Внешние уплотнения

Для рабочих условий, когда эффективное уплотнение подшипникового узла важнее, чем соображения экономии пространства и стоимости, существует выбор из двух типов внешних уплотнений: бесконтактные уплотнения (рис. 1) и контактные уплотнения (рис. 2).
Для уплотнений, не поставляемых SKF, представленная в данном разделе информация должна рассматриваться только в качестве ознакомительной. Перед выбором уплотнения для конкретной области применения убедитесь, что учтены все факторы, влияющие на работу уплотнения. SKF не несёт ответственность за рабочие характеристики продукции, не поставляемой SKF.
Бесконтактные уплотнения

Бесконтактные уплотнения практически всегда используются для оборудования, работающего с высокими частотами вращения. Их эффективность зависит от уплотняющего действия узкого зазора между валом и корпусом. За счёт отсутствия контакта эти уплотнения практически не создают трения и не ограничивают частоту вращения, что делает их идеальным решением для применения в станках.

К бесконтактным уплотнениям относятся как простые уплотнения щелевого типа, так и многоступенчатые лабиринтные уплотнения (рис. 1). По сравнению с уплотнениями щелевого типа многоступенчатые лабиринтные уплотнения значительно эффективнее, так как их сложная конструкция препятствуют попаданию в подшипник загрязняющих веществ и жидкостей.

В сильно загрязненных средах часто требуется применение лабиринтных уплотнений сложной конструкции. Лабиринтные уплотнения могут иметь три или более ступеней, которые удерживают смазочный материал и не допускают попадания загрязняющих веществ в подшипниковый узел. Устройство высокоэффективного лабиринтного уплотнения, показанного на (рис. 3), включает три ступени:

  • первая ступень
  • вторая ступень
  • третья ступень

Эта конструкция с дренажными каналами и камерами для сбора жидкости разработана на основе исследований, проведённых в Техническом университете Штутгарта, Германия.

Первая ступень состоит из отражающего щитка (1), крышки корпуса (2) и вала, образующих лабиринтную конструкцию. Отражающий щиток с помощью центробежной силы направляет загрязнения от крышки, а крышка корпуса предотвращает прямое попадание загрязнений в лабиринт. Радиальный зазор (3) между крышкой корпуса и валом должен быть от 0,1 до 0,2 мм.

Вторая ступень предназначена для сбора и отвода жидкости, которая может попасть через первый барьер. Начиная с кольцевой канавки (канавок) на валу (4), основными элементами конструкции на данной ступени являются большая дренажная камера (5) и дренажное отверстие (6). Кольцевая канавка (канавки) предотвращают протекание жидкости вдоль вала, когда он не вращается, направляя её вместо этого в дренажную камеру. При вращении вала, жидкость собирается в дренажной камере и сливается через дренажное отверстие. Дренажные отверстия большого диаметра (≈ 250 мм2) в области сбора ограничивают количество собираемой жидкости в камере.

На третьей ступени реализованы аналогичные средства защиты. Эта ступень состоит из лабиринтных колец (7) с радиальным зазором от 0,2 до 0,3 мм, камеры задержки жидкости (8), коллектора (9) для направления жидкости в область слива и дренажного отверстия (10) с площадью сечения ≈ 150 мм2. Дополнительная камера, коллектор и дренажное отверстие ≈ 50 мм2 (11) могут быть реализованы, если позволяет свободное пространство. Последний радиальный лабиринтный зазор (12) ≈ 1 мм предотвращает возникновение капиллярного эффекта.

При проектировании данных типов уплотнительных конструкций необходимо учитывать следующее:

  • Во избежание возникновения внутреннего вакуумного эффекта, элементы лабиринта должны постепенно уменьшаться в диаметре с внешней стороны.
  • Спиральная микроструктура неровностей на поверхности вращающихся компонентов способна эффективно отводить жидкость в любом осевом направлении, в зависимости от направления спирали и направления вращения. В оборудовании, где используется одностороннее вращение, этот эффект усиливает эффективность лабиринтных уплотнений при правильном использовании в конструкции. Следует избегать спиральной микроструктуры на вращающихся компонентах щелевых и лабиринтных уплотнений в оборудовании, в котором используется двустороннее вращение, либо на оборудовании с односторонним вращением, если этот эффект будет снижать эффективность уплотнений.
  • В сложных условиях эксплуатации между зазорами лабиринта или внутри самого шпинделя можно создать воздушный барьер за счёт подачи воздуха под давлением. Подачу воздуха необходимо обеспечить таким образом, чтобы основной поток всегда направлялся наружу.
  • Предпочтительна система уплотнений, занимающая значительное пространство в осевом направлении. Это позволит использовать большие дренажные полости и сливные отверстия. Однако, в этих случаях шпиндель будет менее жёстким из-за большого вылета.
Контактные уплотнения

Контактные уплотнения (рис. 4) отличаются высокой надёжностью. Их эффективность зависит от ряда факторов, среди которых:

  • конструкция уплотнения материал уплотнения
  • контактное давление
  • обработка сопряжённой поверхности
  • состояние уплотняющей кромки
  • наличие смазочного материала между уплотняющей кромкой и сопряжённой поверхностью

Из-за трения между уплотняющей кромкой и сопряжённой поверхностью выделяется значительный объём тепла на высоких частотах вращения (A ≥ 200 000 мм/мин). Поэтому эти уплотнения могут использоваться только на шпинделях с низкими частотами вращения и/или в оборудовании, где дополнительный нагрев не имеет существенного влияния на работу шпинделя.

SKF logo