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1、几种新的主轴密封形式 王钢 大连机床集团 自动化装备所, 辽宁 大连 1 1 6 0 3 3 随着机床行业的快速发展, 越来越 多的组合机床 及加工中心努力使主轴高速化, 而且为提高 自动化及 刀具的耐用度, 大都采用外部大流量冷却。这样就对 主轴密封结构提出了新的要求。密封装置的主要目的 是防止外部水分、 切屑、 尘埃等物质侵入轴承, 并保证 轴承内部润滑剂不发生泄露 , 同时还要考虑安装维修 的快捷与方便。在轴承样本 中, 对轴承的密封都做 了 介绍, 本文不再赘述。在这里 只介绍三种新的主轴密 封形式。 1 V形密封圈密封 v形密封圈是一种轴 向作用的弹性橡胶圈, 用作 转轴无压密封。它
2、由本体、 密封唇、 颈部三部分组成。 工作原理: v型密封圈借助弹性可靠地抱紧在相 配零件上; 锥形密封唇在轴向与垂直于轴线零件的表 面相接触, 可补偿转轴的微量角度偏移; 颈部在本体和 密封唇之问起到形似弹簧连接的作用 , 它可使密封唇 对接触表面产生轻微的压力, 从而形成可靠的密封( 见 图 1 ) 。 特性: 和一般的油封不同 , v形密封圈形成轴 向密 封作用。密封唇有较好的弹性, 可补偿相配件较大的 公差和转轴所产生的角度偏差。 主要优点: 1 )对于工作条件相对较好的情况( 如对润滑油及 润滑脂的密封) , 可以降低与密封圈相配零件密封表面 的质量或对轴硬度的要求; 密封表面可以不
3、必淬硬 , 减 图 1 v型密封膈的工作原理 唇 体 少加工工序 。 2 ) 安装简便 。不要求特殊的准备工作, 不需要安 装倒角, 也不需其它结构措施。安装时, v形圈可拉长 达 2 0 , 将之装到相配零件上。 3 )由于密封 表面不在轴上 , 对轴没有磨损, 从 而 延长轴的寿命。 4 )摩擦力小, 摩擦损失小, 寿命长。密封唇很小 的接触压力确保有很小的磨擦损失。启动转矩要比径 向油封的值小的多。 5 ) 可适 用于高速, 密封接触点最高线速度可 达 4 0m8 o 由于使用方便和工作可靠, 以及所需的设计工作 量小 , 使 v形密封圈的应用领域十分广泛, 它可用于 防尘, 防污, 防
4、油脂 , 防溅油、 水和其它介质 。在一些特 殊场合, 也可用作静止部件上的密封。 2 GMN无接触密封圈密封 这是由德国 GMN公司生产的一种新型密封 圈。 它最大的优点就是在高速情况下密封情况 良好 , 而安 装却十分方便。这种密封圈可用于多种条件甚至高温 和高速下, 通常我们只需考虑密封圈铝制外环所容许 的最高温度 ( 1 7 0 C) , 而对 于轴和内环 温度则可以更 高。 工作原理: 它是 由高精度的钢制内环和铝制外环 通过特殊的生产工艺( 已获专利) , 使之成为具有迷宫 形式 , 在高速旋转时产生离心力将水分 、 切屑、 尘埃等 物质甩到排泄油沟中来实现密封的( 见图 2 )
5、。 特性 : 它是一种径向密封, 内外环无接触, 而且 内 外环是不可分的, 突破传统接触密封的原理 , 尤其适合 大直径 、 高转速的主轴密封。 主要优点: 1 ) 结构紧凑, 其外型尺寸等于或类似于轴承或接 触密封圈。可用于内环和 或外环旋转。 2 ) 由于无接触, 因此无由密封所引起的磨损和发 热, 无磨擦所引起的功率损耗。 3 ) 由于无接触, 因此无需维修和更换 , 寿命长。 4 ) 安装方便经济, 对轴和孔要求的公差带很宽 , 对 相配零件没有热处理及磨削要求 , 减少加工工时。 2 002 j 蕴 维普资讯 http:/ 口 图 2 G MN密封 圈应用在加工中心主轴前蛸密封上
