王能志　林丽红　李建华
（台州耀江轴承有限公司，浙江台州　318058）

　　摘　要：采用正交试验法对特制密封圈在不同的密封间隙和密封长度下进行了密封性能试验，定量地分析了径向密封间隙、轴向密封间隙、径向密封长度和轴向密封长度对深沟球轴承的漏脂性能和防尘性能的影响，试验结果对提高深沟球轴承的密封性能具有实际的指导意义。
　　关键词：深沟球轴承；密封圈；密封性能；试验
　　密封轴承已广泛应用于各种电机、家用电器、汽车、摩托车、航空和航天等领域，轴承的性能、精度和寿命可靠度直接影响配套主机的质量。在一些配套主机上，密封轴承因密封性能变化可引起轴承迅速失效破坏^[1]。从某种意义上讲，密封轴承的密封性能比疲劳寿命还重要。因此，必须研究密封轴承的密封性能，改进密封结构设计，以提高产品的密封可靠性。实践表明，轴承的内圈外径和密封槽与密封圈唇口之间的密封间隙大小和密封长度将会影响密封性能，严重时会产生密封失效^[2]。本文运用特制的密封模型，重点研究了内圈外径和密封槽与密封圈唇口之间的密封间隙以及密封长度对密封深沟球轴承密封性能的影响，并采用正交试验设计方法和极差分析法对试验结果进行分析，以探寻密封间隙和密封长度对密封深沟球轴承密封性能影响的规律，其结果将有助于提高深沟球轴承的密封性能。
　　1　试验模型及方法
　　1.1 试验模型
　　密封轴承的密封结构将在很大程度上影响密封性能。内圈有槽式比内圈无槽式密封性能更优越，因为内圈有槽式与内圈无槽式相比加长了密封曲径，无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。密封圈内径唇口多唇式比单唇式密封性能更优越，因为多唇口起多重保护作用，多唇口之间的脂槽与内圈及密封槽构成压力缓冲室和润滑脂的储藏室，有着阻滞润滑脂泄露的作用，从轴承腔内漏出的脂或者是侵入轴承内部的灰尘杂质存于环槽内，形成环脂，增加了密封效果^[2]。密封轴承的内圈外径和密封槽与密封圈唇口之间的密封间隙和密封长度是影响有槽式密封轴承密封性能的一个重要因素。因而，在开发轿车交流发电机轴承时开发了如图1所示的密封结构。 　　在图1的密封结构中，可以通过优化设计外唇口1的长度及厚度，增加其弹性，即有利于提高密封性能又有利于减小摩擦力矩；内唇口2可防止轴承内部润滑脂直接向外漏出，起到导向润滑脂流动的作用；3和5部位的唇口与内圈外径以及密封槽之间的密封间隙构成迷宫，可以提高密封性能；唇口4部位与密封槽接触形成接触密封，提高密封性能和稳定摩擦力矩。外唇口5部位处密封槽的角度将有助于防止外部泥水由于离心力的作用进入轴承内部。
　　为了便于试验研究，将图1所示结构简化为图2所示结构，其中l₀为径向密封间隙；l₁为轴向密封间隙；t₀为径向密封长度；t₁为轴向密封长度。
　　1.2 试验方法
　　密封轴承的密封性能有两个重要的性能指标：漏脂量和灰尘侵入量，所以将成品轴承分别进行漏脂性能试验和防尘性能试验。漏脂性能试验在BGT-1型漏脂温升试验机上进行，防尘性能试验在BGT-1A型防尘试验机上进行。按照行业标准规定的试验方法^[3]，漏脂性能试验和防尘性能试验试验机转速都为3300r/min。进行漏脂性能试验时，为了避免加脂量和加脂方式对试验结果的影响，每套轴承都定量加脂0.6g±0.05g，采用双面加脂，试验时径向加载196N。防尘性能试验时，灰尘介质采用240^#铬钢玉，灰尘填量为2mL。试验采用定时截尾检查试验，试验时间都为6h。
　　试验中采用的轴承，其内部结构设计和常规6202完全相同，只是密封结构按照以上模型进行制作，每种相同密封间隙和密封长度的轴承都分别制作8套。
　　1.3 L₉（3⁴）正交试验设计方案
　　试验选择对密封性能有影响的4个因素：径向密封间隙、轴向密封间隙、径向密封长度和轴向密封长度，每个因素选定3个水平（各因素的不同水平见表1）。如果要按全面试验要求，须进行3⁴种组合的试验。而按L₉（3⁴）正交表进行试验，只需作9次试验，工作量大大减少。根据正交试验设计法的原理，按L₉（3⁴）正交设计表进行试验，试验以漏脂量和灰尘侵入量为考察指标，试验方案见表2。 　　2　试验结果与分析
　　2.1 密封间隙和密封长度对漏脂性能的影响
　　密封间隙和密封长度4个因素对漏脂性能影响的大小见表2。根据极差分析可知，4个因素对漏脂性能影响的主次顺序为t₀>l₀>t₁>l₁。各因素随水平的不同对漏脂性能的影响见图3。由图3可以看出，径向密封长度对漏脂性能影响Z大，随着径向密封长度的不断增加，漏脂量显著减少，当径向密封长度由水平1增加到水平3时，平均漏脂量由0.200g减少到0.008g，这是由于径向密封长度的增加，实际上是增加了密封曲径，进而提高了密封效果。随着径向密封间隙的不断减小，漏脂量也随之下降，影响大小仅次于径向密封长度，当径向密封间隙由水平3减小到水平1时，平均漏脂量由0.183g减小到0.103g。而轴向密封长度和轴向密封间隙两因素对漏脂性能的影响很小。 　　2.2 密封间隙和密封长度对灰尘侵入量的影响
　　密封间隙和密封长度4个因素对防尘性能影响的大小见表2。根据极差分析可知，与影响漏脂性能不同，各因素对防尘性能影响的主次顺序为l₁>t₀>t₁>l₀。各因素随水平的不同对漏脂性能的影响见图4。由图4可以看出，轴向密封间隙对防尘性能影响Z大，其次是径向密封长度，轴向密封长度和径向密封间隙对防尘性能影响Z弱。随着轴向密封间隙的不断减小，灰尘侵入量减少非常明显，当轴向密封间隙由水平3减少到水平1时，平均灰尘侵入量由13733个/cm³减少到5867个/cm³。而随着径向密封长度的增加，灰尘侵入量也有明显减少，由11333个/cm³减少到8600个/cm³。轴向密封长度和径向密封间隙两个因素对防尘性能也有一定的影响，但是影响不是很明显。
　　3　结束语
　　（1）各因素对漏脂性能影响大小依次为：径向密封间隙、径向密封长度、轴向密封长度与轴向密封间隙。
　　（2）轴向密封间隙对灰尘侵入量影响Z大，径向密封长度次之，而径向密封间隙和轴向密封长度对灰尘侵入量影响较弱。
　　（3）为了提高漏脂性能和防尘性能，在设计尺寸允许的情况下，应尽量增加径向密封长度，减小径向密封间隙和轴向密封间隙，适当给出轴向密封长度。
　　参考文献：
　　[1]单服兵.密封轴承性能影响因素与试验评定[J].轴承工业，2002（5）：35-39.
　　[2]张伟，李鲁江，郑志功等.影响密封深沟球轴承密封性能的因素浅析[J].轴承，2003（3）：30-32.
　　[3]JBΠT8571-1997，滚动轴承密封深沟球轴承防尘、漏脂、温升性能试验规程[S].