森吉米爾軋機軸承雙唇骨架密封圈設(shè)計

彭松，邵元昭，王曉明

(洛陽森諾精密軸承有限公司，河南 洛陽 471003)

符號說明

B1——外擋圈除小臺階后的寬度，mm

B2——密封圈寬度，mm

B3——骨架寬度，mm

d1——外圈擋邊內(nèi)徑，mm

d2——密封圈內(nèi)徑，mm

d3——骨架內(nèi)徑，mm

D1——外擋圈外徑，mm

D2——密封圈外徑，mm

D3——骨架外徑，mm

H1——主唇與外擋邊接觸點至密封圈邊緣的距離，mm

H2——副唇與外擋邊接觸點至密封圈邊緣的距離，mm

R——外擋圈外徑倒角，mm

R1——兩密封唇唇邊的過渡圓角，mm

R2——副唇邊根部的過渡圓角，mm

R3——主唇邊根部的過渡圓角，mm

S——密封圈與骨架貼合處厚度，mm

S1——骨架厚度，mm

θ1——主唇唇邊1角度，(°)

θ2——主唇唇邊2角度，(°)

θ3——副唇唇邊1角度，(°)

θ4——副唇唇邊2角度，(°)

θ5——主唇根部過渡處角度，(°)

δ1——密封圈外徑面與外圈擋邊內(nèi)徑面配合的過盈量，mm

δ2——密封圈內(nèi)徑面與外擋圈外徑面配合的過盈量，mm

森吉米爾軋機軸承用于冷軋薄板機上，其工作環(huán)境十分惡劣。在采用乳化液潤滑的開式軸承時，外界的雜質(zhì)和有害氣體會進入軸承內(nèi)部，對零件造成損傷，降低軸承使用壽命。采用循環(huán)油潤滑的密封軸承，內(nèi)部的工作環(huán)境更清潔，潤滑更充分，從而可提高軸承使用壽命。目前，帶密封的森吉米爾軸承大多采用帶彈簧骨架的旋轉(zhuǎn)唇形密封圈[1]，這種密封圈使用效果良好，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且軸承修復(fù)時常需要更換密封，因此經(jīng)濟性差。為此，設(shè)計出一種新型的雙唇骨架密封圈，結(jié)構(gòu)簡單，密封效果好，且加工成本較低。

1 軸承工況及對密封圈的設(shè)計要求

森吉米爾軋機軸承工作時外圈旋轉(zhuǎn)，根據(jù)軋機和軸承類型的不同,轉(zhuǎn)速為150～850 r/min，甚至更高，而內(nèi)圈不旋轉(zhuǎn)；最高溫升可達到50 ℃;采用循環(huán)油潤滑，為了保證潤滑充分，軸承內(nèi)部的油壓一般保持在0.15～0.25 MPa。主機廠在軸承上機前都要對密封圈進行耐壓測試，測試壓力為0.4 MPa，且上機后需去除檢修時的在線使用壽命(至少3個月)。由此可知，密封圈除了具有耐磨、耐高溫性能以外，還必須有良好的耐壓性能。為滿足使用效果和壽命，密封圈對結(jié)構(gòu)和使用材料都有很高的要求。

2 密封圈設(shè)計

2.1 安裝部位

森吉米爾軋機軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示，潤滑油經(jīng)內(nèi)圈上的油孔進入軸承內(nèi)部以后(為防止油從軸承內(nèi)徑面泄漏，軸承外擋圈內(nèi)徑面上有2個O形密封圈)，再經(jīng)過外擋圈端面上的缺口回到油腔，從而形成一個循環(huán)油潤滑系統(tǒng)。外圈擋邊和外擋圈外徑面之間的間隙會導(dǎo)致潤滑油的泄漏，因此骨架密封圈必須安裝在此位置。

