森吉米爾軋機軸承雙唇骨架密封圈設計

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——外圈擋邊內徑，mm

d2——密封圈內徑，mm

d3——骨架內徑，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徑面配合的過盈量，mm

δ2——密封圈內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，其工作環境十分惡劣。在采用乳化液潤滑的開式軸承時，外界的雜質和有害氣體會進入軸承內部，對零件造成損傷，降低軸承使用壽命。采用循環油潤滑的密封軸承，內部的工作環境更清潔，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唇形密封圈[1]，這種密封圈使用效果良好，但結構相對復雜，且軸承修復時常需要更換密封，因此經濟性差。為此，設計出一種新型的雙唇骨架密封圈，結構簡單，密封效果好，且加工成本較低。

1 軸承工況及對密封圈的設計要求

森吉米爾軋機軸承工作時外圈旋轉，根據軋機和軸承類型的不同,轉速為150～850 r/min，甚至更高，而內圈不旋轉；最高溫升可達到50 ℃;采用循環油潤滑，為了保證潤滑充分，軸承內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，密封圈對結構和使用材料都有很高的要求。

2 密封圈設計

2.1 安裝部位

森吉米爾軋機軸承的結構如圖1所示，潤滑油經內圈上的油孔進入軸承內部以后(為防止油從軸承內徑面泄漏，軸承外擋圈內徑面上有2個O形密封圈)，再經過外擋圈端面上的缺口回到油腔，從而形成一個循環油潤滑系統。外圈擋邊和外擋圈外徑面之間的間隙會導致潤滑油的泄漏，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 骨架密封圈結構的確定

骨架密封圈應用廣泛，效果良好，根據使用場合和工況，改進設計出很多不同的結構。文中設計的骨架密封圈在結構上采用主唇加副唇的雙唇形式，主唇能防止內部潤滑油的泄漏，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

其尺寸的計算系數和角度根據經驗取得，設計時可調整。

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，在滿足設計空間的情況下，盡量取最大值。

2.4 材料選用

根據軸承的使用工況，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構和材料有關以外，也與配合位置的尺寸精度及表面粗糙度有關。該結構密封圈配合尺寸有外圈擋邊內徑d1和外擋圈的外徑D1,擋邊內徑面與唇邊接觸，橢圓度及壁厚差建議控制在0.1 mm以內，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，表面粗糙度Ra控制在0.8～3.2 μm。軸承加工中，外擋邊內徑面和外擋圈外徑面經多次磨削，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對密封的效果起至關重要的作用。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面壓至與外擋圈外徑面上凸臺的內側面接觸，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，應適當用力，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 結束語

論述了森吉米爾軋機軸承的骨架密封圈結構，確定了密封圈和骨架各個參數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。