軸承密封圈的密封性能試驗機

曲文秀，周寞，胡衛平，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”動態試驗設備,開發一種集溫度、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；溫控系統采用高低溫循環裝置；試驗機腔體容積為3 L；壓力接入方式為氣動三聯件接氣源，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并通過金屬導熱使工件區溫度達到試驗要求，然后從出油口導出到高低溫一體機，形成一個密閉循環。

試樣安裝完畢后，根據規定要求設定轉速、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

溫控系統中的液體循環是密閉的，由膨脹容器提供導熱油動力。溫控系統配備高壓壓力開關和過載繼電器，與液體循環之間絕熱，且不參與液體循環。溫控系統與試驗機之間只是機械連接，不論液體循環的溫度高低，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，可實現連續降溫。另外，溫控系統還具有自我診斷、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，并節省時間成本，提高生產效率。