计思想 图 1 是新型密封圈剖面示意图, 是在普通双唇密封圈基础上进行了改进。 对于一般非接 触式密封轴承来说,内圈都要开槽以增加其密封效果;而新型密封圈的设计是内圈不开槽。 这样,一方面简化生产工艺,降低成本, 另一方面也提高加工精度和密封间隙精度. 还可 以避免滚道侧摆对密封性能的影响。因此,既提高防尘性能和密封效果, 又降低了轴承的 噪音振动。同时,利用挡边作密封面, 便于内圈通用。至于轴承的密封性能,是靠密封圈 的结构来实现的。总的说来,密封圈设计要考虑密封圈的定位、密封圈与内外套圈的配合、 压缩量以及密封唇的长度和内侧倾角等。针对这些情况,本文将密封圈分为外唇、内唇和骨 架 8 个部分来考虑. 1.外唇设计 外唇设计 外唇就是外经唇部,也叫安装唇。如图 2 所示,就是外唇与外圈密封槽配台图。这里密 封圈安装唇的配合主要靠轴向和径向压缩及弯曲弹性变形的弹力来定位。 由于过盈量大, 所 以这样定位牢固可靠. 而且提高了密封圈的刚度和保证密封槽的密封性,结构中 R2 用来调 节在稍大的压缩量下使之装配容易。同时,可以消除在装配耐用力过大。可能出现的密封圈 变形。及出现不同心性等的弊病。使密封圈处于稳定状态。R1 的半径与外圈槽半径相同, 这就完全拟合了外圈槽的形状,使装配后的密封圈与外圈无相对转动。同时, 也防止润滑 荆从外圈密封槽中漏出。增加了密封效果。A1 可以使润滑剂回流畅通,又能使骨架与密封 圈牢固粘在一起这样, 整个密封圈的外唇设计就趋于完美。另外, 外圈上密封槽的设计也 有改进。用 2 个圆弧代替以前的梯形槽。如图 8a、b 所示。目前设计槽 。与密封圈相同, 使之拟合性好。 的设计可使槽便于加工,容易退刀,增加刀具寿命, 同时又减少密封圈在 装配时用力过大而产生变形。用圆弧槽代替梯形槽。还有效地防止应力集中现象。这样在整 个密封圈的设计上,既考虑了密封效果。又考虑了装配、定位等一些重因素。 2.内唇设计 内唇设计 内唇就是密封唇。 _如图 4 所示。 在整个密封圈设计中内唇设计最为重要 在设计非接触

轴承密封圈时, 必须考虑到其应有良好的存脂和密封作用。 其密封原理为间隙密封和压差密 封。这从泄漏量公式可以看出其关系,其公式为: 从上可以看出,间隙密封的回隙越小,长度越长,密封效果越好。但在设计时,密封间 隙过小,会由于形位误差引起尺寸不稳定性,使配合部位有接触,增大摩擦力矩,甚至产生 过热,密封间隙过长,又会使密封圈与保持架发生干涉,影响周转。针对这种情况,对以往 的双唇密封圈作了改进,使密封唇的一面压在保持架下面,达到增加密封唇长度的目的。其 长度计算公式为; 对减少密封唇与挡边问的间隙, 是通过压差密封来实现的。 从泄漏公式中还可看出, 同 心度越好、压差越小, 则密封效果越好。但是,随着轴承运转,温度升高,压差越来越大, 这样密封效果不好。 为了解决这个问题, 其密封唇设计成如图 5 所示那样和用其压力差, 使 密封唇产生自锁, 出现过渡密封,选到提高轴承密封效果的目的。如周 5 中 、B、C8 点设 计成弱点 点既是弱点又是旋摆点,在压差作用下左右摆动。 C8 点都很容易弯曲,在压差 下容易调节。 这样, 在轴承开始启动时, 润滑剂充满问隙并粘附在密封圈和内圈上, 起到脂密封作用。 在轴承运行时, 由于润滑剂在密封唇的内侧回流以及轴承内部工作发热引起内部压力大于 外部压力,使双唇中的内唇向外改变位置,从而减小密封间隙。如果受外部环境影响,外部 压力大于内部压力,则外密封唇同样能通过 ,C 点向内改变位置。减小密封间隙。产生的 自锁作用也可以封住外部灰尘的侵入。总之, 从泄漏量公式可以看出,泄漏量与间隙之间 是 3 次方的正比关系, 因此,只要通过 A、B、C3 点的调节,设计适当的间隙,使密封唇 处于半接触的过渡密封状态,那么密封效果就会达到最佳。既使密封唇与挡边有一点接触, 润滑剂也可起润滑作用,摩擦力矩仍然很小。此外,在密封唇中间有半径为 R5 的凹槽,叫 储存空间。当润滑脂通过间隙流到 R8 处,由流体力学可知,通路截面积大时,速度明显减 慢 由此可缓和润滑剂的泄漏。同时,由于脂的粘着作用使密封圈与内圈挡边表面上存留润 滑脂。在内圈一转动圈/密封圈一静圈的相对运动中,存留的脂被分为两部分。被分成两部 分脂中间为空气间隙(也称为断裂间隙),具有微小空气间的两部分润滑脂, 可以起良好的 密封作用。而实际上,凹槽和双唇相当于 3 层迷宫密封。而且外部灰尘侵入时,被存在槽中 的脂捕获,在内外压差交替时排出,达到防尘效果。由此可见,采用此种密封唇不但密封性 好, 防尘性好,而且摩擦力矩小, 温升低, 寿命长。 3. 量架设计 骨架设计由以往的钝角(周 68)改为现在的直角(周 8b)这样,在 I 处的密封外形就有个倾 角,既可以使粘接性好,又可以使润滑剂在 A 处有很好的回流。在 b 处又增加了小弯角, 达到增加强度和粘接性 小 结 综上所述, 新型密封圈的设计合理, 有良好的密封性能。当然, 由于这种密封圈还 未得到大量的试验数据, 因此有的地方只能定性地分析, 就目前来说, 新型橡胶密封圈有 下 优点:

(1)由于内圈不开槽, 既简化工艺,提高精度, 又使内圈通用。 (2 )有良好的密封性和防尘性。 (3 )外圈密封槽光滑。无第中应力,且加工方便, 刀具寿命长。 (4 )装配容易。 (5)摩擦力矩小,摩损小。 (6 )温升低、寿命长。

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