摘　要：通過對密封件過盈量、腰部厚度、唇口角度、外徑過盈量等參數的優（yōu）化，給出了這些參（cān）數的Z佳取值範圍，並通過試（shì）驗證明（míng）了其密封性能良好（hǎo）。
　　關鍵詞：深溝球軸承；密封件；結構；參數；試驗
　　1　密封件的性能要求
　　汽車交流（liú）發（fā）電機中的軸承，長期暴露在粉塵、泥水的環境中，又在高溫、高載荷下從低速（sù）到高速運（yùn）轉，因此要求其具有高的可靠性。而密封件的工作可靠性和使用壽命是衡量軸承性能好壞的（de）一個重要指標。由於發（fā）動機（jī）的高性能化（huà）及交流發電機的小型化（huà），交流發（fā）電機的轉速從以往的Z高15000～18000r/min發展到目前已超過22000r/min，甚至更高，而且由於安裝空調、ABS等使發動機內部裝置密度加（jiā）大，周圍氣溫升高，軸承密封件的工作環境會更加（jiā）惡劣。這對於密封件的結（jié）構、膠料性能、軸承的表麵粗糙度都提出了嚴格的（de）要求。因（yīn）此（cǐ）密封件應具有如（rú）下性能：
　　（1）高的耐磨性。發電（diàn）機在18000～22000r/min做高速運轉，對密封件唇口（kǒu）的（de）影響Z大，受軸表麵微觀（guān）不平的磨損，使該部位的尺寸會不斷地變大，直至失去密（mì）封效能，因（yīn）此，膠料的耐磨（mó）性能必須保證長時間的運行。
　　（2）耐疲勞性能。發電機（jī）高（gāo）速運轉時，由於製造、裝（zhuāng）配、工藝等因素的影響，會出（chū）現軸的徑向跳（tiào）動、軸（zhóu）向竄動及轉動引起的振動，這些都會通過密封件的唇口向腰部傳遞，久（jiǔ）而（ér）久之（zhī）則會使腰部產生疲勞，失去彈性，也（yě）就失去了對唇口的支撐（chēng），導致密封件失效。
　　（3）良好的耐熱性能。軸承在（zài）高速下運轉，會產生大量的熱，特別是在沙漠和熱帶（dài）地區，這種現象更加嚴重。
　　2　密封件的結構設計
　　根據以上性能要求，密（mì）封結（jié）構設計（jì）的要點（diǎn）是具有耐高速、耐高低溫、防泥水（shuǐ）、防灰塵、防油和低啟動（dòng）力矩的高（gāo）性能（néng）橡膠密封（fēng）圈。為此設計了非接觸式、輕接觸式、中接觸式及重接觸式4種形式的密封件。由於試驗證明重接觸式密封件（jiàn）啟動力矩較大，而且磨損（sǔn）較嚴重，不（bú）適用於汽車交流發電機中軸承密封件的耐高溫、高速、耐（nài）久性能要求，故不做介紹。
　　2.1 非（fēi）接觸式（間隙式）
　　非接觸式（圖1）即密封件的唇口與軸承（chéng）內圈的（de）徑向及軸向均是間隙（xì）配合，其間隙值一（yī）般為0.02～0.06mm，其特點是由於唇口（kǒu）與軸承內圈沒有接觸（chù），故（gù）啟（qǐ）動力矩非常小，且不存在唇口的磨損問題。但對軸承的徑向和軸（zhóu）向遊隙敏感性較強（qiáng），容易產生一邊間隙過大造成漏水現象，故不宜選用。

　　2.2 輕接觸式

　　輕接觸（chù）式（圖2）的特點類似於間隙式密封（fēng），唇口與內圈的接（jiē）觸量一般為0.05～0.12mm，同樣具（jù）有較輕的啟動力矩和較好的耐磨性能，但是由於軸承的遊隙和工作時的顫動，還不能滿足耐水性能的要求。

