外部密封

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

轴承配置通常包括轴、轴承、轴承座、润滑剂、相关零部件和密封件。 密封件对润滑剂的清洁和轴承的使用寿命十分重要。
整体式密封件部件与材料章节将给出关于闭式轴承所用整体式密封件的一般描述。 更多详情,参见章节相关产品章节。 本章节介绍轴承外的密封件以及其对轴承性能的影响。
由于其对于轴承应用非常重要,本章节专门介绍非接触式和接触式轴密封件以及其不同的设计和类型。

密封件选择标准
轴承应用的密封件,在普遍的工作条件下,也应以最小的摩擦和磨损为轴承提供最大的保护。 由于润滑剂的有效性和清洁对轴承的性能和使用寿命有很大的影响,因此密封件是一个关键的部件。 有关固体污染物对轴承性能的影响的更多信息,请参阅污染系数,ηc

对某一具体的轴承-轴-轴承座系统而言,要选择最合适的密封件类型,有许多必须考虑的因素: 其中包括:
  • 润滑剂类型: 润滑油或润滑脂
  • 污染物的类型: 颗粒或液体或两者都有
  • 密封唇的圆周速度
  • 轴的配置: 水平或垂直
  • 可能出现的轴不对中或偏差
  • 跳动和同心度
  • 可用空间
  • 密封件的摩擦及其产生的温升
  • 工作环境的影响
  • 成本
  • 要求的运行时间
  • 维护需求
更多信息,请参考传动密封件

密封件类型
密封件的作用是防止润滑剂流失以及防止污染物进入需要保护的空间内。

以下是几种基本的密封件类型:
  • 非接触式密封件
  • 接触式密封件
  • 静态密封件
非接触径向轴密封件在静止和转动组件之间形成很窄的间隙。 此间隙可以是轴向、径向或两者之组合所构成。 非接触式密封件包括从简单的游隙型密封件到多级迷宫式密封件(图 1),不会磨损。

与滑动表面接触的密封件称为接触式密封件,用于密封有相对直线运动或转动的机器部件之间的部位。

最常用的接触式密封件是径向轴密封件(图 2),它安装于静止和旋转部件之间。

静止表面之间的密封件称为静态密封件。 其密封效果取决于安装时截面的径向或轴向变形情况。 垫圈(图 3)和 O 形圈(图 4)是静态密封件的典型示例。

非接触式密封件
在外置密封件中最简单的密封件就是狭缝式密封,其在轴和轴承座盖之间形成一个细小的间隙(图 5)。 这种密封件主要用于干燥、无尘的工作环境,并且以脂润滑的应用工况。 要提高这种密封的效果,可以在轴端轴承座盖上的孔内加工一道或几道与轴同心的沟槽(图 6)。 在狭缝和沟槽中填入润滑脂,可以帮助防止污染物的进入。

对于油润滑和水平放置的轴,可在轴或轴承座孔的相应位置加工螺旋形的沟槽,右转或左转皆可,视轴的旋转方向而定(图 7)。 这些沟槽的设计是为了让溢出的油返回轴承,因此轴必须只朝一个方向旋转。

其他形状也可在轴上加工出来。 非螺旋形的沟槽可用于轴上和轴承座内,发挥阻止器或甩油环的作用。 额外的轴颈可防止润滑油泄漏,无论从哪个方向旋转。

单层或多层的迷宫式密封件(通常与润滑脂配合使用),比简单的间隙式密封件的密封效果更好,但制作的成本也更高。 在密封内的曲路定期填充润滑脂,可以进一步提高其密封效果。 迷宫密封件通道可轴向(图 8)或径向(图 9)排列,取决于轴承座类型(剖分式或非剖分式)、安装程序、可用空间等。 运行中轴产生轴向位移时,迷宫的径向缝隙(图 8)保持不变,因此可以做得很窄。 但如果轴与轴承座之间有可能出现角度误差,可以加工部分倾斜的曲路(图 10)。

迷宫式密封件可利用 SKF 的密封垫圈制成,是一种经济而有效的选择(图 11)。 增加使用垫圈的数目,可以提高密封的效果,加上使用带毛毡的垫圈更可以进一步提高其密封效果。 有关这些密封垫圈的更多信息,请参阅传动密封件

转盘(图 12)经常安装在轴上,起到防尘盖的作用。 甩油环、沟槽或转盘也与油润滑一起使用。 挡油环中的油是通过轴承座中的油道收集,并从合适的管道返回轴承座油池(图 13)。

接触式密封件
有四种常见的接触式密封件类型: 为特定应用选择的密封件类型通常取决于:
  • 密封件的主要用途(为保留润滑剂或排除污染物)
  • 润滑剂的类型(润滑油、润滑脂或其它) 
  • 运行条件(转速、温度、压力和环境)

径向轴封

径向轴密封(图 14 和图 15)属于接触式密封,用于以润滑脂或润滑油润滑的应用场合(→ 径向轴密封)。 这些现成的密封件通常具有金属的骨架或外壳、合成的橡胶主体、密封唇和卡紧弹簧。 利用卡紧弹簧将密封唇紧压在轴上。 根据不同的密封材料和需要防止流失或进入的介质,通常用于径向轴密封件的材料可在 –55 °C (–65 °F)至 +200 °C (375 °F) 的温度下使用。

