为了最大限度地利用滚动轴承的潜在寿命,必须可靠地防止润滑剂(油脂、油)流出,并且必须牢固地保护轴承,防止固体和液体污染物(如灰尘、污泥、水、清洁液)的进入
密封位置原理 ①润滑油 ②密封 ③污染物 |
如果污染物颗粒进入轴承,颗粒在滚动接触处的过度滚动会形成凹痕,导致运行噪音,并可能构成快速传播材料疲劳的起始点。
当轴承中存在具有研磨作用的污染物时,滚动接触表面会受到磨损,轴承间隙会逐渐增加。随着运行持续时间的增加,轴承的运行精度尤其会降低,直到出现故障。
如果液体或水蒸汽介质进入轴承,则滚动触点处的润滑条件会被破坏。如果存在腐蚀性介质,表面也会发生氧化损伤。这两种情况都会导致轴承的使用寿命大大缩短。
因此,轴承位置的有效密封对于滚动轴承的长使用寿命是决定性的。
非接触式密封件特别适用于具有高速度和对无摩擦和低热产生有高要求的应用。除了密封间隙中的少量润滑剂摩擦外,它们没有摩擦。一般来说,非接触式密封件不会磨损,并且具有几乎无限的使用寿命。
为了防止液体在轴承静止时进入,需要采取额外的密封措施,例如提供屏障介质。在密封完整性要求较高的情况下,迷宫式设计需要相对较大的设计包络。
在润滑脂润滑轴承的情况下,可以通过使用简单的挡板来防止固定轴承套圈上的润滑脂流出。根据安装和操作位置,板在其外缘或内缘进行支撑,在密封间隙处形成的润滑脂套环提供保护,防止受到来自外部的轻微污染影响。
对于轴承附近没有密封空间的设计,有两侧集成有密封罩的滚动轴承,请参阅产品章节。这些轴承都装有润滑脂。在一侧只有一个密封罩的轴承也可在市场上买到。
挡板和集成密封罩 ①挡板支撑在外缘 ②内边缘支撑挡板 ③两侧集成的密封罩 |
轴和外壳之间的窄间隙是一种简单且在许多情况下足够的密封方式,可防止油脂和外部轻微污染,密封间隙可以保持在相对较窄的尺寸。
如果使用油脂润滑,可以通过壳体通孔中的几个凹槽来增加间隙的密封作用。凹槽充当储存室,阻碍污染物的进入和润滑剂的排出。
在使用机油润滑且轴是水平的情况下,某些壳体中的通孔具有螺旋槽,根据相对于轴旋转方向的螺旋方向,沿着轴爬行的油会返回到壳体中,或者污染物会从间隙输送到外部。如果螺旋槽位于轴上,则可实现类似的密封作用。
间隙密封件 ①间隙密封 ②间隙密封,孔中带凹槽 ③间隙密封,孔中带螺旋槽 |
在防溅环和防溅罩的情况下,密封作用是通过旋转和离心力位移实现的,防溅环可以提供有效的密封,例如,在使用油润滑且轴是水平的情况下。
如果在密封位置预计会受到严重污染影响或液体的直接影响,则可以通过防火挡板从外部保护密封间隙,同样的目的也可以通过一个简单的橡胶护罩来实现,该护罩在没有额外定位装置的情况下,在张力作用下固定在轴或轴套上,然而,在更高的速度下,橡胶护罩有可能在离心力的影响下与轴分离。出于这个原因,可以使用具有金属板加强件的硫化燧石防护罩,这些防护罩可以非常有效地用于例如第一代乘用车车轮轴承单元或轴支撑轴承
飞溅环 ①飞溅环 ②带有集电器槽和排水孔的外壳 |
Flinger防护罩 ①金属板护罩作为Flinger护罩 ②简单的橡胶防护罩作为Flinger防护罩 ③带密封垫圈的轴承单元中带金属板加强件的Flinger护罩 |
与间隙密封相比,通过引入填充有润滑脂的间隙的迷宫实现了更大的密封作用。对保护迷宫和收集器迷宫进行了区分。
保护型迷宫是离心力密封。它们保护密封位置,使其免受液体的外部负载,防止油脂流出和污染物进入。
