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來(lái)源：斯凱孚商業(yè)技術(shù)雜志

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自從軸承使用內置密封后，其可靠性發(fā)生了巨大變化，特別是在污染環(huán)境中。如今，憑借新的密封設計，SKF Explorer小型密封球面滾子軸承的性能更佳，可為眾多應用帶來(lái)更大優(yōu)勢。

概要

通過(guò)研究如何改進(jìn)軸承密封的性能，SKF研發(fā)出適用于小型球面滾子軸承更好的密封。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外徑為180mm的小型球面滾子軸承產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，未來(lái)將采用經(jīng)濟的新密封設計，降低在眾多應用中的維護需求，并延長(cháng)維修周期，提高整體性能。

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

圖1

在項目進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段之前，工程師先設定了新密封軸承的功能要求，特別是軸承功能以及軸承與密封的相互影響。球面滾子軸承性能設計專(zhuān)家與密封性能設計專(zhuān)家攜手合作，使用各種設計和開(kāi)發(fā)工具，包括使用以原型構建和試驗驗證為基礎的計算機模擬，來(lái)創(chuàng )建新的密封。

上世紀90年代初，SKF首次推出了密封球面軸承。這種軸承取得了巨大成功，標準產(chǎn)品范圍多達100多種。在改進(jìn)設計取得顯著(zhù)成效之后，SKF在大多數小型球面滾子軸承尺寸范圍中也推出了新的密封設計作為標準產(chǎn)品。這種全新的密封軸承可用于電梯、起重機、通風(fēng)機、食品和飲料加工設備等眾多領(lǐng)域，機場(chǎng)的行李輸送系統也是非常典型的應用之一。

在性能方面：

新密封能把密封摩擦降低50%，進(jìn)而將軸承總摩擦降低20%，工作溫度降低20℃。與之前尺寸相同的SKF密封軸承相比，使用新設計的密封軸承的極限轉速提高了一倍。此外，由于潤滑劑的使用壽命更長(cháng)，新密封設計能降低維護需求，在多項應用中無(wú)需補充潤滑。

目前，SKF在小型球面滾子軸承中主要使用三種設計的密封，它們都將被新設計的密封所代替。新密封的型號后綴為RS，共有37種外徑不大于180mm的軸承將受益于新的密封解決方案（圖2）。

圖2

新密封設計面面觀(guān)

有兩種密封材料可供選擇，它們是由兩種不同的橡膠化合物制成：丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠。丁腈橡膠具有優(yōu)異的工程特性，是一種通用的密封唇材料。它是用丙烯腈和丁二烯制成的共聚物，對多數礦物油及以礦物油為基油的潤滑脂、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)行加氫處理后制成的飽和共聚物，適用于脂肪烴和礦物油應用，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)會(huì )因聚合物的構成而發(fā)生變化。

從本質(zhì)上說(shuō)，密封性能的改進(jìn)得益于三個(gè)設計因素（圖3）。外圈上的新密封溝槽設計改善了密封的夾持性，使其更加貼合，并且易于安裝。首先，它能實(shí)現較高的夾持力，從而降低了密封在所嵌入的溝槽內轉動(dòng)的風(fēng)險。其次，全新設計的橡膠密封端面，能更好耐腐蝕和防劃傷。臨末，新密封唇的接觸壓力得到優(yōu)化，有助于降低密封摩擦力矩。“SKF密封設計師”工具對該解決方案進(jìn)行了標準化。

圖3

減少摩擦力矩能獲得更高轉速，同時(shí)不損壞密封唇。新的極限轉速以密封唇口線(xiàn)速度為10 m/s作為設定值，而之前密封軸承的極限轉速設為開(kāi)式軸承極限轉速的20%左右。對大多數軸承來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)極限轉速是以前的兩倍左右。

當所選的密封球面滾子軸承運行在高速條件下時(shí)，保證工作溫度不超過(guò)密封材料的建議溫度很重要。標準丁腈橡膠材料（后綴RS）的極限溫度為90℃，氫化丁腈橡膠材料（后綴RS5）為150℃。降低軸承密封的摩擦力矩可減少發(fā)熱，從而相應地降低工作溫度。在典型運行條件的測試中，帶有新設計密封的軸承溫度下降約15至20℃（圖4）。在實(shí)際應用中，較低的工作溫度意味著(zhù)潤滑脂老化速度減緩，相應的補充潤滑周期變長(cháng)。工作溫度降低15℃，補充潤滑周期會(huì )翻倍。延長(cháng)補充潤滑周期另外一個(gè)好處是，更多軸承在運行中無(wú)需補充潤滑。

圖4

嚴格的測試程序

SKF進(jìn)行了嚴格的測試，以確認新密封設計的性能，包括在不同轉速下對三種不同尺寸軸承的密封摩擦力矩進(jìn)行測試（圖5）。測試發(fā)現，密封摩擦平均降低了約50%。亞利桑那粉塵測試是衡量密封抗污染能力非常成熟的的方法。該測試在一個(gè)集塵室內進(jìn)行，測量軸承內污染物的數量。結果顯示，新密封唇與當前使用的密封設計一樣高效，在抗干燥污染物方面甚至性能更佳。

圖5

為確保密封能牢固地嵌入外圈，研究人員進(jìn)行了三次試驗來(lái)驗證其夾持情況。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(jīng)預先填充了潤滑，可直接安裝。橡膠密封需要潤滑劑，而在密封球面滾子軸承中，密封是用軸承的潤滑脂來(lái)潤滑的，因此少量潤滑劑溢出是正常的。影響潤滑劑泄露的因素包括轉速、溫度、軸的不對中以及安裝方向，因此很難提前估計泄露量。

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

益處多多

綜上所述，新密封設計改進(jìn)了密封性能，從而使更多應用無(wú)需補充潤滑。新的設計除了幫助SKF自身提高生產(chǎn)效率，在性能和延長(cháng)使用壽命方面也能讓用戶(hù)受益匪淺。