专利名称：轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法
技术领域：
本发明属于密封技术领域，特别涉及到一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法。
背景技术：
圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承在低速重载工况或是环境恶劣下，由于润滑油或润滑脂被污染，造成上述轴承的过早失效。通常是在安装上述轴承的轴承箱处实施密封，其密封效果并不理想。随着轴承向单元化的发展，若在轴承自身结构中增加密封件，势必能更好地改善上述轴承的运转条件，从而提高轴承的使用寿命，减少维护、降低成本。图1是单套轴承在其外圈和内圈轴肩处使用的一种密封件，该密封件在使用过程中反映出如下问题
1、密封件的接触面过长，产生的摩擦力较大，易使接触面过早磨损，降低密封件的使用效果；
2、密封件的骨架刚度不足，在安装过程中易造成密封件变形，使得实际密封件实际使用效果降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，该组合式密封装置设计方法首先解决了轴承单元化配套问题，其次通过外壳和内壳的设置提高密封圈的刚度，最后通过密封圈形状设计使其提高密封效果，减少变形，降低磨损。为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，设定轴承外圈和内圈轴肩处的宽度为Hk，设定轴承外圈轴肩处的内径为D，设定轴承内圈轴肩处的外径为d，则组合式密封装置设计方法包括外壳、内壳、锁紧弹簧和密封圈，其中
外壳的外形呈‘]’形并由壁厚为h的低碳钢板冲压而成，冲压而成的外壳在所有折弯处均为圆弧自然过渡，冲压后外壳的总宽度H不大于Hk，外壳的外径与D相匹配，在外壳的垂直面中心设有内孔，该内孔的内径> d ；
内壳的外形呈‘[’形并同样由壁厚为h的低碳钢板冲压而成，由于内壳需扣嵌在外壳内形成相互封闭的门字状，故除内壳垂直面中心所设内孔的内径=外壳所设内孔的内径外，内壳的总宽度<外壳的总宽度，内壳的外径<外壳的外径；
密封圈的半剖形状类似于久字形，该久字形半剖形状由平支撑、斜竖支撑和斜唇共同构成，平支撑通过半圆弧Rl顺时针旋转分解为斜竖支撑和斜唇，所分解的斜唇和斜竖支撑之间通过半圆弧R3自然联接，平支撑和斜竖支撑之间通过半圆弧R2自然联接，平支撑两端的宽度HO = H-外壳的壁厚h-内壳的壁厚h，平支撑到斜竖支撑的最大高度SO = D/2-d/2， 在斜唇的上斜边上设置有半圆环槽，所述半圆环槽内配置有与其匹配的环形锁紧弹簧；
所述半圆弧Rl的曲率半径 S1/2，而所述Sl=(l/ri/3)XS0，所述半圆弧R2的曲率半径<半圆弧Rl的曲率半径，所述半圆弧R3的曲率半径>所述半圆弧Rl的曲率半径；
组装时，先在密封圈的所述半圆环槽内装配上锁紧弹簧，然后将密封圈装入内壳内并注意所述半圆弧R2端朝外，最后在所述半圆弧R2端的内壳外扣嵌上外壳并对外壳实施锁口以防内壳脱落出外壳，密封圈夹在外壳和内壳所形成的门字状中并组成组合式密封装置。上述密封圈中的所述Sl是平支撑的厚度，所述半圆弧Rl弧顶处距平支撑端面的长度为H1，所述Hl= (0. 5^0. 7) H，所述半圆弧R2的中心点是所述厚度Sl的延长线与平支撑另一端面延长线的交汇点。上述密封圈中的斜竖支撑经所述半圆弧R2后向内倾斜形成竖斜边，所述竖斜边的倾斜角α相对垂直方向形成15°夹角，当所述竖斜边倾斜长度在满足所述SO时向上折回形成平斜边，所述平斜边相对水平方向形成30°的倾斜角β，当所述平斜边的水平宽度达到Η5时与所述半圆弧R3交汇联接，从所述半圆弧R3的另一交汇联接处是斜唇的底部， 所述底部呈水平状且宽度为Η4，所述Η4控制在1 3mm之间，所述H5 >所述H4，当所述底部达到H4时且所述底部与所述平斜边最低处形成高度差S2时再向上折回形成斜边，所述 S2控制在0.5 1. 5mm之间，所述斜边相对垂直方向形成15°的倾斜角Y，当所述斜边的顶点和所述平斜边最低处在水平方向达到宽度H2时所述斜边与所述半圆弧Rl延长过来的所述上斜边自然交汇，所述H2= (0. 6^0. 8)H，斜唇的所述上斜边上所设置的半圆环槽中心线距平支撑端面的长度为H3，所述H3= (0. 2Γ0. 27) H。由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果
