一、前言
轴承部件作为机器设备转子部件的关键支承部件，其结构设计的可靠性和合理性直接成为影响机器运转时轴承温升的关键因素之一。机器在运转工作时，出现轴承温升过高，设备维修人员通常从电机轴与泵轴的不对中、轴承的定位及预紧、轴承润滑等几个常见原因进行排查及处理外，骨架油封与油封座孔及轴套外圆配合的合理设计与否也是影响轴承温度过高的原因之一，尤其是在结构紧凑及散热空间不够大的轴承腔脂润滑结构的机器设备如节段式多级(如图1所示)，拆检后油封和轴套旋转配合表面磨损异常情况如图2所示。
图1 典型轴承结构示意图
1.轴承架 2.轴承端盖 3.轴承 4.挡液套 5.骨架密封
图2 表面异常磨损
以下将从轴承部件的结构设计和骨架油封密封机理出发，对骨架油封与油封座和轴套之间的公差配合、摩擦副接触面的表面精度要求，以及油封在轴承部件中的装配进行相关探讨和分析。
二、分析探讨
骨架油封的结构比较简单，其结构由油封体、加强骨架和自紧螺旋弹簧三部分组成，密封体为唇形密封，主要应用于各种机械的轴承，尤其是滚动轴承部位，其功能在于把油腔和外界隔离，对内封油，对外封尘。在结构设计中，在考虑密封性能的同时，我们还得考虑摩擦副发热对轴承温升的影响，尤其是骨架油封应用于润滑脂的密封场合。
例如，设备基本参数：转速n=1450r/min，轴径φd=φ65h9(-0.0740 )， 轴承座孔径φD=φ85H8(0+0.054)，TTO骨架油封65×80×10(丁晴橡胶)，轴承润滑方式为脂润滑。
经计算，轴套外圆处的线速度
v=πdn/60=3.14×65×1450/60=4.86m/s
属于高速型(4~15 m/s)，故其油封唇口线比压q1=95~130N/mm，油封摩擦系数f=0.35~0.94(润滑脂)，故摩擦副之间摩擦力矩
M=2πr 2fq1
=2×3.14×(65/2)2×(0.35~0.94) ×(95~130)=220~592N. m
从公式中可以看出，在轴径确定的前提下，油封摩擦系数f和唇口线比压q1直接影响摩擦副(油封与挡液圈)之间摩擦力矩的大小，那么，适当降低油封摩擦系数和唇口线比压以降低泵运转时的摩擦发热则是首选之举。
1. 摩擦系数f
摩擦系数主要由摩擦副接触面的表面粗糙度决定，骨架油封对轴表面的表面粗糙度推荐数值为0.8~3.2um，但润滑油不同，油封的润滑状态不同，摩擦发热也有一定差异，脂润滑的油封唇口温升速度比油润滑时大，故多级泵的轴承部件采用脂润滑方式进行润滑时，其挡液套与油封配合的表面粗糙度应该选得更高一些，建议值为0.8um，如图3所示。同时，对于长期工作运行的泵，要长期维持油封的密封状态，还必须排除螺旋线的走刀痕迹，这也是降低摩擦副之间的摩擦发热的有效方法之一。
图3 挡液套与油封配合表面
2. 唇口线比压q1
唇口线比压的含义是在单位圆周上的油封唇对轴杆的箍紧力，而其直接与油封和轴之间配合过盈量有直接关联。
(1)过盈量的常规设置 油封与轴配合的过盈量设置，油封厂家的样本或出厂说明书均有推荐，或查《机械设计手册》，当轴径d0为φ65时，且线速度属于高速型，其骨架油封唇口直径d应选φ65 。况且，多级泵轴承腔比较小，采用脂润滑方式，油脂属于半固体状态，不易泄漏，完全可以采用毡圈进行密封。骨架油封用于密封润滑脂时，经验数据表明，润滑脂比润滑油如齿轮油、发动机油摩擦发热较为严重，加上骨架油封离轴承很近，机器运转时轴承发热时部分热量会传至油封并使其发生热膨胀变形。因此，在结构设计时，可以将轴径如φ65的标准推荐轴径取φ64，减少油封与轴套间的过盈量。油封在与轴套上安装时，通常在油封唇口之间适量涂抹锂基润滑脂等清洁油膏(防止轴在瞬间启动时，对唇口造成干摩擦现象)，且在油封刃口与旋转轴套之间形成较薄的一层油膜，故不会影响影响轴承腔内的润滑脂的密封效果。
(2)偏心量的控制 油封的偏心安装是造成静偏心的主要原因，其主要由三个因素组成：油封的外圆与唇口不同心、唇口与轴不同心及壳体安装基孔与轴不同心。以上三种情况均会引起油封唇与轴接触不均，在弹簧力的作用下，油封对轴的径向压紧力不均匀，发热也不均匀，磨损量也不均匀，进而致使油封容易泄漏和损坏。
如图2所示，在有倾斜角θ的状态下，运动时旋转轴将产生Δt的偏心量，从而对油封唇口会产生Δt的偏心量导致油封唇口接触带与唇口径向力不合理，使油封唇口与旋转轴表面的磨损不均匀， 造成油封唇口局部早期过度磨损。油封的许用偏心量与机器主轴的旋转速度有关，可在《机械设计手册》相关章节中借鉴和参考(θ一般取1°~3°)。
图4 油封的倾斜安装
通过对上述各类因素的综合分析，骨架油封在产品安装过程中，我们应该重点注意以下几点：
1)装配时，应在油封唇口之间适量涂抹适量的机油或润滑油脂，防止轴在瞬间启动时，对唇口造成干摩擦现象，影响唇口的过盈量。
2)油封的倾斜安装的根本原因通常是采用冲击法装配，特别是在无端面定位时，油封倾斜安装的机率会更高。因此，为防止油封安装倾斜度超差，应该使用专用套筒工装将骨架油封平稳地推入油封座孔或使用圆锥形轴肩或圆锥形工装装入轴上。
3)装配时必须注意安装方向，需要内密封时，装有自紧弹簧的一面(有凹槽的一面)朝向箱体内部，防尘唇向外。
三、结语
综上所述，通过对现实中存在的一些实际问题的解析，从侧面反映了多级泵轴承发热的非主流因素，其中有相当一部分原因应该归结于设计及制造者甚至使用者，如油封的配合精度及相配件的表面光洁度等，应该引起我们的重视，真正做到实践与理论相结合，多方沟通与交流、反复实践与验证，进而合理配置相关要素，最后采取合理、有效的措施来解决、避免现实中存在的各类问题及故障，那么就能达到我们最初预想的结果。
参考文献
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册第2卷[M]. 北京：机械工业出版社，2004.8.
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[3]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995.
[4]黄平，朱文坚.机械设计基础[M].广州：华南理工大学出版社，2003.
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