中小型行星減速機軸承漏脂問題解決方案

杜飛

(上海皮爾軸承有限公司 應用工程部，上海 200060)

中小型行星減速機適配各類伺服電動機、步進電動機、氣動馬達和液壓馬達等，產品廣泛應用在航空航天、艦船、通信、數控機床、醫療機械及電子設備等領域。中小型行星減速機普遍存在減速機腔體內的潤滑脂從輸入軸端密封深溝球軸承泄漏的情況，尤其是垂直布置的減速機。漏出的油脂可能會回流到電動機內引起電動機故障；減速機箱體內的齒輪潤滑脂長期泄漏會造成齒輪的潤滑不良而引起故障。因此，必須對行星減速機的漏脂問題加以解決。

1 中小型行星減速機結構特點及工況

1.1 減速機結構特點

行星減速機結構如圖1所示，其結構特點為:

(1) 輸入軸由一套密封深溝球軸承支承，輸出軸由兩套密封深溝球軸承支承；

1—輸出軸；2—輸出軸軸承；3—行星輪；4—齒；5—太陽輪；6—輸入軸軸承；7—適配凸緣；8—夾緊螺絲；9—夾緊環；10—夾緊套；11—裝配孔

(2) 減速機箱體為封閉腔體，沒有透氣孔；

(3) 齒輪采用脂潤滑，加脂量按減速機腔體自由空間的1/3添加；

(4) 減速機輸入和輸出端都不加密封，減速機腔體內潤滑脂的密封完全依靠輸入、輸出端密封深溝球軸承。

1.2 工況條件

載荷比(當量動載荷/額定動載荷)P/Cr≤9%； 額定輸入轉速為3 000 r/min，極限輸入轉速為5 000 r/min；正常工作溫度為-20～60 ℃，極限工作溫度范圍為-50～90 ℃。

2 漏脂原因分析

2.1 減速機箱體內外壓力差

由于該類型減速機箱體為封閉腔體，減速機在工作中產生溫升，腔體內氣體會隨著溫升而膨脹，造成腔體內部壓力會大于外部的大氣壓力。假設減速機腔體內的氣體為理想氣體，則氣體狀態方程為

根據試驗條件，P1=1.13×105Pa，T1=24.41 ℃，T2=61.25 ℃，V1=V2，可得P2=2.84×105Pa，減速機腔體內外壓力差P2-P1=1.71×105Pa。

2.2 密封結構

減速機軸承傳統密封結構如圖2、圖3所示。密封結構1由三唇組成，在普通應用場合具有很好的防塵、防異物、甚至防泥水進入軸承內部的效果;另外，導油唇對防止軸承內部潤滑脂泄漏有一定的作用。密封結構2的雙唇結構對外來異物和泥水具有雙層防護的效果。但這兩種密封結構試驗時，在壓力差的作用下基本上都在1～2 h內出現減速機箱體內的潤滑脂從軸承大量泄漏的問題。這是因為在壓力差的作用下，密封結構產生變形所致(圖4、圖5)。

圖2 密封結構1

圖3 密封結構2

圖4 密封結構1的受壓狀態

圖5 密封結構2的受壓狀態

3 解決方案

改進措施主要有：(1)在減速機箱體或軸承上開透氣孔，消除減速機腔體內因氣體受熱膨脹產生的壓力；(2)改進軸承的密封結構，提高軸承在內外壓力差條件下的密封性能。

對減速機加工透氣孔的方法如圖6、圖7所示，但該方案不是解決問題的根本辦法，因為不同使用場合減速機的布置差異較大。合理地增設透氣孔，可以有效地排氣，消除壓力差，若透氣孔布置不合理可能起不到透氣減壓的作用，還會有從透氣孔漏脂的危險。

圖6 行星減速機水平放置

圖7 行星減速機垂直放置

改進后選用的密封結構如圖8所示，該密封結構能夠利用減速機腔體內的壓力，在減速機腔體內氣體和潤滑脂的壓力作用下密封唇會越壓越緊，從而達到更好的密封效果(圖9)。另外，內圈密封槽經過磨削后具有很好的表面質量，保證了軸承不會因密封唇過盈量大而造成軸承溫升過大的問題。

圖8 RSFP型密封結構

圖9 RSFP密封的受壓狀態

4 驗證試驗

4.1 試驗方案

將一組2RSFP密封結構的6207軸承安裝在PL120-4行星減速機的輸入端，減速機垂直布置(圖7 )；將另一組2RSFP密封結構的6207軸承安裝在PL120-8行星減速機的輸入端，減速機水平布置(圖6 )，兩組試驗減速機箱體內添加潤滑脂量較正常水平稍多。減速機在轉速為2 840 r/min下空轉。

4.2 試驗要求

(1)軸承不能有潤滑脂漏出；(2)箱體的溫升不能超過40 ℃;(3)減速機運轉7天不漏脂。

4.3 試驗結果

PL120-4測試14天后停機，PL120-8測試8天后停機，測試結果見表1和表2。

表1 PL120-4 試驗結果

表2 PL120-8 試驗結果

由表1、表2可知，PL120-4 垂直安裝的行星減速機運行14天未發現有漏脂的現象并且減速機系統溫升較低，完全在要求的范圍內；PL120-8 水平安裝的行星減速機運行8天未發現漏脂，減速機系統溫升相對PL120-4稍高一些，但依然在要求范圍之內。

5 結束語

通過試驗驗證表明，改進密封結構可以有效解決中小型行星減速機箱體內齒輪潤滑脂從軸承內部泄漏的問題，盡管改進后的軸承加工成本較普通密封軸承高，但使用效果好，應用前景良好。