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　　摘　要：通過對(duì)密封件過盈量、腰部厚度、唇口角度、外徑過盈量等參數(shù)的優(yōu)化，給出了這些參數(shù)的Z佳取值范圍，并通過試驗(yàn)證明了其密封性能良好。
　　關(guān)鍵詞：深溝球軸承；密封件；結(jié)構(gòu)；參數(shù)；試驗(yàn)
　　1　密封件的性能要求
　　汽車交流發(fā)電機(jī)中的軸承，長(zhǎng)期暴露在粉塵、泥水的環(huán)境中，又在高溫、高載荷下從低速到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此要求其具有高的可靠性。而密封件的工作可靠性和使用壽命是衡量軸承性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能化及交流發(fā)電機(jī)的小型化，交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速從以往的Z高15000～18000r/min發(fā)展到目前已超過22000r/min，甚至更高，而且由于安裝空調(diào)、ABS等使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部裝置密度加大，周圍氣溫升高，軸承密封件的工作環(huán)境會(huì)更加惡劣。這對(duì)于密封件的結(jié)構(gòu)、膠料性能、軸承的表面粗糙度都提出了嚴(yán)格的要求。因此密封件應(yīng)具有如下性能：
　?。?）高的耐磨性。發(fā)電機(jī)在18000～22000r/min做高速運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)密封件唇口的影響Z大，受軸表面微觀不平的磨損，使該部位的尺寸會(huì)不斷地變大，直至失去密封效能，因此，膠料的耐磨性能必須保證長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行。
　?。?）耐疲勞性能。發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于制造、裝配、工藝等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)軸的徑向跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)，這些都會(huì)通過密封件的唇口向腰部傳遞，久而久之則會(huì)使腰部產(chǎn)生疲勞，失去彈性，也就失去了對(duì)唇口的支撐，導(dǎo)致密封件失效。
　　（3）良好的耐熱性能。軸承在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，特別是在沙漠和熱帶地區(qū)，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。
　　2　密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　根據(jù)以上性能要求，密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是具有耐高速、耐高低溫、防泥水、防灰塵、防油和低啟動(dòng)力矩的高性能橡膠密封圈。為此設(shè)計(jì)了非接觸式、輕接觸式、中接觸式及重接觸式4種形式的密封件。由于試驗(yàn)證明重接觸式密封件啟動(dòng)力矩較大，而且磨損較嚴(yán)重，不適用于汽車交流發(fā)電機(jī)中軸承密封件的耐高溫、高速、耐久性能要求，故不做介紹。
　　2.1 非接觸式（間隙式）
　　非接觸式（圖1）即密封件的唇口與軸承內(nèi)圈的徑向及軸向均是間隙配合，其間隙值一般為0.02～0.06mm，其特點(diǎn)是由于唇口與軸承內(nèi)圈沒有接觸，故啟動(dòng)力矩非常小，且不存在唇口的磨損問題。但對(duì)軸承的徑向和軸向游隙敏感性較強(qiáng)，容易產(chǎn)生一邊間隙過大造成漏水現(xiàn)象，故不宜選用。

　　2.2 輕接觸式

　　輕接觸式（圖2）的特點(diǎn)類似于間隙式密封，唇口與內(nèi)圈的接觸量一般為0.05～0.12mm，同樣具有較輕的啟動(dòng)力矩和較好的耐磨性能，但是由于軸承的游隙和工作時(shí)的顫動(dòng)，還不能滿足耐水性能的要求。

　　2.3 中等接觸式
　　中等接觸式與內(nèi)圈的過盈量一般為0.15-0.25mm，在這種條件下，唇口與軸的徑向接觸力適中，密封件的各種技術(shù)指標(biāo)都處于Z佳狀態(tài)，適中的過盈量可以消除游隙、顫動(dòng)對(duì)軸承密封件的唇口密封性能的影響。其耐高速、耐高低溫、防泥水、防灰塵、防油和低啟動(dòng)力矩等性能Z好。
　　2.3.1 過盈量的確定
　　過盈量即密封件唇口直徑與軸承內(nèi)圈軸頭及軸肩之間的尺寸之差，是密封件Z重要的參數(shù)之一，合理的過盈量是密封件具有良好性能的必要條件，它可以產(chǎn)生徑向力，并補(bǔ)償軸的偏心。過盈量過小則接觸力較小，軸與唇口不能形成良好的配合，不利于油膜的形成，而且經(jīng)過一段時(shí)間的工作，會(huì)使唇口發(fā)生一定量的磨損，引起外界泥水的侵入和油脂的泄露，導(dǎo)致密封件失效；而過盈量過大，則徑向力和二道唇口與軸肩的接觸應(yīng)力變大，過大的應(yīng)力會(huì)使唇口下的油膜失效，導(dǎo)致軸與唇產(chǎn)生劇烈的摩擦，使密封件快速磨損，唇口變大而失效。在做了大量的試驗(yàn)和模擬后，將過盈量定為0.15mm，見圖3。

　　2.3.2 腰部厚度的確定
　　腰部厚度與過盈量同樣重要，為了使唇口具有良好的隨動(dòng)性能，腰部厚度必須在一個(gè)合理范圍內(nèi)取值。過厚則隨動(dòng)性差，唇口與軸的接觸力大，造成過快的磨損；過薄則會(huì)使接觸力消失，唇口密封性能失效，引起外界泥水的侵入和油脂的泄露。因此，腰厚應(yīng)該既能使唇口有良好的隨動(dòng)性，又不能太薄失去對(duì)唇口的支撐，所以將厚度定為0.5-0.6mm，見圖4^[1]。

