Внешние уплотнения

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

Подшипниковые узлы обычно включают в себя вал, подшипники, корпус(а), смазочный материал, сопряжённые детали и уплотнения. Уплотнения играют очень важную роль в обеспечении чистоты смазочного материала и достижении расчётного ресурса подшипников.
В разделах «Встроенные уплотнения» и «Компоненты и материалы» приводится общее описание встроенных уплотнений, используемых в уплотнённых подшипниках. Более подробная информация представлена в соответствующих разделах по продукции. В данном разделе описываются внешние уплотнения, а также их влияние на эксплуатационные характеристики подшипников.
Приведённая ниже информация охватывает различные типы и варианты исполнения бесконтактных и контактных манжетных уплотнений, так как именно они наиболее эффективно обеспечивают работоспособность подшипниковых узлов.

Критерии выбора уплотнений
Уплотнения подшипниковых узлов должны обеспечивать максимальную степень защиты с минимальными показателями трения и износа в стандартных рабочих условиях для таких узлов. Эффективность и чистота смазочного материала, влияющие на рабочие характеристики и ресурс работы подшипников, определяют ключевую роль уплотнений. Более подробная информация о влиянии твёрдых загрязняющих веществ на работу подшипника представлена в разделе «Коэффициент загрязнённости ηc».

При выборе наиболее подходящего типа уплотнения для конкретной комбинации подшипника, вала и корпуса необходимо учитывать целый ряд факторов. К таким факторам относятся:
  • тип смазочного материала — масло или пластичная смазка
  • тип загрязняющего вещества — частицы, жидкость или их сочетание
  • окружная скорость на кромках уплотнения
  • расположение вала — горизонтальное или вертикальное
  • возможный перекос или отклонение вала
  • биение и концентричность
  • наличие свободного пространства
  • трение уплотнения о сопряжённую поверхность и результирующее повышение температуры
  • влияние окружающей среды
  • стоимость
  • требуемое время работы
  • требования к техобслуживанию
Дополнительная информация представлена в разделе «Уплотнения для промышленных трансмиссий».

Типы уплотнений
Назначение уплотнения состоит в том, чтобы удерживать смазку и препятствовать проникновению загрязняющих веществ в контролируемую среду.

Различаются несколько типов уплотнений:
  • бесконтактные уплотнения
  • контактные уплотнения
  • статические уплотнения
Бесконтактные манжетные уплотнения валов обеспечивают узкий зазор между неподвижной и вращающейся деталями. Этот зазор может быть расположен в осевом, радиальном или радиально-осевом направлениях. Бесконтактные уплотнения, от простых уплотнений щелевого типа до многоступенчатых лабиринтов (рис. 1), не подвержены износу.

Уплотнения, контактирующие с поверхностями скольжения, называются контактными уплотнениями и используются для уплотнения зазоров между деталями машин, которые совершают линейные или вращательные движения относительно друг друга.

Наиболее распространённым контактным уплотнением является манжетное уплотнение вала (рис. 2), которое устанавливается между неподвижной и вращающейся деталями.

Уплотнения между неподвижными поверхностями называются статическими. Эффективность работы данных уплотнений зависит от их способности к радиальной или осевой деформации при монтаже. Типичными примерами статических уплотнений являются уплотняющие прокладки (рис. 3) и O-образные кольца (рис. 4).

Бесконтактные уплотнения
Самым простым внешним уплотнением является щелевое уплотнение, которое образует небольшой зазор между поверхностью вала и отверстием корпуса (рис. 5). Такое уплотнение обычно используется для подшипников, смазываемых пластичной смазкой и работающих в условиях сухой, незагрязнённой среды. Эффективность этого уплотнения можно повысить, если в отверстии крышки корпуса выточить одну или несколько концентрических канавок (рис. 6). Пластичная смазка, проникающая со стороны подшипника в зазор, заполняет канавки и помогает предотвратить проникновение загрязнений в подшипниковый узел.

Если применяется смазывание маслом, и вал расположен горизонтально, то на валу или в отверстии корпуса можно проточить спиральные право- или левосторонние канавки, в зависимости от направления вращения вала (рис. 7). Такие канавки служат для возврата вытекающего масла в подшипник. Поэтому важно, чтобы вал вращался только в одном направлении.

На валу можно проточить канавки другой формы. На валу и в корпусе могут использоваться неспиральные канавки — они действуют как маслоотражательные кольца. Дополнительные кольца на валу могут предотвратить утечку масла, независимо от направления вращения вала.