收集器迷宫是设计高度复杂的迷宫,外壳中有集电器槽和排水孔,也适用于密封受到液体高度冲击的密封位置。
根据污染负荷,迷宫配置有一个或多个横梁,只有出于安装的原因,才考虑对开壳体使用带有几个径向对齐横挡的迷宫。它们的优点是向外推动的润滑脂被保持在U形外壳槽中,从而提高了密封作用。
在实践中,为了实现更好的密封防止污染,经常使用填充有润滑脂的迷宫。在高度污染的环境中,新鲜的润滑脂偶尔会被压入密封间隙,这具有将污染的润滑脂压出密封位置的效果。
例如,如果在调心滚子轴承的情况下,预计轴会出现显著的角度偏差,在这种情况下,使用带斜边横挡的迷宫。斜面与围绕轴承中心点的运动相匹配
迷宫式密封示例 ①带轴向对齐横挡的迷宫 ②带径向对齐横挡的迷宫 ③带斜面横档的迷宫 ④锥形润滑嘴,符合DIN 71512-A标准,带集成保护迷宫 |
迷宫式密封集成在轴承中 ①带集成保护迷宫的轴承 ②带橡胶密封罩的轴承作为保护迷宫 |
在存在严重液体冲击且密封位置被浪涌流淹没的情况下,使用所谓的收集器迷宫。如果密封位置在静止时不受长时间淹没,则这些密封件有效地排斥液体。
接触密封件在一定的接触压力下在其滑动表面处接触。在许多情况下,就设计包络和成本而言,它们是最有利的解决方案。然而,一般的缺点是由于密封接触处的摩擦而导致能量损失。
毡环是一种简单的密封元件,已被证明主要通过油脂润滑有效,经过短时间的磨合后,毛毡形成了一个密封面,无预紧接触,具有良好的防尘密封作用。在安装之前,用机油浸泡套圈。
毡环密封 ①毡环,单独排列或相邻排列 |
如果污染程度不太高,毡环就足够了。如果环境条件不太有利,可以将几个毡环彼此相邻地布置。
工作温度可能高达+100°C。在更高的温度下,需要由缠绕纱线制成的密封圈,该密封圈包括PTFE、石墨或芳族聚酰胺和玻璃纤维,并且用PTFE或石墨浸渍。
毡环和环形槽的尺寸是标准化的,并在DIN 5419中规定。
当使用油脂润滑时,轴向弹簧金属密封垫圈也可以实现有效密封。这些薄金属片密封件支撑在内圈或外圈的端面上,并与另一个轴承环弹簧接触。为了防止磨合过程中密封舌片磨损,在安装前对这些垫圈进行润滑。
在密封接触处,弹簧密封垫圈在磨合过程中嵌入轴承套圈,预紧减小。轴承套圈中形成一个凹槽,该凹槽与密封边缘一起在光接触下形成一个小的“微迷宫”。由于这一原理,这些密封件适用于不需要轴承静态或耐压密封的轴承位置。
除了简单的弹簧密封垫圈外,还有双重布置的垫圈。中间空间在安装阶段另外填充有润滑脂。由于其截面宽度较小,这些密封件通常可以追溯安装,而无需对相邻结构进行设计修改。
金属密封垫圈 ①支撑在内圈上的密封垫圈 ②支撑在外圈上的密封垫圈 ③双重布置的密封垫圈 |
在设计包络线较小的情况下,滚动轴承(经常使用带有集成密封垫圈的滚珠轴承、滚子轴承、调心滚子轴承、环形滚子轴承)请参阅产品章节。这些密封垫圈包括用于加强的金属片垫圈,并且具有硫化弹性体密封唇。
可以根据化学和热要求选择各种弹性体,通常使用丁腈橡胶NBR。对于具有较高温度或速度的应用,经常使用由氟弹性体FKM制成的带唇的密封垫圈。
可提供带密封唇的密封垫圈,用于径向或轴向接触,它们适用于在低压差下密封,防止润滑脂损失和污染物进入。
具有一个或多个径向密封唇的密封垫圈也适用于内圈和外圈之间具有轴向相对运动的滚动轴承的密封(调心滚子轴承或环形滚子轴承)。
具有轴向运行接触的密封唇的密封垫圈主要用于具有较低轴向运行间隙的轴承(如深沟球轴承)。
