密封軸（zhóu）承（chéng）被廣泛（fàn）應用於各種電機、家用電器（qì）、機械設備、汽車、摩托車、航空和航天等領域（yù），其軸承的性能、精度和壽命可靠性的水平直接影響配套主機（jī）的質量。密封軸承的性能從某種意義上講比疲勞壽命還重要（yào），在一些配套主機上，密封軸承因性能（néng）變化可引起軸承迅速失效破壞。因此，隻有研究密封軸承（chéng）的性能，改進（jìn）產品設計，加強工序間控製，提高產品質量，才能不斷縮小與先進水平的差距（jù）。近幾十年來，密封軸承在（zài）世界各國（guó）發展迅速，產量猛增。密封深溝球軸承占總產量的50%以上，其中日本（běn）占80%以上，美國75%以（yǐ）上深（shēn）溝球軸承是密封軸承。我國密封軸承的產（chǎn）量占深溝球軸承（chéng）的比重由1985年的10%增長到（dào）1990年的（de）30%，如今已達到70%，並且仍在繼續增長，我國已（yǐ）成為密封軸承的生產大（dà）國。研究開發（fā）密封軸承（chéng）是軸承行業的一項重要工作，現從以下兩個方麵進行介（jiè）紹。影響（xiǎng）密封軸承性能的因素針對密封軸承性能（néng）要求，通常主要表現在以下（xià）幾（jǐ）個方麵：摩擦力矩；高速性能（néng）（即速度性能（néng），NSK分為接觸、非接觸式2種，KOYO為接觸、非接觸、輕接觸式3種速（sù）度參數）；潤滑脂密（mì）封性；防火性；使用溫度範圍。因此無論（lùn）從設計、製造以及試驗評定及（jí）改進，都是圍繞這些性能而展開的。而密封軸承的（de）可靠性（即在規定條件下達到或完成（滿足（zú））其規定（dìng）性（xìng）能的能力或水平），由（yóu）於上述性能既（jì）是相互（hù）矛盾，又是相互（hù）統一的，因（yīn）此在設計（jì）製造時必須（xū）綜（zōng）合考慮。
一、密封軸承（chéng）的產品設計
密封軸（zhóu）承的產品設計是影響密封水平（píng）Z重要的一個環節，因其應用場合對象（xiàng）不同，應采用（yòng）不同的密封結（jié）構設計（jì）。但目前國內密封軸承的（de）結構品種還比較少，從產品設計的角度上看，我國的優化設計急需製定各種不同結構型譜以供選用。優化設計是基於80年代的（de）科研成果，推薦（jiàn）給（gěi）出了接觸式和非接觸式橡膠（jiāo）密封圈2種結構（gòu）形式和防塵覆蓋結構形式（shì），這樣針對各種密封軸（zhóu）承的應用場合就顯得十分不足。對一般的中小型球軸承設計，國外一般均在內圈開槽並在槽內開以斜邊，主要是為了加長其密封曲（qǔ）徑尺寸，以增強其密封效果，對於非接觸式密封國外推行（háng）的密封曲徑尺寸要比我國現行優化設計的好。非接觸式密封（fēng）的間隙是一個十分重要的指（zhǐ）標，優化設計規定為0.2mm以（yǐ）上，而認為Z好能控製在0.10~0.15mm。對於接觸式密封可又分為接（jiē）觸式、輕接觸式和超輕接觸式，以適用不同的直徑係列（liè）和不同（tóng）使用條件（jiàn）。在設計中，接觸唇部與軸（zhóu）承內圈接觸部位的過盈量，以（yǐ）及密封圈的（de）唇口部的形式是設計的（de）關鍵，接觸式從單唇、雙唇發展到現在NSK和DDU結構的三唇式。