Одно- или многоступенчатые лабиринтные уплотнения, как правило используемые при смазывании подшипникового узла пластичной смазкой, значительно эффективнее, чем простые щелевые уплотнения, и поэтому дороже. Эффективность таких уплотнений можно повысить путём периодической подачи смазки через канал, ведущий к проходам лабиринта. Проходы (каналы) лабиринтного уплотнения могут быть расположены вдоль оси (рис. 8) или по радиусу (рис. 9), в зависимости от вида корпуса (цельного или разъёмного), процедуры монтажа, доступного пространства и т. д. При возникновении в процессе работы осевого смещения вала радиальные зазоры лабиринтного уплотнения (рис. 8) остаются неизменными, поэтому зазоры могут быть очень узкими. Если предполагается возникновение углового перекоса вала относительно корпуса, следует использовать лабиринтные уплотнения с наклонными каналами (рис. 10).

Эффективные и недорогие лабиринтные уплотнения могут быть изготовлены из уплотнительных шайб SKF (рис. 11). Эффективность уплотнения возрастает по мере увеличения количества комплектов шайб и может быть значительно увеличена при установке шайб с ворсовым покрытием. Дополнительная информация о данных уплотнительных шайбах представлена в разделе «Уплотнения для промышленных трансмиссий».

На вал нередко устанавливают вращающиеся диски (рис. 12), которые действуют как защитные шайбы. При смазывании маслом также используют маслоотражательные кольца, канавки или диски. Масло, задерживаемое маслоотражательным кольцом, собирается в канале корпуса и возвращается в маслосборник корпуса через соответствующие маслоотводящие каналы (рис. 13).

Контактные уплотнения
Существует четыре типа наиболее распространённых контактных уплотнений: Как правило, выбор типа уплотнения для конкретной области применения зависит от следующих факторов:
  • основное назначение уплотнения (удержание смазочного материала или защита от проникновения загрязнений)
  • тип смазочного материала (масло, пластичная смазка и т. д.) 
  • условия эксплуатации (частота вращения, температура, давление и окружающая среда)

Манжетные уплотнения

Манжетные уплотнения (рис. 14 и рис. 15) представляют собой контактные уплотнения, используемые в условиях смазывания маслом и пластичной смазкой (→ «Манжетные уплотнения»). Готовые к монтажу манжетные уплотнения обычно имеют внутреннее армирование металлом или металлический корпус, корпус и уплотняющую кромку из синтетического каучука, а также снабжены стягивающей пружиной. Кромки уплотнения прижимаются к поверхности вала при помощи стягивающей пружины. В зависимости от материала уплотнения и типа удерживаемой и/или отражаемой среды манжетные уплотнения обычно могут эксплуатироваться при температурах от –55 °C (–65 °F) до +200 °C (375 °F).

Поверхность, сопряжённая с уплотнением, — это часть вала, контактирующая с уплотняющей кромкой, которая имеет исключительную важность для эффективности уплотнения. Твёрдость сопряжённой поверхности должна быть не менее 45 HRC на глубине закалённого слоя не менее 0,3 мм. Шероховатость поверхности должна соответствовать требованиям ISO 4288 и находиться в пределах Ra от 0,2 до 0,5 мкм. В условиях низкой частоты вращения, хорошего смазывания и минимального уровня загрязнения допускается меньшая твёрдость сопряжённой поверхности. В условиях смазывания маслом для устранения насосного эффекта, вызываемого винтовыми следами от шлифования, SKF рекомендует выполнять обработку поверхности врезным шлифованием.

Если главным предназначением манжетного уплотнения вала является удержание смазочного материала, кромка уплотнения должна быть обращена внутрь (рис. 14). Если главной задачей является защита от проникновения загрязняющих веществ, кромка уплотнения должна быть обращена наружу от подшипника (рис. 15). → «Манжетные уплотнения»

SKF также может поставить точёные манжетные уплотнения из полиуретана. → «Точёные уплотнения»

ВНИМАНИЕ

Меры предосторожности при работе с фторкаучуком и политетрафторэтиленом


Фторкаучук (FKM) и политетрафторэтилен (PTFE) являются высокостабильными и безвредными материалами в обычных рабочих условиях при температуре до 200 °C (390 °F). Однако при температурах свыше 300 °C (570 °F), например, при воздействии открытого огня или пламени газового резака, уплотнения из FKM и PTFE выделяют токсичные испарения. Эти испарения могут быть опасны при вдыхании, а также попадании в глаза. Кроме того, после нагревания до таких температур эти уплотнения опасны даже после их охлаждения. Поэтому следует избегать их соприкосновения с кожей.

При необходимости работы с подшипниками, уплотнения которых подвергались воздействию высоких температур, например, при демонтаже подшипника, следует соблюдать следующие меры предосторожности:
  • Работа должна выполняться в защитных перчатках, защитных очках и с использованием надлежащего дыхательного аппарата.
  • Использованное уплотнение необходимо поместить в герметичный контейнер, маркированный надписью «ядовитые материалы».
  • При работе с данными материалами должны соблюдаться меры предосторожности, указанные в соответствующей инструкции по технике безопасности.

