!试验与分析#影响密封深沟球轴承密封性能的因素浅析张 伟,李鲁江,郑志功,史德卿(洛阳轴承研究所,河南 洛阳 471039)摘要:通过密封深沟球轴承试验研究,对影响密封深沟球轴承密封性能的主要因素进行系统分析,提出提高密封深沟球轴承性能的主要对策与措施。
关键词:深沟球轴承;密封轴承;结构;零件;性能中图分类号:TH133.33 文献标识码:B 文章编号:1000-3762(2003)03-0030-03 各种家用电器、汽车、摩托车和航空航天等行业出于简化主机结构、有利安装、维护及消除周围环境对轴承的污染,需要选用大量的密封轴承,对密封轴承的质量要求不仅要保证较高的寿命可靠性,而且必须保证有效的润滑和密封效果以及减振降噪等性能。
本文以密封深沟球轴承为例进行分析。
1 结构对密封性能的影响内圈直台式密封深沟球轴承结构形式加工较简单,一般用于微型轴承,但其密封性能对轴承零件加工精度及密封圈质量较为敏感,防尘、漏脂性能一般。
内圈有槽式与内圈无槽式密封深沟球轴承相比,内圈有槽式密封深沟球轴承密封性能较优越。
内圈有槽较之内圈无槽式加长了密封曲径,不论是轴承内部润滑脂的漏出,还是轴承外部灰尘的进入,都必须通过一个较长的密封曲径,因此可有效提高密封性能。
但从加工制造来看,内圈有槽式密封形式,需加工内圈密封槽,增加了加工难度,对轴承的加工精度要求更高,加大了轴承制造成本。
内圈无槽式密封深沟球轴承,加工制造较简单,加工工序较少,但如果加工精度保证,也能取得较好的密封性能。
无论是内圈有槽式还是内圈无槽式密封轴承,密封圈内径唇口双唇式比单唇式密封性能要好,双唇式结构有前后两处接触唇缘(或两处密封收稿日期:2001-10-19作者简介:张 伟,女,国家轴承质量监督检测中心高级工程师,主要从事轴承寿命可靠性技术研究。
间隙)和一处空间润滑脂槽构成,双唇起双重保护作用,双唇之间的脂槽与内圈构成压力缓冲室和润滑脂的储存室,有着阻滞润滑脂泄漏的作用,从轴承腔内漏出的脂或者是浸入轴承内部的灰尘杂质存于环槽内,形成脂环,增加了密封效果。
2 密封间隙及过盈量密封轴承结构形式奠定了密封轴承的性能基础,而密封轴承的密封圈内径与轴承内圈外径的密封间隙或过盈量控制又是影响密封轴承密封性能的又一个重要因素。
试验中发现一组6205-2RZ、一组6206-2RZ 非接触式密封深沟球轴承按优化设计选取密封间隙,防尘、漏脂性能不稳定。
压缩密封间隙至原设计的一半,试验结果较理想。
这充分证明,在保证密封圈与轴承内径同轴度较好的前提下,密封间隙适当压缩,其密封性能会有明显提高。
对接触式密封深沟球轴承,其过盈量选择要适当。
过盈量选择合适,既可以保证良好的密封效果,又不致使摩擦力矩过大,轴承温升过高。
有一组轴承过盈量选择过大,用手转轴承外圈基本转不动,在振动仪上振动,因摩擦力矩大,致使振动仪皮带打滑。
温升试验时,温升高达62～65℃(接触式密封深沟球轴承,温升试验标准:温升≤55℃);漏脂试验时,在过大的摩擦力作用下,密封圈被轴承内圈拖动,与内圈一起转动,润滑脂从密封圈外径和轴承外圈密封槽处泄出,密封性能很差。
3 轴承加工精度的控制密封深沟球轴承的加工比一般深沟球轴承复ISS N1000-3762 C N41-1148/TH 轴承Bearing2003年第3期2003,N o.3 30～32 杂得多,增加了不少工序。
