軸承密封圈的密封性能試驗機

曲文秀，周寞，胡衛(wèi)平，段鵬飛，紀永錄

(1.瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300；2. 大連港埠機電有限公司，遼寧 大連 116100)

目前，對于軸承密封圈密封性能的試驗，一般利用現有密封性能試驗機對整套軸承進行試驗，每次可試驗2套或4套，利用夾具夾住軸承兩側端面，從下方的進氣口打入10 kPa壓力，當出氣口測量腔體內壓力達到符合要求的試驗壓力時，通過計數比較確定軸承外圈與密封唇的過盈量。該試驗機操作繁瑣，需將整個軸承作為工裝進行試驗，而且無法對密封圈進行高低溫環(huán)境模擬試驗、密封腔高低壓試驗等專項試驗[1-3]。

因此，以森基米爾180軸承為例，結合GB/T 13871.4—2007 《密封元件為彈性體材料的旋轉軸唇形密封圈 第4部分：性能試驗程序》中“旋轉軸唇形密封圈”動態(tài)試驗設備,開發(fā)一種集溫度、轉速、壓力于一身，能夠全方位檢測密封圈密封性能的試驗機。

1 試驗機參數

試驗機主要參數如下：溫度，-40～200 ℃；壓力，0～0.4 MPa；轉速，1 500～5 000 r/min ，變頻調速；尺寸范圍，φ72.5～400 mm；變頻電動機型號為VFG112M-50-4.0-4，自帶變頻器；帶輪采用2級調速，0～1 500 r/min時恒轉矩，傳動比i=1∶1，1 500～2 000 r/min時恒功率，傳動比i=1.5∶1；溫控系統(tǒng)采用高低溫循環(huán)裝置；試驗機腔體容積為3 L；壓力接入方式為氣動三聯(lián)件接氣源，壓力要求7～9 kPa，溫度要求25～60 ℃；潤滑方式為乳化液潤滑。

2 試驗機結構

2.1 工作原理

試驗機總體結構如圖1所示，試驗機工作時，變頻電動機驅動帶輪轉動，從而帶動工件軸轉動，并將動能傳遞給工裝輪，達到試驗所需轉速。被試密封圈安裝于工裝輪上，試驗密封圈由密封唇和防塵蓋組成，無需使用整套軸承，由工裝模擬軸承內、外圈。

1—進油口； 2—帶輪防護罩；3—帶輪；4—工件軸；5—工裝輪；6—出油口；7—密封圈； 8—隔熱板；9—隔熱頂板；10—導熱油；11—密封墊；12—試驗油管氣管；13—試驗密封唇；14—防塵蓋；15—機體；16—圍板；17—支撐體； 18—廢油收集

在啟動變頻電動機前,還需要完成3個步驟：

1)用油槍從試驗油管氣管處注入試驗所需潤滑油(乳化液)；

2)從試驗油管氣管處加壓；

3)高低溫一體機從進油口處通入導熱油,導熱油在試驗機外圍循環(huán)并通過金屬導熱使工件區(qū)溫度達到試驗要求，然后從出油口導出到高低溫一體機，形成一個密閉循環(huán)。

試樣安裝完畢后，根據規(guī)定要求設定轉速、試驗溫度和壓力，觀察運轉過程中是否有滲漏，并根據有關數據分析該產品質量[4]。

2.2 安全驗算

軸頭部分是整個試驗機的關鍵，也是薄弱部分，為滿足安全需要，需進行受力分析驗算，軸頭部分受力示意圖如圖2所示，圖中F為工裝輪的重力，透蓋端面到工裝輪中心位置的距離為108 mm，透蓋端面到工件軸右端面的距離為158 mm，d為薄弱部分軸徑。

式中：M為彎矩；φ為校正系數；T為扭矩；σ為軸的許用彎曲應力。計算得，最小軸徑為13.8 mm。取2.5倍安全系數，即薄弱部分軸徑d取35 mm，可確保安全性及試驗的可靠性。

圖2 軸頭部分受力分析

2.3 溫控系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)中的液體循環(huán)是密閉的，由膨脹容器提供導熱油動力。溫控系統(tǒng)配備高壓壓力開關和過載繼電器，與液體循環(huán)之間絕熱，且不參與液體循環(huán)。溫控系統(tǒng)與試驗機之間只是機械連接，不論液體循環(huán)的溫度高低，膨脹容器中的介質均低于60 ℃，低溫時無水氣吸收，高溫時無油霧產生，升、降溫時均可實現±0.15 ℃的精確溫控。

溫控系統(tǒng)配備加熱冷卻一體容器，換熱面積大，升、降溫的速率快，-40～200 ℃變溫僅需20 min(以50 L容量為例)，導熱油的需求量也比較小，可實現連續(xù)降溫。另外，溫控系統(tǒng)還具有自我診斷、冷凍機過載保護、熱保護裝置等多種安全保障機能，可充分保證使用安全。

3 結束語

目前，該試驗機仍處于設計階段，還未投產使用。試驗機完成后可用于鐵路軸承的試驗，模擬低溫、高轉速工況，為高鐵軸承的可靠性提供保障，并節(jié)省時間成本，提高生產效率。