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深沟球轴承密封结构形式及应用


[中崋轴承网] 2020/8/27 作者:中崋轴承网

一、深沟球轴承密封结构形式分析

深沟球轴承的密封结构形式多种多样,按密封材料不同,主要分为橡胶密封圈和防尘盖(标准铁盖)两种:按密封配合不同,可分为接触式密封和非接触式密封。对于摩托车、家电电机、豪华吊扇等密封深沟球轴承,目前常用的基本密封结构主要有如下五种形式,如图1至图5所示。其中图1至图4密封结构采用橡胶密封圈,图5采用防尘盖。

  图1所示密封结构属于密封槽接触式的密封结构。轴承内圈带有密封槽,密封圈与密封槽形成迷宫形状,密封路线长,具有缓冲区带,有利于密封,尤其是适合于对尘埃等固体颗粒的密封。但是,由于受加工难度和生产成本的制约,轴承套圈密封槽车削加工和热处理后一般不再进行磨削加工,所以轴承套圈密封槽的加工精度受到限制,导致密封圈唇口与密封槽的配合精度不高:并且,由于与密封圈唇口相接触的内圈密封槽斜线与垂直线夹角一般只有几度,所以密封圈唇口与密封槽配合的松紧程度受内、外两套圈密封槽轴向尺寸(密封槽的轴向位置)的影响很大。外圈密封槽轴向尺寸变化,轴承密封圈的轴向定位位置也跟着变化;或者与密封圈唇口接触的内圈密封槽斜线轴向尺寸变化,都会直接影响密封圈与内圈密封槽的配合精度。因此,这种结构的密封圈唇口与内圈密封槽的配合过盈量分散性大,密封圈唇口要么接触变形量过小,影响密封效果,要么接触变形量过大,增大接触面的摩擦力矩和轴承转动力矩,造成轴承工作时振动噪音增大和温升过高过快。

 

图2密封结构属于内外径接触式密封结构,与图1槽接触式密封结构不同的是轴承内圈不带密封槽,密封路线较短,这点不利于密封。但优点是内圈外径可以通过磨削加工来大大提高尺寸加工精度和降低粗糙度,并且这种密封结构是通过密封圈唇口与内圈的外径接触来密封,一般情况下不受密封圈轴向定位的影响,与轴承外圈密封槽轴向尺寸加工精度无关。因此,密封圈唇口与内圈外径的配合精度高,过盈量分散度较小,有利于密封性能的提高。同时由于内圈外径磨削加工的粗糙度较好,轴承在同等密封效果下,比图1槽接触式密封结构的摩擦力矩小。

 

图3密封结构称为双唇密封,既具有图1结构的密封优点,又具有图2结构的密封优点,所以密封效果更好。但是由于受目前加工条件和生产成本的限制,双唇同时达到理想的接触密封状态较难,所以一般先保证径向具有较好的接触状态,而轴向允许存在非接触状态。如果再考虑密封圈外缘唇口的密封作用,也可称三唇或多唇口密封。由于该结构要求密封圈和套圈密封槽的加工精度高,生产成本较高,因而还未被普遍采用。随着密封圈和套圈加工技术的不断发展和加工质量水平的不断提高,多唇密封结构将是轴承高密封性能的发展方向。比如,目前国内有些轴承生产企业生产的精密低嶸音汽车轴承,密封槽就采用成型砂轮进行磨削加工,大大地提高了密封槽的加工精度以及与密封圈的配合精度,使轴承的密封性能和振动噪音质量有了明显的改善。

图4密封结构为非接触式橡胶密封结构,与图1槽接触式密封结构相比,密封效果差些,尤其不适于防漏油、防水等方面的密封。但其优点是对密封圈和套圈密封槽的加工精度要求没有图1结构要求的那么高,因此在生产成本控制方面具有较大优势。

图5密封结构与图4结构同属于非接触式密封结构,不同的是图4结构采用橡胶密封圈,而图5结构采用的是防尘盖。对于非接触式密封结构来说,密封圈或防尘盖与密封槽的配合间隙越小,密封效果越好。由于橡胶密封圈具有优良的弹性,即使是非接触式结构,往往也允许存在超轻接触;而防尘盖是铁盖,不具有上述优点,其配合必须是间隙配合,设计上为了确保防尘盖与密封槽的间隙配合不得不预留较大的间隙。因此,图5非接触式防尘盖密封结构的密封性能往往比图4结构的密封性能差。但由于防尘盖加工简单和间隙成本低,成本约是丁腈橡胶密封圈的70%,所以在一些密封要求不高的场合还是经常被应用。

二、深沟球轴承密封结构的应用

目前应用于摩托车、家电电机和豪华吊扇行业的深沟球轴承,通常根据轴承的安装部位或工作状况来设计不同的密封结构。

比如,单面密封的摩托车发动机箱体轴承,其润滑是通过发动机工作时带动机内的机油进行飞溅润滑。这种飞溅润滑方式不但在发动机机腔内和轴承腔内形成。定的油压,且机油具有一定的流动速度,这点不利于轴承的防漏油密封。因此对此类轴承的防漏油密封性能要求非常高,轴承必须采用接触式密封结构。从以上五种基本密封结构的对比分析可知,图1~图3的密封结构都能基本满足要求。但由于图3双唇密封结构加工难度较大,生产成本较高,目前很少采用。

比较图1槽接触式密封结构和图2内外径接触式密封结构,由于图2结构具体如下四个优点:(1) 内圈不带密封槽,加工成本更低; (2)密封圈唇口与经过磨削的内外径配合过盈量分散度较小; (3)在相同密封效果下摩擦力矩更小; (4) 在相同摩擦力矩和密封圈内侧承受相同油压下,密封圈唇口与内圈接触面不易脱离,这点对于轴承密封圈内侧受压情况下的密封非常有利。

因此,摩托车发动机箱体轴承采用图2内外径接触式密封结构更为普遍。这里提到的配合过盈量是一个既影响轴承防漏油密封性能,又影响摩擦力矩大小的关键技术参数。

如摩托车轮毂轴承和洗衣机、水泵等家电电机轴承采用油脂润滑,在防尘、防水和防漏脂等方面要求较高,因此一般也采用图1和图2所示的接触式密封结构。但由于没有摩托车发动机轴承的密封性能要求那么高,所以密封圈唇口与内圈的配合过盈量相对来说小些,特别是对于家电电机轴承来说,为了尽可能减少轴承的摩擦力矩,降低轴承的振动噪音和温升,过盈量一般取很小,这时也常称之为轻接触式密封结构。

工业缝纫机轴承也采用油脂润滑,对防油、防水没有特别要求,但由于轴承的安装环境和工缝机的使用环境都存在尘埃较多的问题,因此对轴承防尘密封性能要求较高,一般配采用密封线路较长的迷宫式密封结构,如轻接触式的图1结构或非接触式的图4密封结构。

豪华吊扇电机轴承是上述几类轴承中对密封性能要求最低的一类轴承,由于豪华吊扇安装于家庭,工作环境较好,对防尘和防水性能要求都不高;同时由于转速较低,正常工作一般只有每分钟几百转,油脂所受的离心力很小,不易造成漏脂现象,所以一般采用生产成本最低的非接触式防尘盖密封结构(如图5所示)。

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