深溝球軸承密封結構的改進

王朝光，吳紅慶

（1.中航工業哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團公司 質量管理部，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

目前國內生產的深溝球軸承主要有兩種密封結構形式，即密封圈軸承和防塵蓋軸承。我廠多年來生產的帶密封圈和防塵蓋的深溝球密封軸承的外圈是通用的，也就是同型號的帶防塵蓋的軸承與帶密封圈的軸承，用同樣的外圈。但是，經過多年的實踐驗證，部分密封結構仍然存在著一定的問題，致使成品軸承出現裝配困難、密封圈手工無法壓入或壓入后密封圈變形、凹癟；防塵蓋安裝后軸承外徑的圓度、徑向游隙、徑向跳動等出現超差現象。改進后的密封結構，不僅改善了上述現象，而且延長了牙口刀具壽命，提高了生產效率。

2 牙口槽設計

牙口槽形狀的設計，在保證密封性能的前提下，不應太復雜。應考慮其工藝性和生產效率以及成型刀具的壽命。以牙口槽寬度H=1.8mm的密封軸承為例，說明牙口槽在優化設計上進行的改進。

圖1 改進前牙口槽結構

改進前牙口槽形狀如圖1所示，牙口槽深且窄（B=1.7mm;h=0.8mm）；改進后的牙口槽形狀如圖2所示，牙口槽淺且寬(B=1.35mm;h=1.05mm)，并且槽底根部里側有半徑為R=0.5mm的倒角。

2.1 牙口槽槽底寬度h的影響

圖2 改進后牙口槽結構

牙口槽槽底寬度h的大小，直接關聯著密封圈的厚度尺寸和牙口刀的寬度尺寸。同樣H=1.8mm寬度的牙口槽，改進前槽底寬度為0.8mm，改進后的牙口槽底寬度為1.05mm。隨著牙口槽h的加寬，密封圈的厚度相應變厚，密封圈的強度和安裝牢固性得到改善。同時由于牙口刀寬度隨之增加，提高了牙口刀的強度和耐用性。從生產角度看，生產效率也會提高。

2.2 牙口槽總深度B及牙型高度b的影響

牙口槽總深度B和牙型高度b的深、淺，決定密封圈安裝的難易程度。牙口槽總深度B較深，意味著密封圈外徑與牙口槽小外徑D3直徑差較大，這種結構經常出現密封圈安裝困難。曾有一批密封軸承，當時牙口尺寸D3最小，正常外徑尺寸的密封圈無法用手工安裝，該批軸承密封圈最終用特制的胎具完成裝配。有時還需特別訂制外徑尺寸小的非標準密封圈。因此，將牙口深度B由1.7mm改為1.35mm；牙型高度b由0.4mm改為0.25mm。牙口槽總深度B變淺,解決了密封軸承裝配難題。同時，因槽底與軸承外徑D的距離在半徑方向加大了0.35mm，也就是槽底的壁厚增加了0.35mm,減小了防塵蓋壓入后套圈產生外漲變形量，保證了成品軸承外徑的圓度、徑向跳動和徑向游隙不超差。

2.3 R倒角的影響

槽底根部內側R處，是屬于密封蓋、防塵圈裝配后仍然閑置的部分空間。為提高牙口刀具壽命繼而提高生產效率，故在此處加設R倒角。R倒角尺寸數值，是在滿足牙口尺寸與密封圈尺寸各種極限狀態下確定的。

2.4 β角的影響

β角最大設定為5°。角度如果過大，安裝防塵蓋時，防塵蓋在被壓靠的情況下其變形所產生的垂直分力易造成防塵蓋向內凹陷，出現蓋變形、癟蓋并且可能引起碰套現象。 適當的β角度的存在，可提高牙口刀具的耐用性。

3 密封圈結構的設計

通常裝有橡膠密封圈的軸承在不用模具壓合裝配時，直接可用手工壓入密封圈。密封軸承的密封性能的穩固性主要取決密封圈與牙口槽之間各個尺寸的配合狀態。密封唇（見圖3所示）的薄、厚與密封圈外徑的大、小，不僅影響密封圈穩固性，還關系到密封圈安裝的難易程度。改進后的密封結構是通過牙口槽與密封圈相配合時各種極限狀態而確定的尺寸與公差。密封圈改進前、后的主要尺寸設計如下：