在加工过程中,除要做好一般深沟球轴承的质量控制外,还应增加密封槽尺寸精度、形位精度、内圈外倒角、轴承内外圈沟位置和沟对端面的平行度(沟摆)控制等等。
外圈密封槽起固定密封圈作用,内圈密封槽起保证密封间隙或过盈作用,因而其尺寸精度、形位精度直接影响成品轴承的密封性能。
如果在车加工阶段忽视对密封槽尺寸及形位精度的严格控制,致使密封槽加工宽窄不一、深浅不等,圆度、同轴度误差过大,内外圈密封槽轴向错位,密封槽不在同一平面内,或套圈在热处理时严重变形,轴承装配后,密封圈定位不牢产生转动,密封间隙有的过大有的过小,轴承运转时产生轴向窜动等,都将严重影响密封轴承的密封性能。
轴承内圈外倒角尺寸对密封性能影响也较大。
轴承内圈外径(或槽)与密封圈内径唇口配合从而保证密封效果,一般密封圈唇口的尺寸较窄,轴承内圈外倒角尺寸较小。
如果倒角尺寸较大,在轴向密封尺寸将减少,密封圈外唇口将起不到密封作用,密封效果受到影响,因此内圈外倒角尺寸应严格控制。
有些密封深沟球轴承在试验后发现润滑脂呈黑色,在显微镜下无法检查灰尘侵入量,手感灰尘也不多,经分析是保持架加工质量或密封槽加工质量问题。
密封深沟球轴承保持架一般是由滚动体引导,如果保持架的加工精度达不到要求,就可能使轴承在运转中出现靠套现象。
有些小型密封深沟球轴承由于尺寸较小,保持架加工误差等因素,保持架容易与内圈相碰,靠套磨损现象明显,试验中表现为振动大,噪声大,温升高,靠套磨损产生的局部高热致使润滑脂失效变黑。
有些是套圈的密封槽加工误差较大,保持架兜孔高于套圈密封槽端面,保持架与密封圈相接触,轴承运转时,保持架与密封圈相互摩擦,使得密封圈变形磨损,同时摩擦的局部高温使润滑脂变黑失效。
密封深沟球轴承内外圈沟位置和沟对端面的平行度(沟摆)的控制直接影响密封深沟球轴承的密封性能,若不严加控制,则会造成内外圈密封槽前后错位,特别是非基准面的密封槽影响尤甚,而沟摆是产生成品端面侧摆的主要原因,若过大则轴承在运转过程中,容易产生轴向窜动,从而影响轴承的密封性能。
4 橡胶密封圈密封深沟球轴承中用量较大的橡胶密封圈的结构、材质和加工精度对密封深沟球轴承的密封性能影响很大。
应根据轴承在使用中的不同工况、不同环境介质来选择密封圈材料。
密封圈骨架要有良好的刚度,材质要均匀,表面要经过防锈处理,尺寸精度要保证。
橡胶要均匀,物理性能要符合要求,要有一定的硬度和弹性,而且要和润滑脂及防锈油相匹配,与骨架的粘接要牢固,成品密封圈的结构形状和尺寸精度要符合要求。
试验中发现的主要问题有:(1)密封圈内外径同轴度误差大,密封圈内径为椭圆形,与轴承装配后密封间隙不均匀,密封性能不好。
(2)密封圈唇口有的弹性较好,有的弹性较差。
(3)密封圈唇口毛刺大,唇边不平整;唇口有缺陷,切膜时部分唇口被切掉。
(4)骨架刚度不够,密封圈翘曲变形。
(5)密封圈外观不好,分膜面溢胶未修整。
(6)密封圈存放时间长,橡胶老化变形。
由于轴承在使用过程中,其内部压力和温度要比外部的压力和温度要大,密封圈特别是唇口要承受较大的压力,所以密封圈的尺寸精度和物理性能等直接关系到密封深沟球轴承的密封性能。
5 润滑脂密封深沟球轴承中润滑脂的重要功能就是保证密封深沟球轴承有足够的润滑,保证轴承的寿命可靠性及密封性能稳定。
润滑脂要根据轴承的用途、使用场合和使用条件的不同来选择。