1—外圈； 2—外擋圈；3—O形密封圈；4—內(nèi)圈圖1 森吉米爾軋機軸承及密封圈示意圖

2.2 骨架密封圈結(jié)構(gòu)的確定

骨架密封圈應(yīng)用廣泛，效果良好，根據(jù)使用場合和工況，改進設(shè)計出很多不同的結(jié)構(gòu)。文中設(shè)計的骨架密封圈在結(jié)構(gòu)上采用主唇加副唇的雙唇形式，主唇能防止內(nèi)部潤滑油的泄漏，副唇對主唇的功能起到增強作用。密封圈內(nèi)部帶一骨架，能增強密封圈的強度，使密封圈長期保持原有形狀和張力。

2.3 外形尺寸的確定

2.3.1 成品配合尺寸的確定

密封圈成品的外形如圖2所示，具體尺寸為

圖2 密封圈成品示意圖

B2=B1-r，

(1)

D2=d1+δ1，

(2)

d2=D1-δ2。

(3)

森吉米爾軋機軸承常用型號不多，不同外徑對應(yīng)δ1和δ2的選取見表1。

表1 δ1和δ2的取值 mm

2.3.2 密封圈外形尺寸的確定

密封圈的外形如圖3所示，各尺寸參數(shù)如下：H1=(0.75～0.85)B2；H2=(0.35～0.45)B2；θ1=42°～48°；θ2=22°～28°；θ3=22°～28°；θ4=42°～48°；θ5=28°～32°；S=0.5～1 mm；R1=0.25；R2=R3=0.5,其余連接相交處均圓滑過渡。

圖3 密封圈外形圖

其尺寸的計算系數(shù)和角度根據(jù)經(jīng)驗取得，設(shè)計時可調(diào)整。

2.3.3 骨架尺寸的確定

骨架的外形如圖4所示，具體尺寸為

圖4 骨架外形圖

B3=B2-2S，

(4)

d3=d2+2S，

(5)

D3=d3+(0.65～0.75) (D2-d2)，

(6)

S1=1.5～2.5 mm。

(7)

骨架的外徑和厚度對密封圈的整體強度影響較大，在滿足設(shè)計空間的情況下，盡量取最大值。

2.4 材料選用

根據(jù)軸承的使用工況，為提高密封圈使用壽命，密封圈材料建議選用具有較好耐磨性及耐高溫性能的氫化丁腈橡膠，骨架材料選用10#低碳鋼板即可。

2.5 配合位置的尺寸精度及表面粗糙度

密封圈的使用效果除與自身結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)以外，也與配合位置的尺寸精度及表面粗糙度有關(guān)。該結(jié)構(gòu)密封圈配合尺寸有外圈擋邊內(nèi)徑d1和外擋圈的外徑D1,擋邊內(nèi)徑面與唇邊接觸，橢圓度及壁厚差建議控制在0.1 mm以內(nèi)，表面粗糙度Ra控制在0.8～1.6 μm；外擋圈外徑面的橢圓度控制在0.15 mm以內(nèi)，表面粗糙度Ra控制在0.8～3.2 μm。軸承加工中，外擋邊內(nèi)徑面和外擋圈外徑面經(jīng)多次磨削，可滿足上述要求。

2.6 安裝要求

雙唇骨架密封圈的雙唇邊與接觸位置的狀態(tài)對密封的效果起至關(guān)重要的作用。為保證唇邊與外圈擋邊良好接觸，安裝時，首先要采用工具將密封圈的外側(cè)面壓至與外擋圈外徑面上凸臺的內(nèi)側(cè)面接觸，并保證緊密均勻；然后將帶有密封圈的外擋圈壓裝到軸承的外圈擋邊上，壓裝時，應(yīng)適當(dāng)用力，避免損壞唇邊，將密封圈壓裝到外圈擋邊上以后，用一字螺絲刀將唇邊捋一圈，從而確保唇邊不翻。

3 結(jié)束語

論述了森吉米爾軋機軸承的骨架密封圈結(jié)構(gòu)，確定了密封圈和骨架各個參數(shù)的取值范圍和計算方法；同時探討了密封圈的配合和安裝要求。所設(shè)計安裝的骨架密封圈在森吉米爾軋機軸承上使用多年，效果良好。