新型密封，让轴承告别补充润滑的烦恼

来源：斯凯孚商业技术杂志

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自从轴承使用内置密封后，其可靠性发生了巨大变化，特别是在污染环境中。如今，凭借新的密封设计，SKF Explorer小型密封球面滚子轴承的性能更佳，可为众多应用带来更大优势。

概要

通过研究如何改进轴承密封的性能，SKF研发出适用于小型球面滚子轴承更好的密封。这种新密封仅用单一设计就一应俱全，代替了三种不同的密封解决方案。对SKF外径为180mm的小型球面滚子轴承产品来说，未来将采用经济的新密封设计，降低在众多应用中的维护需求，并延长维修周期，提高整体性能。

SKF工程师决定重新设计SKF球面滚子轴承的密封，其主要目的有两个：一是提高密封性能，二是改进制造工艺（图1）。

图1

在项目进入开发阶段之前，工程师先设定了新密封轴承的功能要求，特别是轴承功能以及轴承与密封的相互影响。球面滚子轴承性能设计专家与密封性能设计专家携手合作，使用各种设计和开发工具，包括使用以原型构建和试验验证为基础的计算机模拟，来创建新的密封。

上世纪90年代初，SKF首次推出了密封球面轴承。这种轴承取得了巨大成功，标准产品范围多达100多种。在改进设计取得显著成效之后，SKF在大多数小型球面滚子轴承尺寸范围中也推出了新的密封设计作为标准产品。这种全新的密封轴承可用于电梯、起重机、通风机、食品和饮料加工设备等众多领域，机场的行李输送系统也是非常典型的应用之一。

在性能方面：

新密封能把密封摩擦降低50%，进而将轴承总摩擦降低20%，工作温度降低20℃。与之前尺寸相同的SKF密封轴承相比，使用新设计的密封轴承的极限转速提高了一倍。此外，由于润滑剂的使用寿命更长，新密封设计能降低维护需求，在多项应用中无需补充润滑。

目前，SKF在小型球面滚子轴承中主要使用三种设计的密封，它们都将被新设计的密封所代替。新密封的型号后缀为RS，共有37种外径不大于180mm的轴承将受益于新的密封解决方案（图2）。

图2

新密封设计面面观

有两种密封材料可供选择，它们是由两种不同的橡胶化合物制成：丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶。丁腈橡胶具有优异的工程特性，是一种通用的密封唇材料。它是用丙烯腈和丁二烯制成的共聚物，对多数矿物油及以矿物油为基油的润滑脂、汽油、柴油和轻质燃料油等燃料、动物油和植物油及脂肪、以及热水具有出色的耐腐蚀性。氢化丁腈橡胶是丙烯腈和丁二烯进行加氢处理后制成的饱和共聚物，适用于脂肪烃和矿物油应用，其物理性质和化学性质会因聚合物的构成而发生变化。

从本质上说，密封性能的改进得益于三个设计因素（图3）。外圈上的新密封沟槽设计改善了密封的夹持性，使其更加贴合，并且易于安装。首先，它能实现较高的夹持力，从而降低了密封在所嵌入的沟槽内转动的风险。其次，全新设计的橡胶密封端面，能更好耐腐蚀和防划伤。临末，新密封唇的接触压力得到优化，有助于降低密封摩擦力矩。“SKF密封设计师”工具对该解决方案进行了标准化。

图3

减少摩擦力矩能获得更高转速，同时不损坏密封唇。新的极限转速以密封唇口线速度为10 m/s作为设定值，而之前密封轴承的极限转速设为开式轴承极限转速的20%左右。对大多数轴承来说，这意味着极限转速是以前的两倍左右。

当所选的密封球面滚子轴承运行在高速条件下时，保证工作温度不超过密封材料的建议温度很重要。标准丁腈橡胶材料（后缀RS）的极限温度为90℃，氢化丁腈橡胶材料（后缀RS5）为150℃。降低轴承密封的摩擦力矩可减少发热，从而相应地降低工作温度。在典型运行条件的测试中，带有新设计密封的轴承温度下降约15至20℃（图4）。在实际应用中，较低的工作温度意味着润滑脂老化速度减缓，相应的补充润滑周期变长。工作温度降低15℃，补充润滑周期会翻倍。延长补充润滑周期另外一个好处是，更多轴承在运行中无需补充润滑。

图4

严格的测试程序

SKF进行了严格的测试，以确认新密封设计的性能，包括在不同转速下对三种不同尺寸轴承的密封摩擦力矩进行测试（图5）。测试发现，密封摩擦平均降低了约50%。亚利桑那粉尘测试是衡量密封抗污染能力非常成熟的的方法。该测试在一个集尘室内进行，测量轴承内污染物的数量。结果显示，新密封唇与当前使用的密封设计一样高效，在抗干燥污染物方面甚至性能更佳。

图5

为确保密封能牢固地嵌入外圈，研究人员进行了三次试验来验证其夹持情况。结果显示，密封夹持性得到了改善（图6）。

图6

SKF提供的密封球面滚子轴承已经预先填充了润滑，可直接安装。橡胶密封需要润滑剂，而在密封球面滚子轴承中，密封是用轴承的润滑脂来润滑的，因此少量润滑剂溢出是正常的。影响润滑剂泄露的因素包括转速、温度、轴的不对中以及安装方向，因此很难提前估计泄露量。

在电梯的典型应用条件下进行的测试表明，新密封的润滑脂保持性能与目前密封设计完全一样。

益处多多

综上所述，新密封设计改进了密封性能，从而使更多应用无需补充润滑。新的设计除了帮助SKF自身提高生产效率，在性能和延长使用寿命方面也能让用户受益匪浅。