一般要求有以下特点:良好的稳定性和流动性,良好的温度特性,良好的减振、降噪性,良好的洁净度,良好的防锈、防水耐湿性,与密封圈用橡胶有良好的适应性以及良好的防尘、防漏性等等。
从提高密封深沟球轴承的密封性能来看,密封深沟球轴承应选择粘度较大的润滑脂,流动性差,脂不容易露,其密封、防尘和防漏性能较好。
但如果润滑脂粘度过大,在轴承运转中,脂的搅拌阻力大,密封深沟球轴承的温升有所升高,脂的流动性就增大,脂也容易泄漏。
所以在选择润滑脂时,要充分考虑密封深沟球轴承的使用条件和工况,以保证密封深沟球轴承的寿命可靠性及密封性能要求。
6 工作条件对密封性能的影响一般情况下,密封轴承的转速对防尘、漏脂性能影响不大,但如果填脂量较多,轴承内部出现饱・13・张 伟等:影响密封深沟球轴承密封性能的因素浅析和状态后,脂泄漏随着转速增高而增多,外界灰尘也随着漏脂量的增多而侵入轴承内部愈多。
转速对温升影响较大,转速升高,轴承各零件的滚动摩擦增大,轴承的温度也随着升高。
径向载荷对密封性能影响不大。
但如果在使用中,轴承安装不当,承受了轴向载荷,则对密封性能有影响。
尤其是内圈无槽式密封深沟球轴承受影响较大,内圈无槽式结构承受轴向载荷时,轴承内圈、外圈和密封圈之间产生轴向位移,密封部位尺寸将减小,引起密封性能降低。
径向载荷较大,温升升高,但载荷对温升的影响不及转速大。
工作条件相同的密封轴承,环境温度高,轴承的密封性能略有下降。
环境温度高,润滑脂的粘度下降,流动性增加,易造成泄漏,灰尘侵入轴承内部就多。
温升是轴承运转时产生热量与周围环境热交换后的综合反映,环境温度高,不利热交换,轴承的温升也就高。
(编辑:张 葵) 17887/17831轴承内圈裂纹分析梁 华1,仇亚军1,蔡素萍2(1.洛阳轴承研究所,河南 洛阳 471039;2.洛阳市秦岭制药厂,河南 洛阳 471039)摘要:分析了汽车变速箱轴承17887/17831(英制)内圈产生的各种形态的裂纹,发现其原材料质量合格而热处理质量不符合标准规定。
找出裂纹形成的原因并给出防止裂纹产生的对策。
关键词:汽车轴承;套圈;裂纹;热处理中图分类号:TH133.33 文献标识码:B 文章编号:1000-3762(2003)03-0032-02 某公司生产的汽车变速箱轴承,材质为ZG Cr15,型号17887/17831(英制)。
该轴承内圈在磨加工过程中发现有裂纹,在送检的两件内圈中,其中有一件已断为两半,要求分析裂纹产生的原因。
1 裂纹形貌两件内圈除挡边的外圆面之外,其余加工面均已经过磨削,未发现明显裂纹。
已断开的内圈断口呈浅灰色瓷状、稍粗,较为平齐。
大端面与内径的交角处有一台阶,存在明显棱角。
将两件内圈进行热酸洗,发现有多种形态的裂纹:(1)内圈大端的油沟底部有一沿圆周方向分布的裂纹(其纵截面形貌参见图1)及多条起源于油沟底部、与挡边形成一角度并向挡边和内滚道面两方向扩展的平行裂纹(见图2)。
(2)在内圈大端面与内径的交角处的台阶上分布有沿周向、轴向和“H”形分布的裂纹;有些裂纹已扩展至大收稿日期:2002-04-09作者简介:梁 华,女,洛阳轴研科技股份有限公司金属材料开发部高级工程师。
主要从事理化检验、时效分析及表面涂层技术的研究。
图1 油沟底部裂纹纵截面形貌(50×)图2 油沟内裂纹形貌ISS N1000-3762 C N41-1148/TH 轴承Bearing2003年第3期2003,N o.3 32～33 。