來源：斯凱孚商業技術雜志
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自從軸承使用內置密封后，其可靠性發生了巨大變化，特別是在污染環境中。如今，憑借新的密封設計，SKF Explorer小型密封球面滾子軸承的性能更佳，可為眾多應用帶來更大優勢。
概要
通過研究如何改進軸承密封的性能，SKF研發出適用于小型球面滾子軸承更好的密封。這種新密封僅用單一設計就一應俱全，代替了三種不同的密封解決方案。對SKF外徑為180mm的小型球面滾子軸承產品來說，未來將采用經濟的新密封設計，降低在眾多應用中的維護需求，并延長維修周期，提高整體性能。
SKF工程師決定重新設計SKF球面滾子軸承的密封，其主要目的有兩個：一是提高密封性能，二是改進制造工藝（圖1）。
圖1
在項目進入開發階段之前，工程師先設定了新密封軸承的功能要求，特別是軸承功能以及軸承與密封的相互影響。球面滾子軸承性能設計專家與密封性能設計專家攜手合作，使用各種設計和開發工具，包括使用以原型構建和試驗驗證為基礎的計算機模擬，來創建新的密封。
上世紀90年代初，SKF首次推出了密封球面軸承。這種軸承取得了巨大成功，標準產品范圍多達100多種。在改進設計取得顯著成效之后，SKF在大多數小型球面滾子軸承尺寸范圍中也推出了新的密封設計作為標準產品。這種全新的密封軸承可用于電梯、起重機、通風機、食品和飲料加工設備等眾多領域，機場的行李輸送系統也是非常典型的應用之一。
在性能方面：
新密封能把密封摩擦降低50%，進而將軸承總摩擦降低20%，工作溫度降低20℃。與之前尺寸相同的SKF密封軸承相比，使用新設計的密封軸承的極限轉速提高了一倍。此外，由于潤滑劑的使用壽命更長，新密封設計能降低維護需求，在多項應用中無需補充潤滑。
目前，SKF在小型球面滾子軸承中主要使用三種設計的密封，它們都將被新設計的密封所代替。新密封的型號后綴為RS，共有37種外徑不大于180mm的軸承將受益于新的密封解決方案（圖2）。
圖2
新密封設計面面觀
有兩種密封材料可供選擇，它們是由兩種不同的橡膠化合物制成：丁腈橡膠和氫化丁腈橡膠。丁腈橡膠具有優異的工程特性，是一種通用的密封唇材料。它是用丙烯腈和丁二烯制成的共聚物，對多數礦物油及以礦物油為基油的潤滑脂、汽油、柴油和輕質燃料油等燃料、動物油和植物油及脂肪、以及熱水具有出色的耐腐蝕性。氫化丁腈橡膠是丙烯腈和丁二烯進行加氫處理后制成的飽和共聚物，適用于脂肪烴和礦物油應用，其物理性質和化學性質會因聚合物的構成而發生變化。
從本質上說，密封性能的改進得益于三個設計因素（圖3）。外圈上的新密封溝槽設計改善了密封的夾持性，使其更加貼合，并且易于安裝。首先，它能實現較高的夾持力，從而降低了密封在所嵌入的溝槽內轉動的風險。其次，全新設計的橡膠密封端面，能更好耐腐蝕和防劃傷。臨末，新密封唇的接觸壓力得到優化，有助于降低密封摩擦力矩。“SKF密封設計師”工具對該解決方案進行了標準化。
圖3
減少摩擦力矩能獲得更高轉速，同時不損壞密封唇。新的極限轉速以密封唇口線速度為10 m/s作為設定值，而之前密封軸承的極限轉速設為開式軸承極限轉速的20%左右。對大多數軸承來說，這意味著極限轉速是以前的兩倍左右。
當所選的密封球面滾子軸承運行在高速條件下時，保證工作溫度不超過密封材料的建議溫度很重要。標準丁腈橡膠材料（后綴RS）的極限溫度為90℃，氫化丁腈橡膠材料（后綴RS5）為150℃。降低軸承密封的摩擦力矩可減少發熱，從而相應地降低工作溫度。在典型運行條件的測試中，帶有新設計密封的軸承溫度下降約15至20℃（圖4）。在實際應用中，較低的工作溫度意味著潤滑脂老化速度減緩，相應的補充潤滑周期變長。工作溫度降低15℃，補充潤滑周期會翻倍。延長補充潤滑周期另外一個好處是，更多軸承在運行中無需補充潤滑。
圖4
嚴格的測試程序
SKF進行了嚴格的測試，以確認新密封設計的性能，包括在不同轉速下對三種不同尺寸軸承的密封摩擦力矩進行測試（圖5）。測試發現，密封摩擦平均降低了約50%。亞利桑那粉塵測試是衡量密封抗污染能力非常成熟的的方法。該測試在一個集塵室內進行，測量軸承內污染物的數量。結果顯示，新密封唇與當前使用的密封設計一樣高效，在抗干燥污染物方面甚至性能更佳。
圖5
為確保密封能牢固地嵌入外圈，研究人員進行了三次試驗來驗證其夾持情況。結果顯示，密封夾持性得到了改善（圖6）。
圖6
SKF提供的密封球面滾子軸承已經預先填充了潤滑，可直接安裝。橡膠密封需要潤滑劑，而在密封球面滾子軸承中，密封是用軸承的潤滑脂來潤滑的，因此少量潤滑劑溢出是正常的。影響潤滑劑泄露的因素包括轉速、溫度、軸的不對中以及安裝方向，因此很難提前估計泄露量。
在電梯的典型應用條件下進行的測試表明，新密封的潤滑脂保持性能與目前密封設計完全一樣。
益處多多
綜上所述，新密封設計改進了密封性能，從而使更多應用無需補充潤滑。新的設計除了幫助SKF自身提高生產效率，在性能和延長使用壽命方面也能讓用戶受益匪淺。
