密封轴承性能影响因素与试验评定(1)

时间：2010-12-20

关键词]密封轴承影响因素试验评定
密封轴承被广泛应用于各种电机、家用电器、机械设备、汽车、摩托车、航空
和航天等领域，其轴承的性能、精度和寿命可靠性的水平直接影响配套主机的质
量。密封轴承的性能从某种意义上讲比疲劳寿命还重要，在一些配套主机上，密封
轴
承因性能变化可引起轴承迅速失效破坏。因此，只有研究密封轴承的性能，改进产
品设计，加强工序间控制，提高
产品质量，才能不断缩小与国际先进水平的差距。
近几十年来，密封轴承在世界各国发展迅速，产量猛增。密封深沟球轴承占总
产量的50%以上，其中日本占80%以上，美国75%以上深沟球轴承是密封轴承。我国
密封轴承的产量占深沟球轴承的比重由1985年的10%增长到1990年的30%，如今已达
到70%，并且仍在继续增长，我国已成为密封轴承的生产大国。研究开发密封轴承
是轴承行业的一项重要工作，现从以下两个方面进行介绍。
影响密封轴承性能的因素
针对密封轴承性能要求，通常主要表现在以下几个方面：摩擦力矩；高速性能
（即速度性能，NSK分为接触、非接触式2种，KOYO为接触、非接触、轻接触式3种
速度参数）；润滑脂密封性；防火性；使用温度范围。因此无论从设计、制造以及
试验评定及改进，都是围绕这些性能而展开的。而密封轴承的可靠性（即在规定条
件下达到或完成（满足）其规定性能的能力或水平），由于上述性能既是相互矛
盾，又是相互统一的，因此在设计制造时必须综合考虑。
（一）密封轴承的产品设计
密封轴承的产品设计是影响密封水平最重要的一个环节，因其应用场合对象不
同，应采用不同的密封结构设计。但目前国内密封轴承的结构品种还比较少，从产
品设计的角度上看，我国的优化设计急需制定各种不同结构型谱以供选用。优化设
计是基于80年代的科研成果，推荐给出了接触式和非接触式橡胶密封圈2种结构形
式和防尘覆盖结构形式，这样针对各种密封轴承的应用场合就显得十分不足。
对一般的中小型球轴承设计，国外一般均在内圈开槽并在槽内开以斜边，主要
是为了加长其密封曲径尺寸，以增强其密封效果，对于非接触式密封国外推行的密
封曲径尺寸要比我国现行优化设计的好。
非接触式密封的间隙是一个十分重要的指标，优化设计规定为0.2mm以上，而
认为最好能控制在0.10~0.15mm。
对于接触式密封可又分为接触式、轻接触式和超轻接触式，以适用不同的直径
系列和不同使用条件。在设计中，接触唇部与轴承内圈接触部位的过盈量，以及密
封圈的唇口部的形式是设计的关键，接触式从单唇、双唇发展到现在NSK和DDU结构
的三唇式。不论密封圈如何变化，但接触的形式始终遵循着这一原则，即在轴承内
热胀时内部空气可从轴承内排出，反之不允许外部介质进入，因此接触部位为外侧
斜面，这样过盈量所产生的摩擦力可以大大减轻，又可有效地防尘、防水。对于2
RD超轻接触式一般是为超轻系列轴承设计的，现在也用于其他系列中（共结构比较
简单）便于加工制造。
对于我国优化设计方法的非接触式，近来看到国外（如KOYO及SKF公司）用于
接触型密封，所不同的是在两唇部之间涂以少量的两种润滑脂，以减少摩擦提高密
封圈唇部与内圈外径之间的润滑效果，改善密封性能。这类轴承主要用于承受径向
轴向和扭矩联合载荷，且对防尘防水有严格要求，其试验表明性能良好。
国内某些轴承企业自行设计的一些密封形式，从主观出发，在仿制改善国外结
构形式方面由于没有很好地理解其内涵，加之没有进行试验验证，以致出现了较多
质量问题，主要反映在漏脂与防尘方面。
对于内、外圈密封槽的尺寸与角度设计，应作较深入的系统研究，并应以试验
验证为依据方可定型。
（二）加工制造精度对密封轴承的影响
密封深沟球轴承虽然在精度等级上没有标明达到何种公差等级，但从密封性能
分析入手，笔者认为其旋转精度应达到P5级为宜，主要原因是相对于密封轴承的性
能而言。轴承的内、外圈端面对滚道的跳动影响密封性能甚为突出，如果Sia、Se
a不严加控制，密封轴承在运转过程中产生轴向位移（窜动），将导致轴承内部的
油脂沿轴向方面高频的反复出现吸入、吐出现象，加剧油脂泄出，对于防尘性能由
于灰尘侵入或附着在密封唇泄漏出的油脂上，在轴向窜动引出吸入、吐出交替过程
中，就使带尘脂与内部脂交溶在一起，使防尘性能进一步恶化。即使唇部无泄漏的
油脂，轴承的轴向窜动加剧轴承内空气的吐出和吸入仍将含有灰尘的空气吸入到轴