6、5 ) 由于是金属材质, 可应用于环境温度 1 7 0 C 的高温 速度可以达到 5 0 m s 。 下面就接触密封圈与无接触密封蹰做一下比较 衰 1 接触密封圈与无接触密封比较 接触密封圈 无接触密封圈 密封形式 密封唇密封 莲宫密封 密封部位有相对 猜动, 目 磨揖 无 相对滑萄, 不会产生磨撮 而引起磨揖 无 一可以节省能源, 同时碱 功率损失 有 小驱曲装置的功事 发热 因磨擦导致发热 无磨擦发热 密封 形式 限制 了极 限速 建度限f i 楹限线连 度可选 5 0 e , s 度 速度一 般不高 寿命 俄籁于密封唇磨损状况 无限制 润滑 在密封唇处藩袖唐 无需桐滑 轴的硬度 因磨掼
7、必须提 高接触 部 相配件无 硬度 丑表面 光洁 丑表面光 位的硬度 丑表 面光洁 度 洁度要求 ( 特蹦对高速) 度要求 低一由材质决定: 橡胶或 高一由材质头定: 铜和铝, 温度限制 塑料 量高 1 7 0 : C 3 密封 圈与气密封结合使用的密封 对于大多数组合机床来说 , 许多工序是钻孔和攻 丝, 其主轴直径一般不大, 线速度也不会很高 , 这就使 得此类主轴使用接触密封圈成为可能。这样不仅能够 满足使用上的要求 , 而且大大降低费用, 非常经济。但 对于只使用单层接触密封圈来说 , 很难使外部的冷却 水和污物不进入到箱体内。对于无大流量冷却排屑的 主轴, 一般采用双唇密封圈就可以很
8、好的解决问题 。 而对于大流量冷却冲屑的主轴, 经常发生冷却液进入 到主轴箱体内部, 这是我们所不愿看到的。为此, 我们 滚针轴承用密封圈 空气进入 单唇接触密封圈 其中: d 为密封罔内径名义尺寸 d , 一 O 3 t d 2 B 时 d ,= d 一 0 4 ( 2 9 4 0 时 ) d = d - 0 5 ( d 4 0 时 ) 图 3 钻孔攻丝主轴 的密封 采用 了双层密封圈与气密封相结合的使用方法, 以使 结构更为可靠。 工作原理 : 在两层密封圈之间加入压缩空气, 形成 气腔, 气腔中气体的压力大于外部压力 , 保证 了外界的 冷却液和铁屑及其它杂质不会进入箱体 内, 而实现密
9、 封( 见图 3 ) 。还可以避免由于虹吸现象而使杂质渗入 到箱体内部。 另外 , 由于气源中不可避免的会夹杂着水分, 所以 在两层密封圈之间应开一个排泄 口, 保证水分能够及 时的排出。对于使用双层密封圈 , 发热量会增大很多, 因此需要对轴径加以控制 , 具体数值如图 3所示。 特性 : 对于线速度低的主轴可以采用双层接触密 封圈及气密封来防止冷却液和铁屑的进入。比较 经 济, 易于实现。 综上所述, 主轴的密封有各种各样的方法 , 如何选 用 , 需要与具体实际情况结合起来 。对于镗 、 铣类主 轴 , 由于线速度非常高 , 宜采用 G MN密封圈密封, 既 保证了密封效果, 又不会引起高的温升 , 但其缺点是价 格相对较贵, 而且需要进 口, 周期较长。对于钻 、 扩 、 饺 和攻丝类主轴 , 就可以采用双层密封圈和气密封结合 使用, 其优点是价格便宜, 易于实现, 密封效果也比较 好。如果在一个主轴箱中使用了两种润滑脂 ( 油和油 脂) , 就可以考虑使用 v形密封圈来密封。这几种密 封形式都已经具体应用在实践中, 并能够很好的满足 使用要求。 收疆 日期 : 2 0 O 2 0 1 1 8 作者筒介 : 王锕 ( 1 9 7 1 一) , 男, 大连人 , 大连机 床集团助 理工程师。 ( 绾辑何铜 ) 组台机床与 自动化加工技木 维普资讯 http:/
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