密封角接触球轴承系列产品设计

冯海丰，卞玉霞，王书群

（1.哈尔滨轴承集团公司 销售部，黑龙江 哈尔滨 150036；2.中航工业哈尔滨轴承有限公司 工程技术部，黑龙江 哈尔滨150025；3.哈尔滨轴承集团公司 质量控制部，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

传统的单列密封球轴承均为深沟球轴承，即接触角为零度。深沟球轴承主要承受径向载荷，深沟球轴承保持架为钢板冲压结构，这种结构的保持架装配后与轴承套圈端面有足够大的距离H，可安装密封圈，如图1 所示，深沟球轴承两密封圈尺寸完全相同。

传统的角接触球轴承由于高速性能所致，引导形式为外引导，保持架材料为酚醛胶布，比重小、材质轻，适合高速运转。为保证其强度和良好的引导性能，保持架宽度较深沟球轴承宽很多，这种结构的保持架装配后与轴承套圈端面的距离H极小，如图2 所示。因此说，采用酚醛胶布保持架的传统角接触球轴承无法安装密封结构。只有以下两种情况可能实现：一种是轴承宽度增加；另一种是减小滚动体直径。

图1 深沟球轴承密封圈结构

图2 传统角接触球轴承基型

增加轴承宽度，不仅是将轴承变为非标准型号，通用性差；而且加宽了套圈，重量随之增加，将影响轴承的高速性能，一般情况下不可取。

从产品设计上进行结构改进——只有减小滚动体直径，才能使角接触球轴承实现密封性能。减小滚动体直径的同时，增加了滚动体数量，更有效地满足了角接触球轴承的高速性、高刚性、长寿命等性能要求。密封圈能有效隔绝轴承内部与外界各类物质的接触，减少尘埃、有害气体等物质进入轴承内部，减少轴承内部因杂质侵害而形成的各种损伤，提升轴承的使用寿命。

2 结构改进

轴承的设计主要是轴承主参数的确定， 轴承的主参数是指滚动体的直径、数量和滚动体所分布圆周的直径，这是轴承设计的核心，而轴承的主参数，决定轴承的载荷、转速、刚性、使用寿命等性能。参照国外先进公司德国GMN公司、瑞典SKF公司、日本NSK公司的样品和样本，具体方案如下。

2.1 主参数的确定

根据产品的不同规格，将角接触球轴承系列产品的滚动体直径减小一档以上（极个别的四档），滚动体数量可以增加2个以上，提高了轴承高速性能和刚性。虽然，额定载荷略有下降，但是，高速角接触球轴承其主要性能要求是速度、温升、刚性和精度，载荷不是首要问题。滚动体直径的减小，可使装配后保持架与轴承套圈端面的距离H加大， 因此，可以有足够大的位置安装密封圈，实现了角接触球轴承的密封结构，如图3 所示。

2.2 密封结构确定

2.2.1 套圈的设计

不安装密封圈的角接触球轴承称为角接触球轴承的——基型，通常锁点在外圈非基面一侧，该侧并设计成带角度的斜坡，如图2 所示。

图3 基型基础上安装密封结构

图4 改进后的密封结构

但是，密封角接触球轴承在基型结构上安装密封圈，如图3 所示，轴承外圈非基面斜坡处加工密封槽，会使密封槽底径与轴承外径的壁厚变薄，对成品轴承外径的圆度、椭圆度、径向跳动等精度产生影响，是不可取的。为此，将密封角接触球轴承的锁球高度设计在内圈，即内圈非基面设计成带角度的斜坡；外圈设计成不等挡边：外圈非基面角的斜坡改为直挡边径，直挡边径的沟深比为基面沟深比的0.5倍，如图4 所示。显然改进后的外圈非基面密封槽底径与轴承外径的壁厚，比较在基型外圈非基上加工密封圈槽（密封槽底径与轴承外径）的壁厚加厚了许多，有利于轴承精度和刚性的提高。

2.2.2 密封圈的确定

密封圈与密封槽安装是过盈配合，通常有两种形式：一种是径向过盈；一种是轴向过盈。密封角接触球轴承由于外圈非基面挡边直径尺寸较基面挡边直径大，为保证轴承外径的圆度、椭圆度、径向跳动等精度，必须采用轴向过盈，如图5a 所示。

径向过盈是密封圈外径大于牙口槽槽底直径，即密封圈最大外径与密封槽底径有0.1mm以上的径向过盈量， 如图5b 所示。这种径向过盈，不仅安装密封圈困难，更重要的是安装密封圈后套圈产生的外涨量将影响轴承的圆度、椭圆度和径向跳动等精度（性能）指标。

轴向过盈是改进后的浅密封槽，并且，密封圈外径小于牙口槽槽底直径,牙口槽底直径与密封圈外径又有0.1mm以上的间隙量，安装后的密封圈恰好在密封槽斜坡的中部有0.1mm以上的过盈，形成了轴向定位、径向压缩方式于外圈密封槽中,使密封圈紧紧地被锁在槽里，达到良好的密封圈牢固性，即保证外圈不漏脂，又保证较小的装配压力，如图5a 所示。

图5 轴向过盈与径向过盈

2.3 通用性

角接触球轴承的基型通常是将同种外形尺寸的15°和25°接触角的两种轴承设计为内圈、保持架通用，也就是两型号使用同一个内圈和保持架；将两种角度的不同锁球高度、不同的沟位置、不同的沟底直设计在外圈——该两型号外圈不通用。

密封角接触球轴承在满足性能要求的同时，最大限度的实现了通用化。将同种外形尺寸的15°和25°接触角的两种轴承不仅设计为外圈、保持架通用，将两种角度的轴承不同锁球高度、不同的沟位置、不同的沟底直设计在内圈，这样密封圈也可以通用。也就是两型号使用同一个外圈、同一个保持架和密封圈。

3 结束语

经装机使用表明，改进后的密封角接触球轴承的转速、刚性、精度等各项性能指标得到很大的提高，满足了高精密主机的配套要求。在产品生产过程中，装配顺利，工艺性好，生产效率高；密封圈装配后牢固，无活盖、瘪盖、掉盖现象，使密封圈有效隔绝轴承内部与外界各类物质的接触，提升了轴承的使用寿命。