來源：斯凱孚(fú)商業技術雜志

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自從軸承(chéng)使用内置密封後，其可靠(kào)性發生了巨大變化，特别是在污染環境中。如今，憑(píng)借新的密封設計，SKF Explorer小型密封球面滾子軸(zhóu)承的性能更佳，可為衆多應用帶來(lái)更大優勢。

概要

通(tōng)過研(yán)究如何改進軸承密封(fēng)的性能，SKF研(yán)發出适(shì)用于小型球面滾子軸承更好的(de)密封。這種新密封僅用單一設計就一應俱全，代替了三種不同的密封解決方案。對SKF最大外(wài)徑為180mm的小型球面滾子軸(zhóu)承産(chǎn)品來說，未來将采用(yòng)經濟的新密封設計，降低在衆多應用中的維護需求，并延長維修周期，提高整體(tǐ)性能。

SKF工程(chéng)師決定重新設計SKF球面滾子軸承的密封，其主要目的有兩個：一是提高密封(fēng)性能，二是改進制造工藝（圖1）。

圖(tú)1

在項目進入開發階(jiē)段之前，工程師先設定了新密封軸承的功能要求，特别(bié)是軸承功能以及軸承與密封(fēng)的相互影響。球面滾子軸承性能設(shè)計專家與密封性能設計(jì)專家攜手(shǒu)合作，使用各種設計和開發工具，包括使用以原型構建和試驗驗(yàn)證為基礎的計算機模拟，來創建新的密封。

上世紀90年代初(chū)，SKF首次推(tuī)出了密封球面(miàn)軸承(chéng)。這種軸承取得了巨大成功，标準産品範圍多達100多(duō)種。在改進(jìn)設計取得顯著成效之後，SKF在大多數(shù)小型球面滾子軸承尺寸範圍中也推出了新(xīn)的(de)密封設計作為标準産品。這種全新的密封軸承可用于電(diàn)梯、起重機、通風機(jī)、食品和飲料加工設備等衆多領域，機場的行李輸送系統也是非常典型(xíng)的應用之一。

在性能方面：

新密(mì)封能把密封摩擦降(jiàng)低50%，進而将軸承總摩擦降(jiàng)低20%，工作溫(wēn)度最高降低20℃。與之(zhī)前尺寸相同的SKF密封軸承相(xiàng)比，使用新設計的(de)密封軸(zhóu)承的極限(xiàn)轉速提高了一倍。此外，由于潤滑劑的使用壽(shòu)命更長，新密封(fēng)設計(jì)能降低維護需求，在多項(xiàng)應用中無需補充潤滑。

目(mù)前，SKF在小型(xíng)球面滾子軸承中主要使用三種設計的(de)密封，它們都(dōu)将被新設計(jì)的密(mì)封所代替。新密封的型号後綴為RS，共有37種外徑不大于(yú)180mm的軸承将受益于新的密封(fēng)解決方案(àn)（圖2）。

圖2

新(xīn)密封設計面(miàn)面觀

有兩種密封材料可供選擇(zé)，它們是(shì)由兩種不同的(de)橡膠(jiāo)化合物制成：丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠(jiāo)。丁腈橡膠(jiāo)具有優異的工程特性，是(shì)一種(zhǒng)通用的密封唇材料(liào)。它是用丙烯腈和丁二烯制成的共聚物，對多數礦(kuàng)物(wù)油及以礦物油為(wéi)基油的潤(rùn)滑脂(zhī)、汽油、柴油和輕質(zhì)燃料油等燃料、動(dòng)物油和植物油及脂肪、以及熱(rè)水具有出色的耐腐蝕性。氫化丁腈橡膠是丙烯腈和丁二烯進(jìn)行加氫處理後制成的飽和(hé)共聚物，适用于(yú)脂肪(fáng)烴和礦物(wù)油應用，其物理性質和化學性質會因聚合物的構成而發生(shēng)變化。