不論密封圈如何變化，但接觸的形式始終遵循著這一原則，即在軸承（chéng）內熱脹時內部空（kōng）氣可從軸承內排出，反（fǎn）之（zhī）不（bú）允許外部介質進入（rù），因此接觸部位為外側斜麵，這樣過盈量所（suǒ）產生的摩擦力可以大大減輕，又可有效地防塵、防水。對於2RD超輕（qīng）接（jiē）觸式（shì）一般是為超輕係列軸承設計的，現（xiàn）在也用於其他係列中（共結構比（bǐ）較簡單（dān））便於加工製造。對於我（wǒ）國優化設（shè）計方法的非接觸式，近來看到國外（如KOYO及SKF公司）用於接觸型密封，所不同的是在兩唇部之間塗以少量的兩種（zhǒng）潤滑脂，以（yǐ）減少摩擦提高密封圈唇部與內圈外徑之間的潤滑效（xiào）果，改善密封性能。這類軸承主要用於承受徑向、軸（zhóu）向和扭矩聯（lián）合載荷，且對防塵防水有嚴格要求，其試驗表明性能良好。國內某些（xiē）軸承企業自行設（shè）計的一些密封（fēng）形式（shì），從主觀出發，在仿（fǎng）製改善國外結構形式方麵由於沒有很好地理解其內涵，加之沒有進行試驗驗證，以致出現了較多質量問題，主要反映在漏脂與防塵方麵。對於內、外圈（quān）密封槽的（de）尺寸與角度設計，應作較深入的係統研究，並應以（yǐ）試驗驗證（zhèng）為依據方可定型。
二、加工製造精度對密封軸承的影響
密封深溝球軸承雖（suī）然在精度等級上沒有標明達到何種公差等級，但從密（mì）封性能分析入手（shǒu），筆者認為其旋轉精度應達到P5級為宜，主要原因是相對於密封軸承的性能而言。軸承的（de）內、外圈端（duān）麵對滾道的跳動影響密封性（xìng）能甚為突出，如（rú）果Sia、Sea不嚴加（jiā）控製，密封軸承在運轉（zhuǎn）過（guò）程中產生軸向位移（竄動），將導致軸承內部的油脂沿軸（zhóu）向方麵高頻的反複出現吸入、吐出現象，加（jiā）劇油脂泄出，對於防（fáng）塵性能由於灰塵侵入或附著在密封（fēng）唇泄漏出的油脂上，在軸向竄動引出吸入、吐出交替過程中，就使帶塵脂與內部脂交（jiāo）溶在一起，使防塵性（xìng）能進一步惡化。即使唇部無泄漏的油脂，軸承的軸向竄（cuàn）動加劇軸（zhóu）承內空氣的吐出和（hé）吸入仍（réng）將含有灰塵的空氣吸入到軸承內部，因此（cǐ）必須從嚴控製Sia、Sea製造精度。為了提高Sia、Sea精度，必須改進相關尺寸精度和（hé）旋轉（zhuǎn）精度，應對其他相關尺寸公差的製造提出嚴格（gé）的要求，例如內、外圈的溝位置公差、溝徑公差和保持架的製（zhì）造精度。現有的優化設計規定（dìng）已不能滿足低噪聲軸承（chéng）發展的需要，這已經引起軸承行業的重視。
三、各零件之間的配合與裝配質（zhì）量對密封性能的影響
（1）、內外套圈的密封槽密（mì）封深溝球（qiú）軸（zhóu）承內外（wài）套（tào）圈的密封槽既是固定橡膠密封圈（外圈密封槽），又是保證間（jiān）隙（內圈密封槽）的要求，其尺寸與形位公差都很重要，但在製造過程中不好檢驗，大部分靠成形刀具來保證。我國產品中密（mì）封槽深淺、寬窄不一，圓度、同軸度不好，在成品中出現非接觸部（bù）位相磨，間隙過大，間（jiān）隙不均現象，密封圈在外圈密封（fēng）槽定不住位，產生（shēng）轉動情況，嚴重影響密封性能。