密封垫圈有一个具有径向密封作用的密封唇,其特点是密封摩擦小,密封唇最初与轴接触很轻(接触压力很小或没有)。磨合后,会产生最小的密封间隙。
具有径向接触的密封圈配备了类似于旋转轴密封的密封唇几何形状,选择密封边缘的角度,使密封接触处的泵送作用向外排斥液体,并在密封边缘下方输送少量润滑脂,以润滑密封唇。
在用于轴向密封的密封垫圈的情况下,通常提供额外的外部密封唇,外密封唇(保护唇)为非接触式设计,与内圈上的底切一起形成额外的保护迷宫,防止污染物进入。
特别为具有旋转外圈和高要求保持润滑脂的应用而设计的密封几何结构,这种密封增加了对油脂排出的密封作用。一个排斥油脂的额外非接触式唇缘在主密封唇缘前面提供了一个油脂室,用于轴向向外密封。
带弹性密封唇的密封垫圈 ①密封垫圈RSD ②密封垫圈RSR ③用于轴向向内密封的密封垫圈,带有额外的外部密封唇 ④轴向向外密封的密封垫圈 |
唇形密封件是具有一个或多个密封唇的密封件,可提供轴向或径向密封。这些密封件主要是弹性体密封件。
图中显示了一个由NBR制成的双唇密封件,用于标准轴承座。径向开口密封件可以容易地插入到壳体中的环形槽中。外部密封唇防止污染物进入,而内部密封唇防止润滑剂流出,两个密封唇之间的润滑脂支持密封动作。
用于轴承座的双唇密封 ①径向剖分式双唇密封 |
V形密封圈是具有轴向密封作用的唇形密封,该环由NBR弹性橡胶制成。在安装过程中,它被拉伸并滑动到轴上,从而使密封唇与壳体壁接触。
在圆周速度超过12 m/s的情况下,经验表明,V形环必须径向定位,以免因离心力而分离。特定应用的精确圆周速度必须始终与密封圈制造商协商一致。
V形密封圈 ①V形密封圈作为保护密封 ②迷宫式润滑脂密封用V形环 |
具有单个或多个唇缘的三部分结构的唇缘密封(包括两个钢板垫圈之间的NBR密封元件)用于例如径向插入滚珠轴承
在安装过程中,这种夹层结构允许橡胶密封唇与内环同心对齐。外垫圈可有效保护密封唇,防止粗糙污染物造成损坏。
带密封唇保护的夹层结构唇型密封 ①轴向预紧密封唇 ②径向预紧密封唇 ③三个径向预紧的密封唇 |
对于旋转轴的油封,适用于符合DIN 3760和DIN 3761的旋转轴密封件(RWDR)以及弹簧预紧。常用的设计如下图所示,密封圈是为具有轻微压差的应用而设计的。
DIN 3760中给出了旋转轴密封的速度限制。
根据密封材料和轴的表面结构,密封唇的几何形状在密封间隙中产生朝向密封唇的陡峭侧面的泵送作用。因此,密封圈安装成具有朝向需要密封的介质的方向的陡峭侧面。
在油脂润滑的情况下,RWDR的陡峭侧面通常位于油脂出口的方向。因此,一些润滑脂会从密封唇下方流过,以润滑密封边缘。密封唇的预紧力相对于其接触长度,通常为80 N/m至150 N/m。
旋转轴封 ①A型 ②AS型 ③B型 ④C型 ⑤D型 |
使用密封圈G、GR和SD可以有效地实现具有小径向设计包络的轴承位置的低摩擦密封,例如具有滚针轴承的轴承位置。这些密封圈可以单独使用,也可以双重使用,在双重布置中,一个密封唇向内以密封润滑介质,而第二个密封唇向外以防止污染。为了提高保护功能,可以用润滑脂填充密封件之间的空间。对于延长的内圈,可以使用外径与外圈相同的密封圈,其中密封唇在延长的内圈上延伸。密封圈可提供良好的保护,防止污染和水,以及在轻微压差下防止油和油脂流出。为了减少摩擦并保护密封唇免受损坏,必须对密封边缘进行润滑。
密封圈 ①单一布置,带延长内圈的轴承 ②双重布置,带内圈的轴承 ③G密封圈 ④GR密封圈 ⑤SD密封圈 |