密封深溝球軸承漏脂原因與填脂量探討

張迅雷，汪燮民

(浙江五洲新春集團股份有限公司，浙江 新昌 312500)

通常，密封型深溝球軸承具有較好的潤滑與密封性能，既可防止潤滑脂的泄漏，同時也能避免塵埃、金屬或非金屬微顆粒及其他雜物、水分等的侵入。使用密封軸承可簡化支承部位的密封結構，同時，安裝和拆卸方便，維修和保養簡單。因此，該類軸承發展很快，需求量也越來越大，已占深溝球軸承產量的90%左右。

實際使用表明，到目前為止，密封球軸承的漏脂和異物侵入問題仍沒有得到徹底解決。下文將對漏脂產生的原因，潤滑脂在軸承內部的分布狀態，以及填脂量等進行分析。

1 密封軸承的漏脂問題

對于密封深溝球軸承的漏脂問題，通常首先考慮到的是密封唇、密封槽的結構及其接觸狀態。到目前為止，密封軸承在初始運轉階段均會或多或少出現漏脂的情況。

1.1 漏脂部位及形態

軸承漏脂形態如圖1所示，其中，堆狀漏脂主要屬于靜止狀態，由軸承內部潤滑脂的攪動力及溫升導致內部壓力增大，產生排擠造成(圖1a)；密封槽處的周向漏脂由內部壓力、內圈密封槽與密封唇之間的相對轉動所致，漏脂通常分布在全部或部分圓周上(圖1b和圖1c)。

圖1 軸承漏脂形態

1.2 漏脂原因

由于潤滑脂填充過量、初始填充位置不合適、軸承旋轉過程中潤滑脂受到離心作用或機械擠壓等作用，潤滑脂遷移到易產生泄漏的密封唇處，隨著軸承的旋轉，潤滑脂被轉移到軸承外部。漏脂原因大致有以下幾種：

(1)軸承內部填充的潤滑脂在軸承運轉一段時間后，有一部分潤滑脂遷移并附著于密封唇處。隨著軸承運轉溫度升高，內部空氣膨脹導致壓力上升，使附著在密封唇處的潤滑脂逐漸被擠壓到外部(圖2)。

圖2 內部空氣壓力將密封槽處的潤滑脂擠出

(2)軸承內圈密封槽臺階面較粗糙，軸承旋轉過程中密封唇與密封槽臺階面存在相對旋轉，將潤滑脂逐步帶出而積聚在密封槽外部。

(3)由于內圈的密封槽相對于密封圈的內徑存在一定的偏心，旋轉過程中內圈密封槽與密封圈內徑會產生徑向往復偏移，導致潤滑脂轉移到外部(圖1c)。

(4)密封圈外徑處漏脂主要是填脂不當所致。因潤滑脂大多被填充于外圈內徑擋邊處，軸承旋轉初始階段保持架球兜外徑部與外圈擋邊之間不斷攪動潤滑脂，加之密封圈與外圈的結合不緊密，將部分潤滑脂從縫隙間推到軸承外部。

(5)潤滑脂本身物理特性所致的漏脂。隨著軸承的運轉，潤滑脂中的皂纖維被剪斷、基礎油及添加劑的游離等亦可導致漏脂。

1.3 解決方法

1.3.1 密封圈外徑處設計放氣缺口(槽)

在密封圈的外徑上開1個半圓柱形的缺口，在密封圈內側的外環面上開1～2個缺口，相互不在同一位置(圖3)。表面上看這2種缺口并不能與外界直接相通，但實際上密封圈與外圈的槽口之間不是完全的密封狀態，能有效減輕內部溫升帶來的空氣壓力增高，顯著減小漏脂量。

圖3 帶放氣缺口的密封圈

1.3.2 改進保持架結構

改進保持架結構，使其內部能容納更多的潤滑脂。這樣不僅可以減少漏脂，而且能保證軸承得到充分的潤滑。國外軸承企業根據對密封軸承內部潤滑脂遷移的分析，通過改變保持架球兜的形狀達到保持潤滑脂并減少漏脂的目的[1]。具體措施是：(1)加大(球兜內徑側對角處)球兜內側空間；(2)適當加大球兜內徑尺寸，使球兜寬度變窄，增大保持架球兜外徑與外圈擋邊之間的間隙，改進前后的局部形貌如圖4所示。