（1）改進前：密封唇厚度hm=1.1mm；密封圈外徑Dm= D4+0.1；

由于改進前牙口槽深，密封圈外徑Dm又大于牙口槽槽底直徑D4，且與密封槽底部直徑有0.1mm的徑向過盈量，密封圈安裝后，密封唇外徑位于牙口槽45°斜坡的根部，如圖3所示，因此造成裝配困難。

（2）改進后：密封唇的厚度hm=1.3mm；密封圈外徑Dm= D4-0.1。

圖3 改進前密封結構

圖4 改進后密封圈結構

圖5 防塵蓋結構示意圖

改進后的牙口槽淺，密封圈外徑Dm小于牙口槽槽底直徑D4,牙口槽底徑與密封圈外徑又有0.1mm的間隙量，安裝后的密封唇外徑恰好在45°斜坡上的中部形成軸向定位、以徑向壓縮方式鑲嵌于外圈上,使密封圈緊緊地被鎖在槽里，達到良好的密封圈牢固性，即保證外圈不漏脂，又保證較小的裝配壓力，如圖4所示。由于密封圈外徑Dm與牙口槽小外徑D3的直徑差減小，使手工安裝密封圈方便而順利。

4 防塵蓋結構的設計

通常裝有金屬卷邊防塵蓋的軸承裝配是利用模具通過壓力機壓合，依靠壓蓋模的擠壓，迫使防塵蓋在外圈牙口槽內發生變形而使其鑲嵌在外圈牙口槽內實現擠壓成一體的。因此，防塵蓋尺寸大小影響裝配的牢固性，牙口槽的深淺直接影響套圈外漲變形，設計時必須慎重。防塵蓋結構示意圖見圖5。

（1）改進前：防塵蓋外徑Df=D3，防塵蓋高度Hf= 而外圈牙口槽小外徑D3±0.07。防塵蓋外徑與牙口槽小外徑名義尺寸相同，但是D3與Df的公差值在0～-0.07mm范圍時，會出現部分過盈尺寸，裝配時易出現防塵蓋變形現象；而且，防塵蓋高度與牙口槽寬度相同，會影響防塵蓋安裝的牢固性。

（2）改進后：防塵蓋外徑Df=D3，防塵蓋高度Hf=H+0.05。

改進后的防塵蓋外徑為減公差，有利于防塵蓋順利壓入。防塵蓋外徑Df與牙口槽小外徑D3± 0.07之間大部分尺寸配合略有間隙，雖然一小部分的配合尺寸略有過盈，但是，根據長期實踐經驗證明，套圈經熱處理后，由于金相組織發生變化，在直徑方向勢必漲大，所以在安裝金屬防塵蓋時微小的過盈仍然能自然壓入。防塵蓋高度Hf略高于牙口槽寬度H，裝配時防塵蓋受模具擠壓成形能牢固鑲嵌在牙口槽中，無活蓋、癟蓋、碰蓋現象，合格率高,幾乎沒有返修和拆卸產品。由于牙口變淺，密封槽底與軸承外徑D的距離在半徑方向加大了0.35mm，從而減小了防塵蓋壓入后套圈產生外漲變形量，保證了成品軸承外徑的圓度、徑向跳動、徑向游隙不超差。

5 結束語

深溝球軸承密封結構的改進，關鍵在于牙口槽的結構及其與密封圈、防塵蓋的配合。牙口槽的結構在達到密封要求的前提下應簡單易加工。經實踐驗證表明，改進后的密封軸承裝配順利，工藝性好，生產效率高；改進后的防塵蓋軸承，裝配壓合牢固，無活蓋、癟蓋、碰蓋現象，合格率高,幾乎沒有返修、拆卸產品。同時，由于牙口槽底與外徑之間的壁厚增加了0.35mm,從而減小了防塵蓋壓入后套圈產生外漲變形量，保證了成品軸承外徑的圓度、徑向跳動和徑向游隙在合格范圍內；由于牙口刀刃寬度隨牙口槽底寬度h增加而增加，并且牙口刀刃長度隨牙口槽總深度B的減小而縮短，故可增加牙口刀的強度、延長牙口刀的使用壽命，從而提高了生產效率。