軸承密封圈的密封性能試驗(yàn)機(jī)

曲文秀，周寞，胡衛(wèi)平，段鵬飛，紀(jì)永錄

(1.瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300；2. 大連港埠機(jī)電有限公司，遼寧 大連 116100)

目前，對于軸承密封圈密封性能的試驗(yàn)，一般利用現(xiàn)有密封性能試驗(yàn)機(jī)對整套軸承進(jìn)行試驗(yàn)，每次可試驗(yàn)2套或4套，利用夾具夾住軸承兩側(cè)端面，從下方的進(jìn)氣口打入10 kPa壓力，當(dāng)出氣口測量腔體內(nèi)壓力達(dá)到符合要求的試驗(yàn)壓力時(shí)，通過計(jì)數(shù)比較確定軸承外圈與密封唇的過盈量。該試驗(yàn)機(jī)操作繁瑣，需將整個(gè)軸承作為工裝進(jìn)行試驗(yàn)，而且無法對密封圈進(jìn)行高低溫環(huán)境模擬試驗(yàn)、密封腔高低壓試驗(yàn)等專項(xiàng)試驗(yàn)[1-3]。

因此，以森基米爾180軸承為例，結(jié)合GB/T 13871.4—2007 《密封元件為彈性體材料的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈 第4部分：性能試驗(yàn)程序》中“旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈”動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)備,開發(fā)一種集溫度、轉(zhuǎn)速、壓力于一身，能夠全方位檢測密封圈密封性能的試驗(yàn)機(jī)。

1 試驗(yàn)機(jī)參數(shù)

試驗(yàn)機(jī)主要參數(shù)如下：溫度，-40～200 ℃；壓力，0～0.4 MPa；轉(zhuǎn)速，1 500～5 000 r/min ，變頻調(diào)速；尺寸范圍，φ72.5～400 mm；變頻電動(dòng)機(jī)型號為VFG112M-50-4.0-4，自帶變頻器；帶輪采用2級調(diào)速，0～1 500 r/min時(shí)恒轉(zhuǎn)矩，傳動(dòng)比i=1∶1，1 500～2 000 r/min時(shí)恒功率，傳動(dòng)比i=1.5∶1；溫控系統(tǒng)采用高低溫循環(huán)裝置；試驗(yàn)機(jī)腔體容積為3 L；壓力接入方式為氣動(dòng)三聯(lián)件接氣源，壓力要求7～9 kPa，溫度要求25～60 ℃；潤滑方式為乳化液潤滑。

2 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理

試驗(yàn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)工件軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并將動(dòng)能傳遞給工裝輪，達(dá)到試驗(yàn)所需轉(zhuǎn)速。被試密封圈安裝于工裝輪上，試驗(yàn)密封圈由密封唇和防塵蓋組成，無需使用整套軸承，由工裝模擬軸承內(nèi)、外圈。

1—進(jìn)油口； 2—帶輪防護(hù)罩；3—帶輪；4—工件軸；5—工裝輪；6—出油口；7—密封圈； 8—隔熱板；9—隔熱頂板；10—導(dǎo)熱油；11—密封墊；12—試驗(yàn)油管氣管；13—試驗(yàn)密封唇；14—防塵蓋；15—機(jī)體；16—圍板；17—支撐體； 18—廢油收集

在啟動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)前,還需要完成3個(gè)步驟：

1)用油槍從試驗(yàn)油管氣管處注入試驗(yàn)所需潤滑油(乳化液)；

2)從試驗(yàn)油管氣管處加壓；

3)高低溫一體機(jī)從進(jìn)油口處通入導(dǎo)熱油,導(dǎo)熱油在試驗(yàn)機(jī)外圍循環(huán)并通過金屬導(dǎo)熱使工件區(qū)溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，然后從出油口導(dǎo)出到高低溫一體機(jī)，形成一個(gè)密閉循環(huán)。

試樣安裝完畢后，根據(jù)規(guī)定要求設(shè)定轉(zhuǎn)速、試驗(yàn)溫度和壓力，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否有滲漏，并根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)分析該產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

2.2 安全驗(yàn)算

軸頭部分是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵，也是薄弱部分，為滿足安全需要，需進(jìn)行受力分析驗(yàn)算，軸頭部分受力示意圖如圖2所示，圖中F為工裝輪的重力，透蓋端面到工裝輪中心位置的距離為108 mm，透蓋端面到工件軸右端面的距離為158 mm，d為薄弱部分軸徑。

式中：M為彎矩；φ為校正系數(shù)；T為扭矩；σ為軸的許用彎曲應(yīng)力。計(jì)算得，最小軸徑為13.8 mm。取2.5倍安全系數(shù)，即薄弱部分軸徑d取35 mm，可確保安全性及試驗(yàn)的可靠性。

圖2 軸頭部分受力分析

2.3 溫控系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)中的液體循環(huán)是密閉的，由膨脹容器提供導(dǎo)熱油動(dòng)力。溫控系統(tǒng)配備高壓壓力開關(guān)和過載繼電器，與液體循環(huán)之間絕熱，且不參與液體循環(huán)。溫控系統(tǒng)與試驗(yàn)機(jī)之間只是機(jī)械連接，不論液體循環(huán)的溫度高低，膨脹容器中的介質(zhì)均低于60 ℃，低溫時(shí)無水氣吸收，高溫時(shí)無油霧產(chǎn)生，升、降溫時(shí)均可實(shí)現(xiàn)±0.15 ℃的精確溫控。

溫控系統(tǒng)配備加熱冷卻一體容器，換熱面積大，升、降溫的速率快，-40～200 ℃變溫僅需20 min(以50 L容量為例)，導(dǎo)熱油的需求量也比較小，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)降溫。另外，溫控系統(tǒng)還具有自我診斷、冷凍機(jī)過載保護(hù)、熱保護(hù)裝置等多種安全保障機(jī)能，可充分保證使用安全。

3 結(jié)束語

目前，該試驗(yàn)機(jī)仍處于設(shè)計(jì)階段，還未投產(chǎn)使用。試驗(yàn)機(jī)完成后可用于鐵路軸承的試驗(yàn)，模擬低溫、高轉(zhuǎn)速工況，為高鐵軸承的可靠性提供保障，并節(jié)省時(shí)間成本，提高生產(chǎn)效率。