在密封槽內，由於清潔（jié）度不好，嚴重影響軸（zhóu）承的振動噪聲性能，這也是我國軸承（chéng）產品的多發玻針對上述問題，國內（nèi）軸（zhóu）承行業的專家提出如（rú）下解決方案。在現行設計（jì）中，一般隻對外（wài）圈密封槽（cáo）的溝底尺寸公差有規定，而對槽寬尺寸公差未加（jiā）限製（溝道在加工過（guò）程中，對小型（xíng）中小型軸承檢查困難，必（bì）須開發相應的專用儀器），建議控製其槽的寬（kuān）度尺寸和位置公差。現在有（yǒu）的企業已這樣做了，取得（dé）了良好的效果。對於內圈密封槽（cáo），在檢測（cè）和控（kòng）製方麵比較方便，但現行設計中應增加密封圈接觸部位對溝道（或（huò）對基（jī）準端麵）的（de）跳動這一項目。由於密封槽都是在（zài）熱處（chù）理前加工的，密封槽的清潔度問題，一直影響密封軸承的噪聲。有關專家（jiā）建議研究在熱處理以後，采用硬車加工密封槽，目前有的企業（yè）對小型軸承進行了這方麵的嚐試。
（2）、內（nèi）圈外徑的倒角尺寸這個問題之所以單獨列出，是由（yóu）於出現的頻率太高了（le）。無（wú）論內圈采用何種結構，內圈外徑與端麵處的倒角必須從嚴（yán）控製。例如（rú）6204-2RS，優化設計圖規定rmax=0.3mm×45°，而實際上有（yǒu）的產品已超過了1mm×45°，而實際上有的產（chǎn）品已超過了1.5mm，是按倒角0.3mm×45°計算的，現大（dà）於1mm×45°時，則密封寬度就小於（yú）0.99mm，由於倒角尺寸的差異（yì），使密（mì）封尺寸減少了1/3，雙（shuāng）唇口迷宮式密封（fēng）槽其緩（huǎn）衝作用將不（bú）複存在，嚴重影（yǐng）響了密封效果，所以此處倒角應越小越好。
（3）、橡膠密封圈質量（liàng）密（mì）封（fēng）圈的結構、材質和製（zhì）造精度是影響密封軸承性能的重要因素。密封圈的骨架（jià）、材（cái）質要光潔，無鏽蝕，無毛刺，尺寸、形位公（gōng）差要好，具有（yǒu）足夠的剛性；橡膠的硬度、彈力、耐磨性等要符合標準要求，骨架（jià）與橡膠粘接要牢（láo）固，尺寸精度與形位公差都（dōu）有嚴（yán）格的要求。但有些密封圈出現（xiàn）的質量問題是：密封唇（chún）與外（wài）徑（內圈）同軸度差，密封唇的內徑尺（chǐ）寸超差，使密封間隙難以保證設計要求，嚴重影響（xiǎng）了軸承的密封性能。由於軸承在運轉過程中內部（bù）溫度高於（yú）外部，則內部（bù）壓（yā）力高（gāo）於外部壓力，由於（yú）密封圈的剛性差，也（yě）將引起密封圈（quān）向外翹曲變（biàn）形。密封圈因橡膠老化而出現變形和性能下降決定了密封圈存放（fàng）時間不宜過（guò）長，這一點尤其應注（zhù）意。
