密封角接觸球軸承系列產品設計

馮海豐，卞玉霞，王書群

（1.哈爾濱軸承集團公司 銷售部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中航工業哈爾濱軸承有限公司 工程技術部，黑龍江 哈爾濱150025；3.哈爾濱軸承集團公司 質量控制部，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

傳統的單列密封球軸承均為深溝球軸承，即接觸角為零度。深溝球軸承主要承受徑向載荷，深溝球軸承保持架為鋼板沖壓結構，這種結構的保持架裝配后與軸承套圈端面有足夠大的距離H，可安裝密封圈，如圖1 所示，深溝球軸承兩密封圈尺寸完全相同。

傳統的角接觸球軸承由于高速性能所致，引導形式為外引導，保持架材料為酚醛膠布，比重小、材質輕，適合高速運轉。為保證其強度和良好的引導性能，保持架寬度較深溝球軸承寬很多，這種結構的保持架裝配后與軸承套圈端面的距離H極小，如圖2 所示。因此說，采用酚醛膠布保持架的傳統角接觸球軸承無法安裝密封結構。只有以下兩種情況可能實現：一種是軸承寬度增加；另一種是減小滾動體直徑。

圖1 深溝球軸承密封圈結構

圖2 傳統角接觸球軸承基型

增加軸承寬度，不僅是將軸承變為非標準型號，通用性差；而且加寬了套圈，重量隨之增加，將影響軸承的高速性能，一般情況下不可取。

從產品設計上進行結構改進——只有減小滾動體直徑，才能使角接觸球軸承實現密封性能。減小滾動體直徑的同時，增加了滾動體數量，更有效地滿足了角接觸球軸承的高速性、高剛性、長壽命等性能要求。密封圈能有效隔絕軸承內部與外界各類物質的接觸，減少塵埃、有害氣體等物質進入軸承內部，減少軸承內部因雜質侵害而形成的各種損傷，提升軸承的使用壽命。

2 結構改進

軸承的設計主要是軸承主參數的確定， 軸承的主參數是指滾動體的直徑、數量和滾動體所分布圓周的直徑，這是軸承設計的核心，而軸承的主參數，決定軸承的載荷、轉速、剛性、使用壽命等性能。參照國外先進公司德國GMN公司、瑞典SKF公司、日本NSK公司的樣品和樣本，具體方案如下。

2.1 主參數的確定

根據產品的不同規格，將角接觸球軸承系列產品的滾動體直徑減小一檔以上（極個別的四檔），滾動體數量可以增加2個以上，提高了軸承高速性能和剛性。雖然，額定載荷略有下降，但是，高速角接觸球軸承其主要性能要求是速度、溫升、剛性和精度，載荷不是首要問題。滾動體直徑的減小，可使裝配后保持架與軸承套圈端面的距離H加大， 因此，可以有足夠大的位置安裝密封圈，實現了角接觸球軸承的密封結構，如圖3 所示。

2.2 密封結構確定

2.2.1 套圈的設計

不安裝密封圈的角接觸球軸承稱為角接觸球軸承的——基型，通常鎖點在外圈非基面一側，該側并設計成帶角度的斜坡，如圖2 所示。

圖3 基型基礎上安裝密封結構

圖4 改進后的密封結構

但是，密封角接觸球軸承在基型結構上安裝密封圈，如圖3 所示，軸承外圈非基面斜坡處加工密封槽，會使密封槽底徑與軸承外徑的壁厚變薄，對成品軸承外徑的圓度、橢圓度、徑向跳動等精度產生影響，是不可取的。為此，將密封角接觸球軸承的鎖球高度設計在內圈，即內圈非基面設計成帶角度的斜坡；外圈設計成不等擋邊：外圈非基面角的斜坡改為直擋邊徑，直擋邊徑的溝深比為基面溝深比的0.5倍，如圖4 所示。顯然改進后的外圈非基面密封槽底徑與軸承外徑的壁厚，比較在基型外圈非基上加工密封圈槽（密封槽底徑與軸承外徑）的壁厚加厚了許多，有利于軸承精度和剛性的提高。

2.2.2 密封圈的確定

密封圈與密封槽安裝是過盈配合，通常有兩種形式：一種是徑向過盈；一種是軸向過盈。密封角接觸球軸承由于外圈非基面擋邊直徑尺寸較基面擋邊直徑大，為保證軸承外徑的圓度、橢圓度、徑向跳動等精度，必須采用軸向過盈，如圖5a 所示。

徑向過盈是密封圈外徑大于牙口槽槽底直徑，即密封圈最大外徑與密封槽底徑有0.1mm以上的徑向過盈量， 如圖5b 所示。這種徑向過盈，不僅安裝密封圈困難，更重要的是安裝密封圈后套圈產生的外漲量將影響軸承的圓度、橢圓度和徑向跳動等精度（性能）指標。

軸向過盈是改進后的淺密封槽，并且，密封圈外徑小于牙口槽槽底直徑,牙口槽底直徑與密封圈外徑又有0.1mm以上的間隙量，安裝后的密封圈恰好在密封槽斜坡的中部有0.1mm以上的過盈，形成了軸向定位、徑向壓縮方式于外圈密封槽中,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5a 所示。

圖5 軸向過盈與徑向過盈

2.3 通用性

角接觸球軸承的基型通常是將同種外形尺寸的15°和25°接觸角的兩種軸承設計為內圈、保持架通用，也就是兩型號使用同一個內圈和保持架；將兩種角度的不同鎖球高度、不同的溝位置、不同的溝底直設計在外圈——該兩型號外圈不通用。

密封角接觸球軸承在滿足性能要求的同時，最大限度的實現了通用化。將同種外形尺寸的15°和25°接觸角的兩種軸承不僅設計為外圈、保持架通用，將兩種角度的軸承不同鎖球高度、不同的溝位置、不同的溝底直設計在內圈，這樣密封圈也可以通用。也就是兩型號使用同一個外圈、同一個保持架和密封圈。

3 結束語

經裝機使用表明，改進后的密封角接觸球軸承的轉速、剛性、精度等各項性能指標得到很大的提高，滿足了高精密主機的配套要求。在產品生產過程中，裝配順利，工藝性好，生產效率高；密封圈裝配后牢固，無活蓋、癟蓋、掉蓋現象，使密封圈有效隔絕軸承內部與外界各類物質的接觸，提升了軸承的使用壽命。