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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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UC216軸承密封圈膠唇內翻原因分析及解決方法

2013-12-02

黃財
（東莞市TR軸承有限公司，廣東東莞　523009）
　　摘　要：分析壓裝擋圈時空氣壓力造成UC216外球面球軸承橡膠密封圈膠唇局部內翻，導致軸承旋轉力矩明顯增大的原因，并提出了解決方法。
　　關鍵詞：外球面球軸承；密封圈；旋轉力矩；空氣壓力
　　實際生產中發現一批UC216外球面球軸承有12%的旋轉力矩嚴重超差，合格軸承的旋轉力矩為40～55N•cm，而超差品的旋轉力矩達到82～89N•cm。此外球面球軸承的內密封為橡膠密封圈，外密封為擋圈。將超差品的擋圈拆開后發現，橡膠密封圈的密封唇有一處是內翻的，密封唇口朝內而不是正常的朝外，其直接導致了軸承旋轉力矩的增加，且影響密封效果。
　　1　原因分析
　　軸承的橡膠密封圈為手工壓裝，經查此工序不會產生密封唇內翻，導致密封唇內翻是外力造成，分析可能是壓入擋圈時產生。為此，重新裝配了20套UC216軸承，先裝好橡膠密封圈，檢查沒有密封唇內翻問題后，再壓裝擋圈。然后經檢查發現有2套軸承的旋轉力矩明顯增大，拆開這2套軸承的擋圈后，確實是橡膠密封圈的一處唇口內翻。這說明壓入擋圈時擋圈和密封圈之間產生了空氣壓力，空氣壓力將一處密封唇內壓變形，內翻的密封唇擠壓內圈外徑，使軸承的旋轉力矩增加。
　　由于只有約十分之一的軸承發生了密封圈膠唇內翻，表明所產生的空氣壓力與橡膠密封圈內唇抗彎曲變形能力很接近，兩者處于臨界狀態，一旦產生的空氣壓力大于橡膠密封圈內唇抗彎曲變形能力，便發生了密封圈膠唇內翻現象。
　　軸承壓裝擋圈工裝如圖1所示。圖中，液壓壓頭、上模、擋圈、軸承內圈和定位芯軸形成一個空腔A+B；下模、定位芯軸、軸承內圈和擋圈形成一個封閉空腔C。液壓沖床壓頭下壓過程中，當上模和擋圈越過內圈螺孔后，空腔A+B開始變為封閉空腔并Z終變為空腔A'+B'，空腔CZ終變為空腔C'。 由于UC216為長內圈外球面球軸承，液壓沖床壓頭的行程相對較長，故封閉空腔的壓縮量較大。但各部件接觸面并不是非常平整，密閉性會有所不同，封閉空腔內的氣壓會大小不一，壓縮氣體從擋圈與模具之間間隙（圖2）排出的可能性Z大。同時，當擋圈越來越接近橡膠密封圈時，擋圈、軸承內圈、橡膠密封圈和軸承外圈形成一個空腔D（圖2），此空腔不完全封閉，擋圈和外圈之間有0.6mm的間隙。擋圈以一定的速度接近橡膠密封圈時，空腔D在不斷變小，而壓縮空氣來不及從擋圈和外圈之間的間隙流出，必然產生空氣壓力。封閉空腔A'+B'和封閉空腔C'的空氣壓力會比空腔D的大很多，上模、下模分別與軸承外圈端面接觸后，從模具和擋圈間隙之間流出的壓縮空氣會流向擋圈和外圈之間的間隙，造成空腔D內的空氣壓力更大，過大的空氣壓力將橡膠密封圈的密封唇內壓，造成密封唇某一處的內翻。

1.墊板；2.定位芯軸；3.下模；4.擋圈；5.橡膠密封圈；6.軸承外圈；7.軸承內圈；8.上模；9.液壓壓頭；10.空腔A；11.空腔A'；12.空腔B；13.空腔B'；14.空腔C；15.空腔C'
圖1　壓裝擋圈工裝結構示意圖

1.模具與擋圈之間的間隙；2.空腔D；3.擋圈與軸承外圈之間的間隙；4.模具與軸承外圈接觸面
圖2　密封示意圖
　　2　解決方法
　　（1）修改壓裝模具，在模具上增加排氣孔和排氣槽。如圖3所示，上模在距上端面3mm處增加2個排氣孔，在下端面增加4條排氣槽；下模在距定位芯軸3mm處增加2個排氣孔，在上端面增加4條排氣槽。排氣孔有利于空腔A、空腔B和空腔C內空氣的排出，排氣槽利于空腔D內空氣的排出，Z大限度地減少空腔D內的空氣壓力。

圖3　改進后模具
　　（2）增加橡膠密封圈密封唇的抗彎曲變形能力。經檢測，橡膠密封圈彈性槽外徑與密封圈內徑的間距為6.4mm，密封圈內錐孔的錐度為35°，為提高密封唇的強度，將密封圈內、外徑間距縮小為5.8mm，內錐孔錐度由35°減小為28°，改進前、后密封唇形狀對比如圖4所示。

圖4　密封唇形狀對比
　　另外，橡膠的邵氏硬度對橡膠密封唇抗內翻能力產生影響，隨著橡膠邵氏硬度的增大，密封唇的抗彎曲變形能力會增強。
　　3　結束語
　　（1）模具壓擋圈的限位通過模具與軸承外圈端面的接觸來實現，如果限位通過模具與軸承內圈端面的接觸來實現，模具的外徑尺寸可做成比擋圈的外徑尺寸小，這樣就不需要加排氣槽，但模具的使用會受產品型號的限制，且擋圈的位置會受內、外圈的高度和內、外圈溝位置尺寸變化的影響。
　　（2）液壓沖床壓頭下壓的速度越快，各空腔內的氣體的壓力會越大。經測算，現用壓頭下降速度約為45mm/s，已經滿足使用要求。運行速度不能太低，否則會影響生產效率。
　　（3）改進后，在生產過程中，再沒發現UC216軸承橡膠密封圈有膠唇內翻的現象。
來源：《軸承》2012年8期