從本質上說，密封性能的(de)改進得益于三個設(shè)計因素（圖3）。外圈上的(de)新密封溝槽設計改善了密封的夾持性，使其更加貼(tiē)合，并且易于安裝。首先，它能實現較高的夾持力，從而降低了密(mì)封在所嵌(qiàn)入的溝槽内轉(zhuǎn)動的風險。其次，全新設計的橡膠密(mì)封端(duān)面，能更好耐腐蝕和(hé)防劃傷。最後，新密封唇(chún)的(de)接觸壓力得到優化，有助于降低密(mì)封摩擦力矩。“SKF密封設(shè)計師”工具對該解決方案進(jìn)行了标準化。

圖3

減(jiǎn)少摩擦力矩能獲得更高轉速，同時(shí)不損壞密封唇。新的(de)極限(xiàn)轉速以密封唇口線速度為10 m/s作為設(shè)定值(zhí)，而之前密封軸承的極限轉速設為開式軸承極限轉速的20%左右。對大多數軸承來說，這意味着極(jí)限轉速(sù)是以前的兩倍左右。

當所選的密(mì)封球面滾子軸(zhóu)承運行在高速條件下時(shí)，保證工作溫(wēn)度不超過密封材料的最大建議溫度(dù)很重要。标準丁(dīng)腈橡膠材料（後綴RS）的極限溫度為90℃，氫(qīng)化丁腈橡(xiàng)膠材料（後綴RS5）為150℃。降低軸承密封的摩擦力(lì)矩(jǔ)可減少發熱，從而相應地降低工作溫度。在典型(xíng)運行條件的測試中，帶(dài)有新設計密封的軸承溫度(dù)下降約15至20℃（圖4）。在實際應用(yòng)中，較低的工作溫度意味着潤(rùn)滑脂老化速度減緩，相應的補充潤滑周期變長。工作溫度降低15℃，補(bǔ)充潤滑周(zhōu)期會翻倍。延長補充潤滑周期另外一個好處是，更多軸承在運行中(zhōng)無(wú)需補充潤滑。

圖4

嚴(yán)格的測試程序

SKF進行了嚴格的測(cè)試，以确認新密封設計的性能，包括在不(bú)同轉速下對三種不同尺寸軸承的密封摩擦力(lì)矩(jǔ)進行測試（圖5）。測試發現，密封摩(mó)擦平均降低了約50%。亞利桑那粉塵測試是(shì)衡量密封抗(kàng)污(wū)染能(néng)力非常成熟的的方(fāng)法。該測試在(zài)一個集塵室内(nèi)進行，測量軸承内污染物的數量。結(jié)果顯示，新密封唇(chún)與當前使用的密封設計一樣高效，在抗幹燥(zào)污染物方(fāng)面甚至性能更(gèng)佳。

圖5

為确保密封能牢固(gù)地嵌入外圈，研(yán)究人員進(jìn)行了三次試驗來驗(yàn)證其夾持情況。結果顯示，密封夾持性得到了改善（圖6）。

圖6

SKF提供的密封球面滾子軸承已經預(yù)先填充了潤滑，可直接安裝。橡膠密封需(xū)要潤(rùn)滑劑，而(ér)在密封球面滾子軸(zhóu)承(chéng)中，密封是用軸承的潤滑脂來(lái)潤(rùn)滑的，因此少量潤滑劑溢出是正常的。影響潤滑劑洩露的(de)因素包括轉速、溫度、軸的(de)不對中以及安(ān)裝方向，因此很難提前估(gū)計洩露(lù)量。

在電梯的典型應用條件下進行的測試(shì)表明，新密封的潤滑(huá)脂保持性能與目前密封設計完全一樣(yàng)。

益處多多(duō)

綜上所述，新密封(fēng)設計改進了密封性能，從而使更多(duō)應用無需補(bǔ)充潤滑。新的設計(jì)除了幫助SKF自身提高生産(chǎn)效率，在(zài)性能和(hé)延長使用壽命方(fāng)面也能讓最終用戶(hù)受益匪淺。