　　2.3.3 唇口前、后唇角的確定
　　唇口部位前、后唇角的差值對(duì)密封件的泵汲效應(yīng)有很大的影響，選擇合適的前、后唇角對(duì)防水和防泄露功能很重要。對(duì)密封件的外唇口來講，防止外界泥水、沙粒、雜質(zhì)等異物的進(jìn)入是其主要功能，因此，其前唇角應(yīng)大于后唇角；而對(duì)于側(cè)唇口而言，其主要功能是防止軸承內(nèi)部的油脂向外泄露，因此，它與外唇的功能恰恰相反，所以采用間隙密封即可。由參考文獻(xiàn)^[2]可知，前、后唇角的差值為15°-25°時(shí)對(duì)泵汲效應(yīng)非常有利。因此把前唇角定為45°，后唇角定為25°。見圖5。

　　2.3.4 外徑過盈量的確定
　　外徑與軸承配合得過緊，則安裝困難，且易使密封件變形，可能使唇口失效；過松則外徑與軸承外圈的摩擦力不足，產(chǎn)生的后果主要是崩蓋（軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部氣壓將密封件從安裝槽內(nèi)頂出）和密封件隨軸旋轉(zhuǎn)（內(nèi)唇口的摩擦阻力大于外徑的摩擦阻力，因此在軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)將密封件帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)）而失效。通過試驗(yàn)，該過盈量應(yīng)該與密封件的膠料、骨架材料及厚度、骨架外包膠層的厚度、密封件外徑尺寸相匹配，一般應(yīng)為0.15-0.3mm。見圖6^[3] 。

　　3　密封件的性能試驗(yàn)
　　將裝有中等接觸式密封件（密封件材料為氟橡膠）的SA6303發(fā)電機(jī)軸承進(jìn)行以下性能試驗(yàn)。
　　3.1 耐久性試驗(yàn)
　　（1）常溫環(huán)境下，在室內(nèi)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，軸承轉(zhuǎn)速為18000r/min，徑向載荷為其徑向額定動(dòng)載荷的8％，連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間不少于4h，試驗(yàn)時(shí)間不低于18000h。
　?。?）在常溫環(huán)境下，將軸承裝入相應(yīng)的交流發(fā)電機(jī)中，按表1所列的條件進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間不少于4h，試驗(yàn)時(shí)間不低于2000h。

表1 耐久性試驗(yàn)循環(huán)周期

注：1） n_max為交流發(fā)電機(jī)的Z高工作轉(zhuǎn)速；2）I_R為交流發(fā)電機(jī)的基本額定電流。 

　　將SA6303軸承按上述條件進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到了規(guī)定要求，軸承無滲漏，密封效果良好。
　　3.2 防水性能
　　3.2.1 靜態(tài)防水試驗(yàn)
　　軸承在（90±2）℃的高溫箱中放置1h后，將軸承豎直浸入水深200mm的容器中，10min后取出，軸承表面干燥后，測(cè)量軸承質(zhì)量。對(duì)試驗(yàn)前、后的軸承進(jìn)行稱重比較，變化量應(yīng)不大于0.10g；拆開密封件，目測(cè)軸承內(nèi)部不應(yīng)有水珠或滲漏現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果見表2，密封件的防水性能良好。

表2 SA6303軸承密封件靜態(tài)防水試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　3.2.2 動(dòng)態(tài)耐水試驗(yàn)
　　用兩個(gè)軸線垂直于軸承端面的噴嘴向軸承連續(xù)噴水，噴嘴孔徑為3mm，兩個(gè)噴嘴位于軸承內(nèi)、外徑的平均直徑上，并呈180°分布，噴嘴與軸承密封圈端面的距離為10mm，噴水量為1L/min。常溫環(huán)境下，軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速2000r/min，徑向載荷為4N，試驗(yàn)時(shí)間為2h。待軸承表面干燥后，測(cè)量軸承質(zhì)量。表3為試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果。

表3 SA6303軸承密封件動(dòng)態(tài)耐水性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　3.3 靜態(tài)高溫密封試驗(yàn)
　　軸承在高溫箱和低溫箱內(nèi)交替放置，使其經(jīng)受溫度的迅速變化。將軸承放入（130±2）℃的高溫箱中，保溫2h，再將軸承放入（-40±2）℃的低溫箱中，保溫2h，然后取出，軸承從高（低）溫箱到低（高）溫箱的轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過30s。上述過程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，整個(gè)試驗(yàn)包括10個(gè)循環(huán)過程。試驗(yàn)后目測(cè)SA6303軸承沒有出現(xiàn)任何的油脂泄漏，密封性能良好。
　　4　結(jié)束語
　　由SA6303發(fā)電機(jī)軸承的以上各性能試驗(yàn)可知，將唇口過盈量、密封唇口的前、后唇角以及腰部厚度進(jìn)行優(yōu)化的中等接觸式密封件可以將泥水、灰塵、沙粒等雜質(zhì)進(jìn)行有效的阻止，并對(duì)軸承內(nèi)部的潤(rùn)滑油脂起到良好的密封作用，解決了密封件在高溫、高速、惡劣環(huán)境下的易磨損、脫蓋、漏脂、漏水等問題，各方面的性能指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)到使用要求。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]劉印文,劉振華,劉涌.橡膠密封制品實(shí)用加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.
　　[2]王保森.油封唇口壓力大小及分布的有限元分析[J].特種橡膠制品,2007(4):39-42.
　　[3]劉桂明,宋躍茹,張伯洪.骨架式軸唇密封囤及其模具概況[J].橡膠工業(yè),2004(2):93-97.