落地式銑鏜床主軸密封結構改進設計

王建利 姜成偉

（中捷機床有限公司，遼寧沈陽110142）

主軸密封的目的是為了阻止冷卻液、切屑、粉塵等污物進入主軸組件內部，同時阻止主軸軸承潤滑脂或潤滑油外漏。落地式銑鏜床屬于臥式鏜床，其方滑枕及主軸呈水平布置，相對于立式機床而言，這種結構更容易進入雜質，因而對于主軸密封的要求也更高。本文對某型落地式銑鏜床主軸密封結構進行了細致分析，找出了其不足之處并加以改進，從而使其性能得以提高。

1 鏜床主軸密封結構及其原理介紹

常見的鏜床主軸密封結構可總結為以下4類:油溝密封、迷宮密封、甩油環密封、氣體密封。這4種密封形式都屬于非接觸式旋轉密封。由于單一的密封形式作用有限，實踐中常將幾種密封形式組合使用。

油溝密封結構是主軸與軸承壓蓋間僅保留狹小縫隙，在軸承壓蓋上開有幾道溝槽，利用小間隙的節流效應產生密封作用。這種密封結構簡單，但密封效果相對較差［1］。

迷宮密封結構由幾組小間隙凹凸組合組成。利用流體在經過狹窄而曲折的迷宮時所產生的節流效應來達到密封的目的。根據迷宮凹凸的方向，可以把迷宮分為軸向迷宮和徑向迷宮。理論上講，迷宮間隙越小、長度越長，密封效果越好。但間隙越小，零件加工成本越高，而且在溫度升高時容易脹死。關于迷宮間隙的具體取值，很多軸承樣本都給出了參考數值，設計者可以結合實際情況來確定。市場上現在也有一些現成的迷宮密封產品可供選用，但價格較貴。

甩油環密封是在主軸上加工2～3道鋸齒形環槽，利用主軸旋轉時產生的離心力將流體甩出進行密封。鋸齒形狀可以是等邊的，也可以是不等邊的。當采用不等邊鋸齒時，鋸齒的方向應逆著流體流動方向［2］。

氣體密封是通過壓縮空氣在主軸和配合零件之間的縫隙內產生一道向外的氣簾，利用風阻實現密封。主軸前端采用氣體密封時，主軸后端也應采用相似結構的氣體密封，以保證滑枕內部壓力平衡，避免出現大流速空氣對流現象。壓縮空氣應進行凈化和干燥［3］。

2 主軸密封結構的改進設計

圖1、圖2為某型落地式銑鏜床主軸密封的原始設計方案。從前至后依次采用了氣體密封、迷宮密封、油溝密封和甩油環密封，共4層密封。其中的迷宮密封可以理解為單層徑向迷宮與單層軸向迷宮的組合。

首先分析最外層的氣體密封。原始方案中，氣流只能通過單一徑向孔通到主軸端蓋的內環槽之中，再由環槽向外噴出。這種結構只能保證在內環槽的氣源點附近氣簾壓力較大，而遠離氣源點之處，氣簾壓力就會比較小。也就是說，該結構只能保證在某一較小角度范圍內的密封效果，對于大直徑主軸來講這種弊端就更加明顯。為此，可以把氣體密封改為如圖3所示的結構。在主軸端蓋的內圓和外圓上各加工一個環槽再通過多個徑向孔將其連通。氣流首先進入外環槽，再由徑向孔進入內環槽，這樣在內環槽之中就會形成多個氣源點，可以保證主軸在整個圓周方向上都具有良好的密封效果。從理論上講，氣流向內阻力比向外阻力大，可以保證壓縮空氣向前吹出。因此，多數氣體密封結構徑向孔都是垂直通入到內環槽之中的。本次改進設計為了增強氣流向外吹出的效果，將徑向孔的末端向外偏置了一定角度。此外，也可以通過減小向內氣流通道的方法來人為增大氣體的向內阻力［3］。

原始方案的第二層密封是迷宮密封。由于結構所限，本機床迷宮結構只能做成單層迷宮，而單層迷宮密封效果比多層迷宮差很多。應當指出，在普通的應用場合下，氣體密封加迷宮密封（包括單層迷宮）就完全可以滿足使用要求。在各類機床中也常會見到這種組合方式。為了取得更好的密封效果，本次改進設計中將第二層密封改為了甩油環密封。甩油環密封是一種更為“主動”的密封形式，在噴水量大、噴水時間長的加工情況下，也會體現出比較好的密封效果。如圖3所示，該甩油環結構由3道鋸齒形環槽組成，可以將流體甩至固定環上其對應位置的回水槽中，再由回水槽下部的小孔流出。不等邊鋸齒環槽在將流體甩出時具有一定的向外導向功能，增強了密封效果。后兩層密封可以將少量通過前面密封結構的流體密封，同時起到防止軸承潤滑油外漏的作用。在本次改進中未對后兩層密封結構進行更改。

3 結語

主軸密封的方法多種多樣，如何合理選用，需要設計者根據機床的使用要求、機床定位等因素來綜合確定。在對一種落地式銑鏜床主軸密封結構的改進設計中，通過增加內環槽氣源點數量的方法，使主軸在整個圓周方向上獲得了更均勻的氣體密封效果。將第二層密封改為了由3道不等邊鋸齒形環槽組成的甩油環密封，使密封性能得到了進一步提高。經實踐證明，這種設計方法切實可行。

［1］李洪.實用機床設計手冊［M］.沈陽:遼寧科學技術出版社，1999:959.

［2］戴曙.金屬切削機床［M］.北京:機械工業出版社，1993:215.

［3］李志明.一種車床主軸密封的新結構［J］.組合機床與自動化，1999（9）:35－36.