（4）、密封圈的定位和（hé）密封間隙密封圈的定位一般（bān）是（shì）靠密封圈（quān）外徑與軸（zhóu）承外圈密封槽的內徑過盈配合，若外圈密封槽尺寸超差（因一般企業在加工中不測量），定位就不可靠。在試（shì）驗中就發生（shēng）有些（xiē）產品的密封圈存在輕微活動甚至轉動現象，影響了密封性能（多發生在接觸密封）。有的企業在產品設計中除靠外圈（quān）密封槽的內部定位外，還增加密封圈的端麵厚度，利用橡（xiàng）膠（jiāo）的彈性變形，卡人軸承外圈密封槽內，使定位（wèi）更為可靠。非接（jiē）觸式（shì）密封軸承的內圈外徑（密封槽）與密封圈唇口內徑之（zhī）間的間隙大小是影響（xiǎng）密封性能的重要因素之一。以6204作代表，優化（huà）設計Z大間隙為0.534mm，Z小間（jiān）隙應為0.27mm（直徑方向（xiàng）即2δ），國產軸承因密封唇（chún）的尺寸公差達不到設計要求，同時為減（jiǎn）少軸承的摩（mó）擦力（lì）矩，而加大間隙。在試驗中我們發現（xiàn）有的甚至超過（guò）1.4mm（直徑方向2δ），這樣造成漏脂防塵性（xìng）能都很差，當注脂量較多時（shí），漏脂嚴重，同時防塵（chén）性能不好，當注脂量（liàng）較少時，漏脂量雖很小，但防塵性能不好，這說（shuō）明防塵漏脂各有其特點，不（bú）能認（rèn）為漏脂率低，防塵效果（guǒ）就好。
（5）、保持架與內（nèi）外套相碰，與密封圈相磨密封深（shēn）溝球軸承是由滾動（dòng）體引導，如果保（bǎo）持架的製造精度達不到（dào）要求（qiú），就會在（zài）軸（zhóu）承運轉過程中出現靠套現象，引起軸承振動、噪聲加大，性（xìng）能受到（dào）影響，同時易導致（zhì）油脂發黑。雖然進入灰塵不一定很多（duō），但（dàn）油脂的壽命受到很大的影響，反過來（lái）使軸承精度很快（kuài）喪失。由於密（mì）封槽加工過寬，致使密封圈與保持架（jià）相接（jiē）觸，兩者相磨或相碰，密封圈（quān）很快變形，嚴重地喪失軸承密封性能，製造（zào）中應列為重要質量（liàng）控製點。
四、油脂（注脂量與注脂方法）
油脂是影響密封軸承性能和壽命（mìng）的主要因素之一，分析軸承損壞的原因，因潤（rùn）滑不良使軸承疲勞失效的（de）約占43%，如果按噪聲壽命和精（jīng）度壽命，評定因潤滑問題使軸承失效為50%以上。軸（zhóu）承（chéng）密封性能差將很難保證（zhèng）軸承的良好潤滑狀態，使軸承的壽命（mìng）、可靠性達不到預期的指標。國產軸（zhóu）承潤滑脂主要是礦物鋰基脂，其質量與進口產（chǎn）品相比還有一定差距，主（zhǔ）要是降振降噪能力低、清潔度和質（zhì）量穩定（dìng）性差（chà）等問（wèn）題，因而目前大量采用進口油脂（zhī）。單（dān）從油脂而言從改善密封的（de）漏脂性能、防塵性能角（jiǎo）度，選用粘度偏（piān）高的潤（rùn）滑脂較好，脂的粘度高，則（zé）不易流出。但對溫升性能（néng）不利，脂的粘度高，軸承運轉粘滯阻（zǔ）力增大，溫升提高。因此要綜合考慮（lǜ），以保證軸承的性能和壽命、可靠性要求。
（1）、注脂量對密封性能的影響大量的（de）試驗（yàn）證（zhèng）明，當注脂量是軸（zhóu）承內部腔體容積的大約30%以下時，由於在軸承內部脂沒有達到飽和（hé）狀態，所以潤滑（huá）脂漏失很少。注脂（zhī）量超（chāo）過30%時，軸承內部局部產生飽（bǎo）和狀態，當注脂（zhī）量達（dá）到50%時，軸承（chéng）內潤（rùn）滑脂（zhī）達到完全飽和狀（zhuàng）態，多餘的脂被“擠”出。特別注意，有時盡管脂注（zhù）的不多，但注（zhù）脂方法不規（guī）範，科學，導致軸承腔（qiāng）內的脂不均（jun1）勻，也會出現軸承（chéng）內局（jú）部飽和，發生早期快速“擠”出現象（xiàng）。