圖4 球兜改進前后局部形貌圖

1.3.3 合適的填脂量

在保證軸承能得到充分潤滑，尤其是在使用環境良好，沒有異物侵入的情況下，適當減少潤滑脂的填充量是必要的。這樣不至于有較多的潤滑脂附著到內、外圈擋邊、保持架外表面以及密封圈的內表面上。

2 潤滑脂的遷移及驗證

下面以6203密封深溝球軸承為例，添加ET-K品牌的潤滑脂，在轉速1 800 r/min下進行試驗，驗證不同注脂量及注脂方式的影響。

2.1 注脂于外溝道

用注射器將潤滑脂注于保持架鉚合面外徑與兩鋼球之間的外溝道中，注脂量為0.24 g，約占軸承內部空間10%。軸承不加密封圈，在試檢機主軸上旋轉5 s后觀察潤滑脂遷移情況。由圖5可以看出：經過鋼球與溝道的快速擠壓，部分潤滑脂已被擠到外圈擋邊上；有部分潤滑脂經過球兜孔到達內溝道，多余的潤滑脂被擠壓到內圈擋邊上；還有部分潤滑脂被帶到保持架球兜的外表面上，這些潤滑脂通常很難再回到溝道中參與潤滑。

圖5 注脂于外溝道經旋轉后的形態

2.2 注脂于內溝道

用同樣方法將潤滑脂填充到內溝道中，注脂量為0.14 g。因保持架內側間隙相對較小，填充的潤滑脂僅占軸承內部空間的5%。用同樣的速度旋轉5 s，潤滑脂很快被擠壓到內圈擋邊和保持架的外表面上，而遷移到外圈擋邊上的脂較少。

對擠壓掉潤滑脂的內側空間再次填充0.15 g(總填脂量為0.29 g)潤滑脂，約占軸承內部空間的10%，仍旋轉5 s，結果如圖6所示，除了內圈擋邊上增加了潤滑脂的附著，也有部分潤滑脂附著于外圈擋邊上。

圖6 注脂于內溝道經旋轉后的形態

2.3 常規注脂情況

通常情況下，注脂量要達到軸承空腔的30%左右或更多，填脂量占軸承空腔26%時的情況如圖7、圖8所示。此時軸承運轉，會使更多的潤滑脂被擠壓到擋邊和保持架的外表面上，當達到一定程度時，一部分潤滑脂就會轉移到密封槽里和密封圈的內表面上；內、外圈擋邊上的潤滑脂與保持架內、外徑上的潤滑脂經過互相攪拌、牽扯后逐漸分離形成渠道，保持架球兜頂部與密封圈內表面的潤滑脂也同樣互相牽扯后分離。最終結果是最初填充的潤滑脂絕大部分附著于內、外圈擋邊、保持架外表面及密封圈的內表面上，并被固定下來，正常工作情況下不可能再回到溝道中起潤滑作用。

圖7 拆套后的軸承內部

圖8 拆套后的密封圈內表面

2.4 生產線上的注脂情況

目前生產中的填脂方式大多是由定量泵將潤滑脂通過注脂頭加注到保持架梁上，很少接觸到鋼球和溝道的邊緣，基本沒有進入到溝道中。生產線上的注脂情況如圖9所示，每套軸承注脂量為0.74 g，約占內部空腔的26%。軸承勻脂后，只有注在保持架梁上的脂與內、外圈擋邊及溝道邊緣的接觸部分開始牽扯，將保持架梁上的脂拉扯開；位于內、外圈擋邊處的部分潤滑脂直接被附著于內、外圈擋邊上(圖10)，從開始運轉就有了渠道的跡象。

