落地式銑鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

王建利 姜成偉

（中捷機床有限公司，遼寧沈陽110142）

主軸密封的目的是為了阻止冷卻液、切屑、粉塵等污物進入主軸組件內(nèi)部，同時阻止主軸軸承潤滑脂或潤滑油外漏。落地式銑鏜床屬于臥式鏜床，其方滑枕及主軸呈水平布置，相對于立式機床而言，這種結(jié)構(gòu)更容易進入雜質(zhì)，因而對于主軸密封的要求也更高。本文對某型落地式銑鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)進行了細(xì)致分析，找出了其不足之處并加以改進，從而使其性能得以提高。

1 鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)及其原理介紹

常見的鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)可總結(jié)為以下4類:油溝密封、迷宮密封、甩油環(huán)密封、氣體密封。這4種密封形式都屬于非接觸式旋轉(zhuǎn)密封。由于單一的密封形式作用有限，實踐中常將幾種密封形式組合使用。

油溝密封結(jié)構(gòu)是主軸與軸承壓蓋間僅保留狹小縫隙，在軸承壓蓋上開有幾道溝槽，利用小間隙的節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生密封作用。這種密封結(jié)構(gòu)簡單，但密封效果相對較差［1］。

迷宮密封結(jié)構(gòu)由幾組小間隙凹凸組合組成。利用流體在經(jīng)過狹窄而曲折的迷宮時所產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)來達到密封的目的。根據(jù)迷宮凹凸的方向，可以把迷宮分為軸向迷宮和徑向迷宮。理論上講，迷宮間隙越小、長度越長，密封效果越好。但間隙越小，零件加工成本越高，而且在溫度升高時容易脹死。關(guān)于迷宮間隙的具體取值，很多軸承樣本都給出了參考數(shù)值，設(shè)計者可以結(jié)合實際情況來確定。市場上現(xiàn)在也有一些現(xiàn)成的迷宮密封產(chǎn)品可供選用，但價格較貴。

甩油環(huán)密封是在主軸上加工2～3道鋸齒形環(huán)槽，利用主軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力將流體甩出進行密封。鋸齒形狀可以是等邊的，也可以是不等邊的。當(dāng)采用不等邊鋸齒時，鋸齒的方向應(yīng)逆著流體流動方向［2］。

氣體密封是通過壓縮空氣在主軸和配合零件之間的縫隙內(nèi)產(chǎn)生一道向外的氣簾，利用風(fēng)阻實現(xiàn)密封。主軸前端采用氣體密封時，主軸后端也應(yīng)采用相似結(jié)構(gòu)的氣體密封，以保證滑枕內(nèi)部壓力平衡，避免出現(xiàn)大流速空氣對流現(xiàn)象。壓縮空氣應(yīng)進行凈化和干燥［3］。

2 主軸密封結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計

圖1、圖2為某型落地式銑鏜床主軸密封的原始設(shè)計方案。從前至后依次采用了氣體密封、迷宮密封、油溝密封和甩油環(huán)密封，共4層密封。其中的迷宮密封可以理解為單層徑向迷宮與單層軸向迷宮的組合。

首先分析最外層的氣體密封。原始方案中，氣流只能通過單一徑向孔通到主軸端蓋的內(nèi)環(huán)槽之中，再由環(huán)槽向外噴出。這種結(jié)構(gòu)只能保證在內(nèi)環(huán)槽的氣源點附近氣簾壓力較大，而遠(yuǎn)離氣源點之處，氣簾壓力就會比較小。也就是說，該結(jié)構(gòu)只能保證在某一較小角度范圍內(nèi)的密封效果，對于大直徑主軸來講這種弊端就更加明顯。為此，可以把氣體密封改為如圖3所示的結(jié)構(gòu)。在主軸端蓋的內(nèi)圓和外圓上各加工一個環(huán)槽再通過多個徑向孔將其連通。氣流首先進入外環(huán)槽，再由徑向孔進入內(nèi)環(huán)槽，這樣在內(nèi)環(huán)槽之中就會形成多個氣源點，可以保證主軸在整個圓周方向上都具有良好的密封效果。從理論上講，氣流向內(nèi)阻力比向外阻力大，可以保證壓縮空氣向前吹出。因此，多數(shù)氣體密封結(jié)構(gòu)徑向孔都是垂直通入到內(nèi)環(huán)槽之中的。本次改進設(shè)計為了增強氣流向外吹出的效果，將徑向孔的末端向外偏置了一定角度。此外，也可以通過減小向內(nèi)氣流通道的方法來人為增大氣體的向內(nèi)阻力［3］。

原始方案的第二層密封是迷宮密封。由于結(jié)構(gòu)所限，本機床迷宮結(jié)構(gòu)只能做成單層迷宮，而單層迷宮密封效果比多層迷宮差很多。應(yīng)當(dāng)指出，在普通的應(yīng)用場合下，氣體密封加迷宮密封（包括單層迷宮）就完全可以滿足使用要求。在各類機床中也常會見到這種組合方式。為了取得更好的密封效果，本次改進設(shè)計中將第二層密封改為了甩油環(huán)密封。甩油環(huán)密封是一種更為“主動”的密封形式，在噴水量大、噴水時間長的加工情況下，也會體現(xiàn)出比較好的密封效果。如圖3所示，該甩油環(huán)結(jié)構(gòu)由3道鋸齒形環(huán)槽組成，可以將流體甩至固定環(huán)上其對應(yīng)位置的回水槽中，再由回水槽下部的小孔流出。不等邊鋸齒環(huán)槽在將流體甩出時具有一定的向外導(dǎo)向功能，增強了密封效果。后兩層密封可以將少量通過前面密封結(jié)構(gòu)的流體密封，同時起到防止軸承潤滑油外漏的作用。在本次改進中未對后兩層密封結(jié)構(gòu)進行更改。

3 結(jié)語

主軸密封的方法多種多樣，如何合理選用，需要設(shè)計者根據(jù)機床的使用要求、機床定位等因素來綜合確定。在對一種落地式銑鏜床主軸密封結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計中，通過增加內(nèi)環(huán)槽氣源點數(shù)量的方法，使主軸在整個圓周方向上獲得了更均勻的氣體密封效果。將第二層密封改為了由3道不等邊鋸齒形環(huán)槽組成的甩油環(huán)密封，使密封性能得到了進一步提高。經(jīng)實踐證明，這種設(shè)計方法切實可行。

［1］李洪.實用機床設(shè)計手冊［M］.沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999:959.

［2］戴曙.金屬切削機床［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1993:215.

［3］李志明.一種車床主軸密封的新結(jié)構(gòu)［J］.組合機床與自動化，1999（9）:35－36.