（2）、注脂量對防塵性能的影響防塵性能與注脂量也有密切關係（xì），潤滑脂泄漏多（duō），導致（zhì）吸附在軸承密封（fēng）唇部的灰塵急劇（jù）增加，導入軸承內的灰塵量上升（shēng），油脂注入過多（duō）對防塵不利。
（3）、注脂量對溫升性能的影響試驗表明，注脂量增加，軸承的溫升也將上升這是因為軸承油脂量增（zēng）大，潤滑脂粘滯阻力增大，軸（zhóu）承內的鋼球、保持架的攪拌發熱增加，從而導致軸承溫升（shēng）增高。
（4）、注脂量對摩（mó）擦力矩的影響也是隨注脂量的上升而上升。
（5）、注脂方法及脂在軸（zhóu）承內的分布（bù）狀態目（mù）前國內基本實現注脂機注脂（zhī），但由於注脂部位和油脂分布問題沒有引起足夠重視，也（yě）是影響密封軸承性能的一個因素。為了使油（yóu）脂（zhī）在軸（zhóu）承腔內形成均勻分布，應采用兩麵注脂，注脂孔（kǒng）應盡可能靠近外（wài）圈滾道，注脂孔的數量應與軸承滾動體數量（liàng）相同。在自動裝配生（shēng）產線上，為與其（qí）他裝配生產節拍保持一致，均脂時間不可能太長，因此（cǐ）注脂過程Z好形成一個較佳油脂分布就十分重要（yào）。為了保持密封軸（zhóu）承Z佳性能，又使油（yóu）脂能不斷補（bǔ）充到軸承內的工作部位，希望儲存的油脂盡可能分布在密封圈的內側（cè），並靠近（jìn）外（wài）圈擋邊附近，形成一個較好的儲脂區（qū）。至於均脂工序，建議轉速可能提高一點。密封軸承試（shì）驗及評定（dìng）密封軸承的（de）試驗方（fāng）法是針（zhēn）對密封軸承不（bú）同性能特點和用途而展開的，其側重點不同，開展的試驗內容也不相（xiàng）同，但每一項性能試驗（yàn）都是一項重要（yào）的專（zhuān）題研究內容（róng），同時密封軸承試驗與評定方法又是驗證和改進設計與質量控製的十分重要的手段。
1、溫升試驗軸承（chéng）的（de）溫（wēn）升與轉速（sù）相關性Z大，現行的標準試驗規範為接觸為密封軸承極限轉速的0.75no（密封軸承極限轉速），但這個極限轉速主要是由（yóu）密（mì）封唇的（de）滑（huá）動速度所（suǒ）決定，尤其是接觸式密封，KOYO公司建議（丁晴（qíng）橡膠）密封圈球（qiú）軸承取15m/s，國內外各公司的no值雖然有所不同，但差異不大（dà），而我國各（gè）廠樣品（pǐn）的no值（zhí）大部分均沒有經過試（shì）驗驗證，因此可以說JB/T8571-1997“滾動軸（zhóu）承密封深溝球軸承防塵、漏脂、溫升性能試驗規程”，對溫升而言是一（yī）個低標準（zhǔn）。筆者認為（wéi）試驗轉速應定（dìng）在no值上才（cái）比較合理（lǐ），至於載荷則按（àn）上比（bǐ）較一致（zhì）的觀點定在（zài）0.07~0.08Cr範圍內，由溫升試驗客觀決定公司樣本中密封軸承的極限轉速（sù），給客戶一個真正的指標，而不是（shì）抄襲。溫升（shēng）試驗的評定方法（fǎ）相對比較簡單，但由於溫度（dù）測點在軸承外圈，故應注意觀（guān）察密封唇部（bù）失（shī）效情況。