密封件接触面是密封唇接触轴的一部分,对密封的有效性十分重要。 配合面的表面硬度至少达到 45 HRC,深度至少为 0.3 mm。 表面纹理应符合 ISO 4288 标准且在 Ra = 0.2 至 0.5 μm 范围内。 在低转速、润滑良好且污染程度较低的工况,可以接受使用较低的硬度。 对于油润滑,为了避免螺旋形的磨工痕造成抽吸作用,SKF 建议采用切入式的磨削接触面方法。

如果径向轴密封件的主要目的是为了防止润滑剂流失,密封件的密封唇应向内安装(图 14)。 如果主要目的是为了防止污染物进入,密封唇应向外(背向轴承)安装(图 15)。 → 径向轴密封件

SKF 还可以提供机加工聚氨酯径向轴密封件。 → 机加工密封件

警告

关于氟橡胶和聚四氟乙烯的安全注意事项


在不超过 200 °C(390 °F)的正常工作温度下,氟橡胶(FKM)和聚四氟乙烯(PTFE)非常稳定且无害。 但是,如遇到 300 °C(570 °F)以上的高温,如明火或气割枪的火焰,FKM 和 PTFE 会释放出有害的气体。 吸入这些气体或接触眼睛会对人体健康造成损害。 此外,氟橡胶密封件一旦被加热到如此高温,即使在冷却之后的处理也会有危险。 因此,绝不可让它们与皮肤有任何接触。

如果必须处理曾经受过高温的氟橡胶密封轴承,如拆卸过程中,应遵守以下安全预防措施:
  • 在整个过程中要配戴护目镜、防护手套和合适的呼吸器具。
  • 将所有剩余的密封圈存放在一个密封的塑料容器中,并在上面标记“腐蚀材料”。
  • 遵守适用安全数据表(SDS)中的安全注意事项。

如果接触到密封件,应用肥皂和大量清水洗手;如果接触到眼部,以大量水冲洗眼睛,并立即就医。 如果吸入氟橡胶释放出的有害气体,必须立即就医。

在使用期间,用户要负责正确地使用和妥善处理产品。 对于因 FKM 或 PTFE 处理不当或因其使用而造成的伤害,SKF 概不负责。

V 形环密封件

V 型圈密封件(图 16)可用于油或油脂润滑。 密封件本身具有一定的弹性,可以夹着轴并与其一起转动,此时,密封唇向静止的部件施加一个很轻的轴向力,如轴承座。 根据不同的材料,V 形环的工作温度在 –40 至 +200 °C (–40 至 390 °F)之间。 V 形环的安装简便,低转速时更允许轴与轴承座之间有相对较大的不对中。

推荐的配合面光洁度(表面纹理)取决于圆周速度(→ 配合面表 1) 圆周速度超过 8 m/s 时,密封件本身必须轴向固定在轴上。 速度超过 12 m/s 时,必须防止密封件本身从轴上松开。 可以使用薄的金属支撑环防止其松开。 当圆周速度超过 15 m/s 时,密封唇会因离心力的作用与配合面分开,使 V 形环的作用如同缝隙式的密封。

V 形环密封件具有良好的密封性能,在于其本身的作用有如一个甩油环,可以排斥一些污染物和流体。 因此,在脂润滑的应用中,这些密封件通常事安装在轴承座的外部,而在油润滑的应用中,一般是安装在轴承座的内部,且密封唇在背向轴承的位置。 当 V 形环作为第二重密封时,可以保护主密封件免受过量的污染物和湿气。

SKF还提供MVR密封件以提供在极度污染应用场合的附加保护。 → MVR 轴向轴密封件图 17

轴向夹持式密封件

轴向夹持密封件(图 18)作为大直径轴的第二道密封,在需要对主密封件提供保护的场合中使用。 这类密封件夹在不转动的部件上定位,对转动密封面进行轴向密封。 使用这种密封时,如果配合面是精车加工且表面纹理 Ra = 2.5 μm,已能满足所需的工作条件。

机械密封件

机械密封件(图 19)用于速度相对较低且运行条件艰巨的密封脂或油润滑应用。 机械式密封件包括两个互相滑动的钢环(钢环的密封表面经过精加工)和两个 Belleville 橡胶复合材料垫圈。利用杯形弹簧将滑动环定位于轴承座孔内,并对在两个密封表面之间提供所需的预载荷。 使用这种密封时,对轴承座孔的配合面并没有特殊的要求。

其它密封件

毛毡密封件(图 20)一般用于脂润滑。 这种密封件的结构简单而且成本低,可用于圆周速度 4 m/s 以下,最高的工作温度可达到 100 °C (205 °F)。 配合面应经过研磨且表面纹理 Ra ≤ 3.2 μm。 用一个简单的迷宫式密封件作为第二密封,可以提高毛毡密封件密封的效果。 在把毛毡密封件装进轴承座的凹槽之前,应先将其浸在温度约为 80 °C (175 °F) 的油中。

金属密封件(图 21)是简单、低成本且节省空间的密封件,适用于脂润滑轴承。 密封件是通过内圈或外圈夹紧在孔肩或轴肩之间,并对另一个轴承套圈施予一定的压力。 经过一段磨合期后,其会形成一个狭窄的游隙,从而成为非接触式密封件。

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