　　2.3 中（zhōng）等接觸式
　　中等接（jiē）觸式與內圈的過盈量一般為0.15-0.25mm，在這種條件下，唇口與軸的徑向接觸力適（shì）中，密封件的各種技術指標都（dōu）處於Z佳狀態，適中的過盈量可以消除遊隙、顫動對軸承密封件的唇口密封性能的影響。其耐高速（sù）、耐高低溫、防泥水、防灰塵、防（fáng）油和低啟動力矩等性能Z好。
　　2.3.1 過盈量的確定
　　過盈量（liàng）即密封件唇（chún）口直徑與軸（zhóu）承內圈軸（zhóu）頭及軸肩之間的尺寸之差，是（shì）密封（fēng）件Z重要（yào）的參數（shù）之一，合理的過盈量是密封件具（jù）有良好性能（néng）的必要條件，它可以產生徑向力，並補償軸（zhóu）的偏心。過（guò）盈量過小則接觸力（lì）較小（xiǎo），軸與唇口不能形成（chéng）良好的配合，不利於油（yóu）膜的形成，而且經過一段時（shí）間的工（gōng）作，會（huì）使（shǐ）唇（chún）口發生一定量的磨損，引起外界泥水（shuǐ）的侵（qīn）入和油脂的泄露，導致密封件失效；而過盈量過大，則徑向力和二道唇口（kǒu）與軸肩的接觸應力變大，過大的應力會使唇口下的油膜失效，導致軸與唇產生劇烈的摩擦，使（shǐ）密封件（jiàn）快速磨損，唇口變大而失效。在做了大量的試驗和模擬後，將過盈量定為0.15mm，見圖（tú）3。

　　2.3.2 腰部厚度的確定
　　腰部厚度與過盈量同樣重要，為了使唇口具有良好的隨動性能，腰部厚度必須在一個合理範圍內取值（zhí）。過厚則隨（suí）動性差，唇口與（yǔ）軸的接觸力（lì）大，造成過快的磨損；過薄則會使接觸力消失，唇口密封性能失效，引（yǐn）起外界泥水的侵入和油脂的泄（xiè）露。因此，腰厚應該既能使唇口有良好（hǎo）的隨動性，又不能太薄失去對唇口的（de）支撐（chēng），所以將厚（hòu）度定為0.5-0.6mm，見圖4^[1]。

　　2.3.3 唇口（kǒu）前（qián）、後唇角的確定（dìng）
　　唇口部位前、後唇角的差值對密封（fēng）件的泵汲效應有很大的影響，選擇合適的前、後唇角對防水和防泄露功能很重要。對密（mì）封件的外唇口來講，防止外界泥水、沙粒、雜質等異物的進（jìn）入是其主要（yào）功能，因（yīn）此，其前唇角（jiǎo）應大於後（hòu）唇角；而對於側唇口而言，其主要功能是防止軸承內部的油脂向外泄露，因此，它與外唇的功能恰恰相（xiàng）反，所以采用間隙密封即可。由（yóu）參考文獻^[2]可知，前、後唇角的差值為15°-25°時對泵汲效應非（fēi）常有利。因此把前唇角定為45°，後唇角定為25°。見圖5。

　　2.3.4 外徑過盈量的確定
　　外徑與軸承（chéng）配（pèi）合得過緊，則安裝困難，且易使密封件變形，可能使唇口失效；過鬆則外徑與軸承外圈（quān）的摩擦力不足，產生的後果主要是崩蓋（軸承高速運轉時產生的（de）內部氣壓（yā）將密封（fēng）件從（cóng）安裝槽內頂出）和密封件隨軸旋轉（內唇口的摩擦（cā）阻力大於外徑的摩擦阻力，因此在軸高速旋轉（zhuǎn）時將密封件帶動一（yī）起旋轉）而失效（xiào）。通過試驗，該過盈量應該與密封件的膠料、骨架材料及厚度（dù）、骨架外包膠層的厚度、密封件外徑尺寸相匹配，一般應為0.15-0.3mm。見圖6^[3] 。

