封结构与 同类进口机床同样可靠，机床 使用寿命高，成本虽
比原来有所增加，但还是比国外同类机床价格低得多。
1
2
34
5 6 7 8 9
1- 水锅 2- 挡液盖 3- 主轴接头 4- 离心甩液环 5- 密封透盖 6- 轴承端盖 7- 滚动轴承 8- 主轴 9- 主轴轴承座 图 4 三次主轴密封结构改进图 三、性能对比分析 1．密封可靠度统计分析 从 20 0 台机床 售出后的故障率统计后得到：常用主轴的
中图分类号：U672
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2009）07- 0134- 03
一、引言 在光学冷加工 机床主轴的设计中，不但对 主轴的制造精 度要求越来越 严格，更重要的是要求主轴 的有良好的密封性 能；特别是精 磨、铣磨和抛光类光学加工 机床；因为工作在 比较恶劣的环 境中，主轴经常浸泡在精磨 液或抛光液中，而 精磨抛光液中 不但含有一定的腐蚀剂，研 磨剂等物质；一旦 有抛光液等物 质进入到机床主轴内部的轴 承中，那么，机床 的主轴精度便 会丧失，机床也因此而破环 ；这时只有更换机 床的整个主轴 部件，所以，光学加工机床 的设计中，最为关 键的问题就是 主轴的密封性设计，一般常 见的光学机床的主 轴设计，密封 结构设计的都不是太好，使 用时间短的只有半 年，长的最多 一年半的时间；这一问题一 直困扰着国内光学 生产厂家；国 外由于密封材料的耐用度高 ；所以比国内使用 的时间稍长一 些，能达到两年半至三年的 时间；经过多年的 设计经验的积 累，从设计上，考虑主轴的 优化密封结构，能 大大的提高主 轴的使用寿命，同等适用条 件下，采用我公司 的主轴防水结构，结果在使用到主轴轴承精度(由于磨损)超过 允许公差时， 密封结构中的元件仍能保持 良好的密封性能， 拆开要更换的 主轴时，发现轴承的内部没 有任何外来异物； 一般情况下， 良好的主轴密封结构，可以 保证使用期限在六 年以上，维护保养好的可达到八年以上。 二、结构对比分析 由于这方面存 在技术保密，所以下面仅就 主轴的结构和 密封原理作一对比分析；参见图 1 所示的常见的精磨抛光机 床的主轴结构，该结构具有一定的密封性能，由图可以看到， 当抛光液喷入 到安装在主轴上的模具和光 学透镜之间时，由 于抛光液具有 一定的压力，不但在主轴周 围形成水雾，水雾 呈弥散状态， 在主轴和密封圈或密封元件 之间的外部空间汇 集，当然，新 出厂的机床由于在相对运动 的密封件之间存在 较好的密封压 力，弥散在密封元件周围的 抛光液便进不到主 轴内部，这样 主轴在这样的密封条件下安 全工作着，但是， 经过了一段时 间后，由于橡胶类密封元件 被抛光液腐蚀而老
如图 3 所示，该结构更趋于合理，是首先用挡液盖将精 磨抛光液或铣 磨液等液体阻挡在外部，使 之汇集于水锅底部 并经排液管排 入集液器中，只有在液体喷 射过程中雾化的液 体才能沿挡液 盖和水锅法兰之间的间隙进 入，然后，经挡水 盖 2 和轴承座 3 和轴承锁紧螺母之间的密封间隙进入到轴承 锁紧螺母和主 轴之间的动密封间隙处，至 此，被主轴和毛毡
2．主轴密封结构的一次改进 通过分析，并 针对原有主轴密封的缺陷经 过一定的改进 后设计的主轴结构，如图 2 所示；这是通过改进原有设计中 存在的缺陷形 成的提高可靠度的一次结构 优化设计；从图中 可以看出：挡水密封件 3 一方面与水锅挡水环构成迷宫密封， 另一方面与轴 承座形成良好的静配合密封 ，这样就将来自图 中 a 处箭头所示通道的液流和空气介质隔断在外，而在挡水 密封环的上部 则与主轴工件盘的下部形成 多道迷宫密封，这 样设计的密封 主轴便具有良好的密封效果 ，是常用密封结构 使用寿命的 2 ～3 倍。相似的结构可参见有关文献[1 .2 .3]
化，使得 密封件的密封力逐渐下降，当 密封力小到一定的值 时，雾状 的抛光液便会逐渐进入主轴内 部，另外如果有抛光 液中的研 磨剂集聚在相对运动表面，会 加剧对橡胶密封件的 磨损和破 环作用，所以，密封件的质量 和性能也可以延长密 封件的使用寿命；
1．通用主轴密封结构的利弊分析
1 2 34 5
cห้องสมุดไป่ตู้
a
d
第 09 卷 第 7 期
2009 年
7月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 9 J ul y
No. 7 2009
主轴的密封结构设计及应用
刘云豫 1，张珂瑜 2
（1 河南工业职业技术学院 机械工程系，河南 南阳 473009；2 南阳市东佳机械厂，河南 南阳 473009）
C ONTR OL），将使控制器进入温度控制模式，显示窗口左侧 将显示 TEM P.C ONTR OL 状态。
进入 TEM P.C ONTR OL 状态后，控制程序首先进行柴油 自动升温，升温速度由参数 Ra m p1 决定，对应图 1 .3 中的 ①段。注意观 察蒸汽调节阀的动作，并手 动模拟黏度和温度 的合理变化。
（3）. [5] 李荣彬，杜 雪，张志辉. 自由曲面光学设计与先进制造技
术[M]. 香港：香港理工大学出版社，2005. [6] 袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技术[M]. 2 版. 北京：
机械工业出版社，2007.