圖9 生產線上的注脂情況

圖10 勻脂后及局部放大形態

2.5 對失效軸承的觀察

按常規填充潤滑脂的軸承在設備上運轉至失效后，分解并進行觀察。從圖11中可以看出：附著在外圈擋邊、保持架外表面和密封圈內表面上的大部分潤滑脂已變成褐色；附著在外圈密封槽臺階上和密封圈與臺階結合處的潤滑脂仍為乳白色；保持架球兜頂部與密封圈之間的潤滑脂有明顯的摩擦痕跡，但相互之間已經成為間隙形式，相當于內、外圈與保持架內、外徑之間的潤滑脂渠道；一些褐色粉塵已經從密封唇處侵入到軸承內部。

圖11 使用后的軸承內部和密封圈內表面形態

根據上述試驗和觀察可知：填充在軸承內部的潤滑脂有一定的遷移規律，其中有一部分潤滑脂很快被固定下來，無法再參與軸承的潤滑。

密封蓋剛裝入軸承時，其內側應該沒有潤滑脂。但在軸承運轉后，被滾動組件擠出的潤滑脂首先附著在擋邊上，繼續上行到達密封蓋的內側表面，最后與保持架外表面上的潤滑脂匯合并不斷牽扯。

在跑合初始階段，附著在保持架內、外徑上的潤滑脂與附著在內、外圈擋邊上的脂會不斷發生接觸、攪合和牽扯，最終導致部分潤滑脂出現明顯的分界面，即形成渠道(當然，根據潤滑脂的特性，也有較難形成渠道的)。此時，只剩下少量的潤滑脂在鋼球、溝道、保持架球兜內部的接觸面上，借助尖劈作用形成薄薄一層潤滑膜，軸承進入正常潤滑運轉階段。

當達到一定穩定狀態后，鋼球、溝道、保持架球兜內部已經沒有多余的潤滑脂被擠出，其外部的潤滑脂也很難再回到其中參與潤滑。此時軸承中參與潤滑的僅有一小部分潤滑脂。

由于結構和流變性的差異，各種潤滑脂在滾動組件外部形成輪廓的能力不同，有些所謂成渠型脂潤滑，形成的輪廓相對整齊、挺拔，跑合時間比較短，在長期運轉中軸承的溫升低，而且平穩，是比較理想的軸承潤滑脂。對高速軸承來說，潤滑脂的成渠性能尤為重要。

3 填脂量的確定

確定潤滑脂的填充量，首先要了解軸承的使用工況。對于有塵埃、不良氣氛及異物等侵入的場合，最好使用能形成渠道的潤滑脂，且填脂量宜偏多，以阻擋異物進入溝道表面破壞潤滑油膜的形成。

若軸承使用工況良好，可以用極少量的潤滑脂，只要保證潤滑脂均能覆蓋到溝道、鋼球表面和保持架內部即可。為了降低軸承溫升和減小力矩，注脂量也需少點。

根據軸承內部結構、空間容積，潤滑脂品牌及使用環境等的不同，建議注脂量如下：

(1)普通軸承不要填滿潤滑脂，以注脂量占到軸承全部空腔的1/2～3/4為宜；軸承使用轉速在軸承樣本容許轉速的50%以下時，注脂量占空腔的1/2～2/3；50%以上時，注脂量占空腔的1/3～1/2。

(2)水平安裝的軸承，注脂量占空腔的2/3～3/4。

(3)垂直安裝的軸承，注脂量占空腔的1/2(上側)，3/4(下側)。

(4)在污染的環境中，對于中、低速軸承，應將軸承內部空間全部注滿潤滑脂。

為了讓有限的潤滑脂發揮應有作用，應將潤滑脂直接填充到軸承溝道中。最好將注脂頭的出脂口設計成2個，由內、外兩側對準溝道中間注脂。如果做不到，可以將脂填充到外溝道中，切不可直接對著保持架梁注脂。

4 結束語

基于對密封深溝球軸承漏脂問題的分析，探討了軸承密封結構及注脂方式對漏脂的影響，給出了依據軸承使用工況確定適宜的注脂量等建議，旨在既能防止漏脂，又能使軸承得到有效潤滑，確保軸承長期穩定運轉。