В случае контакта с уплотнениями, необходимо вымыть руки мылом с большим количеством воды, а при попадании в глаза — промыть глаза большим количеством воды и немедленно обратиться к врачу. При вдыхании паров следует немедленно обратиться к врачу.

Пользователь несёт ответственность за правильное использование изделия в течение всего срока службы и его надлежащую утилизацию. SKF не несёт ответственности за неправильное обращение с уплотнениями из фторкаучука или политетрафторэтилена, а также за какой либо ущерб здоровью, связанный с их использованием.

V-образные уплотнения

V-образные уплотнения (рис. 16) могут использоваться как при смазывании маслом, так и пластичной смазкой. Податливое резиновое кольцо V-образного уплотнения охватывает и вращается вместе с валом, при этом кромка уплотнения оказывает лёгкое осевое давление на неподвижную корпусную деталь. В зависимости от материала, из которых они изготовлены, V-образные уплотнения могут эксплуатироваться при температурах от –40 до +200 °C (–40 до 390 °F). Они просты в установке и допускают сравнительно большие угловые перекосы вала при малых частотах вращения.

Рекомендуемая обработка сопряжённых поверхностей (шероховатость поверхности) зависит от окружной скорости (см. раздел «Сопряжённая поверхность» и таблицу 1). При окружных скоростях, превышающих 8 м/с, корпус уплотнения должен иметь осевую механическую фиксацию на валу. При окружных скоростях выше 12 м/с корпус должен быть защищён от радиального отделения от вала под действием центробежных сил. Для этого может использоваться стальное штампованное удерживающее кольцо. Если окружная скорость превышает 15 м/с, уплотнительная кромка отрывается от уплотняемой поверхности, и контактное уплотнение превращается в щелевое уплотнение.

Эффективность V-образных уплотнений объясняется тем, что корпус уплотнения выполняет роль маслоотражательного кольца, предотвращающего попадание грязи и жидкостей. Поэтому при смазывании пластичной смазкой данные уплотнения обычно располагаются вне корпуса подшипника, а при смазывании маслом они устанавливают внутри корпуса с направленной в сторону от подшипника кромкой. При использовании в качестве вторичного уплотнения V-образные кольца защищают первичное уплотнение от проникновения чрезмерного количества загрязняющих веществ и влаги.

Для дополнительной защиты в сильно загрязнённых средах SKF также предлагает уплотнения MVR. См. «Осевые уплотнения MVR» и рис. 17.

Осевые уплотнения с хомутом

Осевые уплотнения с хомутом (рис. 18) используются в качестве вторичных уплотнений для валов больших диаметров в тех случаях, когда требуется защита первичного уплотнения. Они фиксируются на неподвижной детали при помощи хомута и обеспечивают осевое уплотнение вращающейся сопряжённой поверхности. Для этого типа уплотнений достаточно, если сопряжённая поверхность будет иметь шероховатость Ra = 2,5 мкм.

Механические уплотнения

Механические уплотнения (рис. 19) с металлической парой трения используются для уплотнения подшипников, смазываемых пластичной смазкой или маслом и работающих с относительно небольшими частотами вращения в тяжёлых условиях. Механические уплотнения состоят из двух стальных колец с высококачественно обработанными уплотняющими поверхностями и двух каучуковых тарельчатых пружин, которые обеспечивают фиксацию скользящих колец в корпусе и создают необходимую силу преднатяга уплотняющих поверхностей. Особые требования к обработке сопряжённых поверхностей в отверстии корпуса отсутствуют.

Другие уплотнения

Войлочные уплотнения (рис. 20) обычно применяются при смазывании пластичной смазкой. Данные уплотнения просты и экономичны, и могут использоваться при окружных скоростях до 4 м/с и рабочих температурах до +100 °C (205 °F). Уплотняемая поверхность должна быть отшлифована до шероховатости Ra ≤ 3,2 мкм. Эффективность войлочных уплотнений можно значительно повысить, если установить простое лабиринтное уплотнение в качестве вторичного уплотнения. Перед тем как вставить уплотнение в канавку корпуса, оно должно быть пропитано маслом при температуре около 80 °C (175 °F).

Металлические уплотнения (рис. 21) являются простыми, экономичными и компактными уплотнениями для подшипников, смазываемых пластичной смазкой. Уплотнения фиксируются за счёт прижатия к корпусу наружным кольцом или к валу внутренним кольцом и оказывают упругое осевое давление на другое кольцо. После определённого периода приработки эти уплотнения превращаются в бесконтактные за счёт образования очень узкого щелевого зазора.

SKF logo