（上接 1 33 页） 按 下 控 制 器 面 板 上 的 “ 温 度 控 制 ” 按 键 （ TEM P.
摘 要：通过长期的改进实践和创新设计，在机 床主轴的设计时，采用良好的主轴密封结构，不但可以提高主轴的
密封能力，预防外界液体等杂质进入主轴的现象，而且 可以大大延长主轴的使用寿命。实践证明，良好的主轴密封
结构，为长时间的保持主轴良好的润滑环境提供了必要的前提条件。
关键词：主轴；密封结构；使用寿命；润滑环境
参考文献 [1] 闫巧枝，李钦唐. 金 属切削机床[M ]. 北京：北京理工大学
出版社，2007. 8. [2] 成 大 先 . 机 械 设 计 手 册[M]. 北京 ： 化 学 工 业 出版 社 ，
2008. 5. [3] 冯辛安. 机械制造装 备设计[M ]. 北京：机械工业出版社，
2006. 3. [4] 袁哲俊. 精密和超精密加工技术新进展[J]. 工具技术，2006
收稿日期：2 00 9- 0 5- 27 作者简介：刘云豫（19 67 - ），男，河南工业职业技术学院教师，高级工程师，主要从事机械制造、创新设计等教学工作，
主要研究方向是机械设计与制造。
第7期
刘云豫等：主轴的密封结构设计及应用
135
难度和成本； 要兼顾两者，必须进行结构 优化；从图可以看 出，当 c 、d 两处的液体或含水汽的空气在 a 处汇集，一旦 毛毡密封圈 6 发生破损，都会导致有害介质进入主轴轴承内 部，破坏轴承的润滑状况，同样，从 b 处的空气介质，在毛 毡密封圈 9 损坏时，也会进入主轴轴承内部，但从配合间隙 及介质在重力作用下的运动情况来分析，可以看出从 a 处进 入轴承的概率要远大于从 b 处进入轴承内的概率；所以关键 的设计还在上部的密封结构。
密封圈 5 之间的密封压力，隔断在主轴轴承之外，这种结构
采用了嵌套式的结构，第一层起到粗阻挡和隔断液喷的措施，
第二层起到完全隔断和密封的作用，经长期使用，效果良好，
几年后才查阅相关技术资料[4.5 ]中出现一些简单的论述，使用
在超精密 加工静压主轴结构上。还有类 似的简化结构在超精
密砂 轮修整器[6]的主 轴结构上也可 以见到；说明 对于主轴密
础，保证了机 床主轴正常润滑条件。也就 保证了机床的正常
使用寿命。
2 ．密封结构良好的机床主轴，不仅大大的降低维修费用，
更增加了用户 的满意度和赞誉，为创造更 多的社会价值和工
厂的发展打下坚实基础。
3 ．此类主轴密封结构可以在金属切削机床，光学加工机 床，运输 机械，电子、仪表精密加工机 械等领域得到广泛应 用。
落在甩液 橡胶环上时，因其高速旋转的 离心力将会使液体被
甩向水锅 挡水法兰的内侧圆柱面壁上， 而顺利排到主轴轴承
以外，同 时，甩液环经细心设计，当其 高速旋转时还有一定
的送风效 果，送风产生的压力，将使由 一次挡液盖进入二级
密封环之 前被反流入水锅，这样，不但 提高了密封效果，而
且大大增 加主轴结构的密封效果，结果 证明，这样的主轴密
136
中 国水 运
第 09 卷
表 1 第二次和第三次主轴密封结构使用可靠性对比的统计
结果 （主轴数量各 300 套 ）
可 靠性 类别
故 障次 数（ 或可 靠度 %）
使 用时 间（ 年） 采 用第 二次 密 封 结构 的主 轴 采 用第 三次 密 封 结构 的主 轴
≤3 0(100%) 0(100%)
封结构的构思问题上，具有相同的导流和嵌套密封原理。
4．主轴密封结构三次改进设计
如图 4 所示，是优化改进后的主轴密封结构，该主轴密
封的结构 改进，是将挡液该和挡尘和气 部分二者之间的距离
拉大，实 际上，也是增加密封效果的一 种途径，这样不但大
大抛光液 等进入下一级嵌套密封层周围 的概率，且在二者之
间加入与 主轴过盈配合的一个甩液橡胶 环，当有少量液珠滴
四、系统注意事项及改进措施 1 ．在实船操作中，温度和黏度将会随着加热强度的改变 而自动变化， 该系统当控制器控制蒸汽调 节阀动作或系统进 行“轻油-重油”转换时，需要手动调节模拟调压阀使之与相 应黏度变化匹 配。这一点会给我们的模拟 过程带来误差，要 解决这一问题需在软件控制上根据蒸汽流量- 温度-黏度- 压差 间的变化曲线输出模拟调压阀开度的控制信号。 2 ．由于黏度压差很小，因此黏度模拟调压阀的动作幅度 不宜过大；另外，控制器的黏度采样通道设有惯性时间常数， 因此调整黏度模拟调压阀后，黏度的变化比较缓慢。 3 ．“Vis c. Moto r ”下方指示的是测 黏计马达的开/ 关 状态，用于在 手动控制时，手动开启或关 闭测黏计马达。本