承内部，因此必须从严控制Sia、Sea制造精度。为了提高Sia、Sea精度，必须改进
相关尺寸精度和旋转精度，应对其他相关尺寸公差的制造提出严格的要求，例如内
、外圈的沟位置公差、沟径公差和保持架的制造精度。现有的优化设计规定已不能
满足低噪声轴承发展的需要，这已经引起轴承行业的重视。
（三）各零件之间的配合与装配质量对密封性能的影响
1、内外套圈的密封槽
密封深沟球轴承内外套圈的密封槽既是固定橡胶密封圈（外圈密封槽），又是
保证间隙（内圈密封槽）的要求，其尺寸与形位公差都很重要，但在制造过程中不
好检验，大部分靠成形刀具来保证。我国产品中密封槽深浅、宽窄不一，圆度、同
轴度不好，在成品中出现非接触部位相磨，间隙过大，间隙不均现象，密封圈在外
圈密封槽定不住位，产生转动情况，严重影响密封性能。
在密封槽内，由于清洁度不好，严重影响轴承的振动噪声性能，这也是我国轴
承产品的多发病。针对上述问题，国内轴承行业的专家提出如下解决方案。
在现行设计中，一般只对外圈密封槽的沟底尺寸公差有规定，而对槽宽尺寸公
差未加限制（沟道在加工过程中，对小型中小型轴承检查困难，必须开发相应的专
用仪器），建议控制其槽的宽度尺寸和位置公差。现在有的企业已这样做了，取得
了良好的效果。
对于内圈密封槽，在检测和控制方面比较方便，但现行设计中应增加密封圈接
触部位对沟道（或对基准端面）的跳动这一项目。
由于密封槽都是在热处理前加工的，密封槽的清洁度问题，一直影响密封轴承
的噪声。有关专家建议研究在热处理以后，采用硬车加工密封槽，目前有的企业对
小型轴承进行了这方面的尝试。
2、内圈外径的倒角尺寸
这个问题之所以单独列出，是由于出现的频率太高了。无论内圈采用何种结构
，内圈外径与端面处的倒角必须从严控制。例如6204-2RS，优化设计图规定rmax=
0.3mm×45°，而实际上有的产品已超过了1mm×45°，而实际上有的产品已超过了
1.5mm，是按倒角0.3mm×45°计算的，现大于1mm×45°时，则密封宽度就小于0.
99mm，由于倒角尺寸的差异，使密封尺寸减少了1/3，双唇口迷宫式密封槽其缓冲
作用将不复存在，严重影响了密封效果，所以此处倒角应越小越好。
3、橡胶密封圈质量
密封圈的结构、材质和制造精度是影响密封轴承性能的重要因素。密封圈的骨
架、材质要光洁，无锈蚀，无毛刺，尺寸、形位公差要好，具有足够的刚性；橡胶
的硬度、弹力、耐磨性等要符合标准要求，骨架与橡胶粘接要牢固，尺寸精度与形
位公差都有严格的要求。但有些密封圈出现的质量问题是：密封唇与外径（内圈）
同轴度差，密封唇的内径尺寸超差，使密封间隙难以保证设计要求，严重影响了轴
承的密封性能。由于轴承在运转过程中内部温度高于外部，则内部压力高于外部压
力，由于密封圈的刚性差，也将引起密封圈向外翘曲变形。密封圈因橡胶老化而出
现变形和性能下降决定了密封圈存放时间不宜过长，这一点尤其应注意。
4、密封圈的定位和密封间隙
密封圈的定位一般是靠密封圈外径与轴承外圈密封槽的内径过盈配合，若外圈
密封槽尺寸超差（因一般企业在加工中不测量），定位就不可靠。在试验中就发生
有些产品的密封圈存在轻微活动甚至转动现象，影响了密封性能（多发生在接触密
封）。有的企业在产品设计中除靠外圈密封槽的内部定位外，还增加密封圈的端面
厚度，利用橡胶的弹性变形，卡人轴承外圈密封槽内，使定位更为可靠。
非接触式密封轴承的内圈外径（密封槽）与密封圈唇口内径之间的间隙大小是
影响密封性能的重要因素之一。以6204作代表，优化设计最大间隙为0.534mm，最
小间隙应为0.27mm（直径方向即2δ），国产轴承因密封唇的尺寸公差达不到设计
要求，同时为减少轴承的摩擦力矩，而加大间隙。在试验中我们发现有的甚至超过
1.4mm（直径方向2δ），这样造成漏脂防尘性能都很差，当注脂量较多时，漏脂严
重，同时防尘性能不好，当注脂量较少时，漏脂量虽很小，但防尘性能不好，这说
明防尘漏脂各有其特点，不能认为漏脂率低，防尘效果就好。
5、保持架与内外套相碰，与密封圈相磨
密封深沟球轴承是由滚动体引导，如果保持架的制造精度达不到要求，就会在
轴承运转过程中出现靠套现象，引起轴承振动、噪声加大，性能受到影响，同时易
导致油脂发黑。虽然进入灰尘不一定很多，但油脂的寿命受到很大的影响，反过来
使轴承精度很快丧失。
由于密封槽加工过宽，致使密封圈与保持架相接触，两者相磨或相碰，密封圈
很快变形，严重地丧失轴承密封性能，制造中应列为重要质量控制点。