2、防塵試驗標準JB/T8571-1999規定的試驗方法，是經（jīng）過洛陽（yáng）軸研科技股份有限公司大量試驗研（yán）究出來的（de），試驗研究主要是影響防（fáng）塵性能的試驗條件，即轉速（外圈隨灰塵介（jiè）質箱一起轉動，反（fǎn）向轉動）與載荷（hé）、試驗時間、軸承遊隙、灰塵箱的灰塵量和灰塵顆粒等對密封的影響，由定性評定轉為定量評定。
3、漏脂試（shì）驗漏脂試驗與防塵試驗（yàn）的轉速相同，n-0.3no（即接觸式密封的極限轉速），載荷（hé）與溫升試驗相同，目前一些用戶對漏脂試驗的條件提出專門的限（xiàn）定，主要（yào）反映在轉速（提高）、載荷（軸、徑向聯合，並伴有（yǒu）力矩）、試驗（yàn）時間（加長），即將溫升、漏脂二者合一進行密封軸承的壽命（mìng）與可行（háng）性考核，這類試驗呈多樣化。漏脂量的評定是定量的，主要使用天平稱出試驗前的質量變化。Z後全部清洗幹淨軸承中的油脂後加以評定。
4、防水（泥漿）試驗密封軸承的防水試驗主要針（zhēn）對汽（qì）車輪轂軸承等展開，防水（shuǐ）試驗分為兩種形式：a.噴水（泥漿）；b.浸沒。噴水試驗條件對密（mì）封性能影響較（jiào）大的是載荷與轉速（sù），載荷主（zhǔ）要是軸向偏心（xīn）載荷，力矩對軸（zhóu）向遊隙而產（chǎn）生的密封的接觸間隙擴（kuò）大，使進水量增加，此試驗（yàn）方法仍在探索中。評定方法是這個（gè）試（shì）驗規範的一個重點（SKF為定量評（píng）定），既要對進水量（liàng）進（jìn）行評定，又要對泥砂量進行評定，從（cóng）試驗的情況看，試（shì）驗軸承評定工作一定要及時，否則鏽蝕問題使評定（dìng）無（wú）法進行。同時（shí）試驗軸（zhóu）承溫度高使軸承內的（de）水分極易揮發。在試驗中還需注意水和泥漿要攪拌均勻，泥漿流量、壓力（衝（chōng）擊力），噴孔（kǒng）的位置等。
5、防氣試驗此項試驗研究，主要針對某些特殊氣體而提出的，但這類試驗（yàn）特殊，需要投入很多經費。
6、其他介質試驗針對特殊場合用麵粉、煤粉或帶顏色的粉末，由（yóu）於此類（lèi）粉塵微粒在（zài）顯微鏡下不易辨別，用顏色變化的方（fāng）法定量判定。由於在運轉過程中油脂、粉末與滾動體、保持架、滾道產生的摩擦決（jué）定了（le）試驗時間不能過長，如果（guǒ）因磨損影響了色差，試驗結果將無法觀察。
7、摩擦力矩試驗對於接觸式密封、摩擦力矩顯得比（bǐ）較大，即使對於輕接觸和非接觸密封軸承，由於應用場合不同，摩擦力（lì）矩要求比較（jiào）小時，則要進行摩擦力（lì）矩試驗。為了減少摩擦力矩，同時又要注意（yì）防水、防塵、防漏脂等性能。在密（mì）封唇的迷宮處注（zhù）有一定量的油脂，以改善此處的潤滑條件，試驗（yàn）證明是有效的，為此（cǐ）又派（pài）生一些改善（shàn）摩擦力矩的密封唇形式。摩擦（cā）力矩（jǔ）的測試（shì）可采用專門的測試儀器，測試（shì）便捷，評定也比較方便。
8、振動、噪聲由於（yú）密封軸承（chéng）大量用於各種家（jiā）用電器、計算機等對（duì）軸承振動噪聲有比（bǐ）較嚴格的要求，對（duì）密（mì）封軸承的振動噪聲（shēng）要求也越來越嚴（yán）。