　　3　密封件的性能試驗
　　將裝有中等（děng）接觸式密封件（密封件材料為氟（fú）橡膠）的SA6303發電機軸承進行以下性能試（shì）驗。
　　3.1 耐久性試驗
　　（1）常溫環境下，在室內試驗機上進行試驗，軸承轉（zhuǎn）速為（wéi）18000r/min，徑向（xiàng）載荷為其徑向額（é）定動（dòng）載荷的8％，連續試驗時間不少於4h，試驗時間不低於18000h。
　　（2）在常溫環境下，將軸承裝入相應的交流（liú）發電機中，按表（biǎo）1所列的條件進行循環試驗，連續試驗時間不少於4h，試驗時間不低於2000h。

表1 耐久性試驗循環周期

注：1） n_max為交流發電機的（de）Z高工作轉速；2）I_R為（wéi）交（jiāo）流發電機的基本額定電流。 

　　將SA6303軸承按上述條件進（jìn）行試驗，達到了規定要求，軸承（chéng）無滲漏，密封（fēng）效果良好。
　　3.2 防水性能
　　3.2.1 靜（jìng）態防水試驗
　　軸承在（90±2）℃的高溫箱中放置1h後，將軸承豎直浸入水深200mm的容器中，10min後取出，軸承表麵（miàn）幹燥後，測量軸承質量。對試驗前（qián）、後的軸承進行稱重比較，變化量應不大於0.10g；拆（chāi）開密封件，目測軸承內部不應有水珠或滲漏現象。試驗結（jié）果見表2，密封件的防水（shuǐ）性（xìng）能良好。

表2 SA6303軸承密封件靜態（tài）防水試驗數據

　　3.2.2 動態耐水試驗
　　用兩個軸線垂直（zhí）於軸承端麵的噴嘴向軸承連續噴水，噴嘴孔徑（jìng）為3mm，兩個噴嘴位於軸（zhóu）承內、外徑的平均直徑上，並呈180°分布，噴嘴與軸承密封圈端麵的距離為10mm，噴水量為1L/min。常溫環境下，軸承內圈轉速2000r/min，徑向載荷為4N，試驗時間為2h。待軸承表麵幹燥後，測量（liàng）軸承質量。表3為試驗數據及結（jié）果（guǒ）。

表3 SA6303軸承密封件動態（tài）耐水性（xìng）能試驗（yàn）數據

　　3.3 靜態高溫密封試驗
　　軸承在高溫箱和低溫箱內交替放置，使其經受溫（wēn）度的迅速變化。將軸承放入（130±2）℃的高溫箱中，保溫2h，再將（jiāng）軸承（chéng）放入（-40±2）℃的低溫箱中，保溫2h，然後取出，軸承從高（低）溫箱到低（高（gāo））溫箱的轉換（huàn）時（shí）間（jiān）不超過（guò）30s。上述過程構成一個循環，整個試（shì）驗包括10個循環過程。試驗後目測（cè）SA6303軸承沒有出現任何的油脂泄漏，密（mì）封性能良好。
　　4　結束語
　　由（yóu）SA6303發電機軸承的以上各性能試驗可知（zhī），將唇口過盈量、密封唇口的前（qián）、後唇角以及腰部厚（hòu）度進行優化的中等接觸式密封件可以將泥水、灰塵、沙粒等雜質進行有效的阻止（zhǐ），並對軸承內部的潤滑油脂起到（dào）良（liáng）好的密封作用，解（jiě）決了密封（fēng）件在高溫、高速、惡劣環境下的易磨損、脫蓋、漏脂、漏水等問題，各方麵的性能指標都已經達到使用要求。
　　參考文獻：
　　[1]劉印文,劉振華（huá）,劉湧.橡膠密封製品實用加工技術[M].北京:化學工業（yè）出版社,2003.
　　[2]王保（bǎo）森.油封（fēng）唇口（kǒu）壓力大小及分布的有限元（yuán）分析（xī）[J].特種橡膠製品（pǐn）,2007(4):39-42.
　　[3]劉（liú）桂（guì）明,宋躍茹,張伯洪.骨架式軸唇密封囤及（jí）其模具概況[J].橡膠工（gōng）業（yè）,2004(2):93-97.