1、本发明的组合式密封装置适用于圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承的轴肩处密封，这些轴承的使用条件必须是在低速重载工况下，且轴承的使用温度不能超过110° C，轴承自身带有再润滑油孔，一套轴承的两个端面都具有轴肩处，因此两个轴肩处都配装有本发明的组合式密封装置，这为轴承的单元化发展提供了基本保障，同时也改善了轴承的运转条件， 提高了轴承的使用寿命，减少了维护，降低了成本。2、本发明的密封圈本身具有一定的骨架刚度，尤其是将密封圈装在由低碳钢板冲压而成并形成相互封闭门字状的外壳和内壳中，为维持密封圈的骨架刚度提供了有利保证，轴承工作时其外圈是不动的，只有内圈旋转，因此外壳的外径通过紧配合可以固定在外圈的轴肩处，而外壳和内壳所设的内孔则不与内圈的轴肩处接触，只有密封圈的斜竖支撑、 斜唇两处与内圈的轴肩处接触，而密封圈由丁腈耐油橡胶或氟化合成橡胶制成，斜竖支撑和斜唇两处密封防尘防污的效果更佳，也减少了摩擦接触面积，降低了磨损。3、密封圈上所设置的三个半圆弧R1、R2、R3具有减压作用，且使密封圈不易变形， 方便安装。4、锁紧弹簧能使密封圈的斜唇更好的接触内圈的轴肩处。
图1是单套轴承在其外圈和内圈轴肩处使用的一种密封件结构示意图。图2是本发明的密封装置在对称中心线上的半剖结构示意图； 图3是密封装置中密封圈在对称中心线上的半剖结构示意图。图2-3中1-外壳；2-内壳；3-锁紧弹簧；4_密封圈；5_平支撑；6_斜竖支撑； 7-唇部。
具体实施例方式本发明是一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，通过下述实施例可以更详细解释本发明，本发明并不局限于下述实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。以下所举具体数值仅供参考，这些具体数值不是唯一的，但必须符合和满足本发明。首先设定轴承外圈和内圈轴肩处的宽度为Hk，设定轴承外圈轴肩处的内径为D， 设定轴承内圈轴肩处的外径为d，则组合式密封装置设计方法包括外壳1、内壳2、锁紧弹簧 3和密封圈4，比如:Hk=17 mm, D=249 mm, d=219 mm。冲压后外壳总宽度H=16. 5。本发明外壳1的外形呈‘]’形并由壁厚为h=l. Omm的低碳钢板冲压而成，冲压而成的外壳在所有折弯处均为圆弧自然过渡，冲压后外壳的总宽度H=16. 5 mm不大于Hk=I7 mm, 外壳的外径=249 mm与D=249 mm相匹配，在外壳的垂直面中心设有内孔，该内孔的内径=225 mm> d=219 mm。本发明内壳2的外形呈‘[’形并同样由壁厚为h=l mm的低碳钢板冲压而成，由于内壳2需扣嵌在外壳1内形成相互封闭的门字状，故除内壳垂直面中心所设内孔的内径225 mm =外壳所设内孔的内径225 mm外，内壳的总宽度=14. 5 mm<外壳的总宽度H=16. 5 mm,内壳的外径=247 mm<外壳的外径=249 mm。本发明密封圈4的半剖形状类似于久字形，这个“久”是去掉第一撇后的久字，该久字形半剖形状由平支撑5、斜竖支撑6和斜唇7共同构成，平支撑5通过半圆弧Rl顺时针旋转分解为斜竖支撑6和斜唇7，所分解的斜唇7和斜竖支撑6之间通过半圆弧R3自然联接，平支撑5和斜竖支撑6之间通过半圆弧R2自然联接，平支撑5两端的宽度HO = H-外壳的壁厚h-内壳的壁厚h=16. 5-1-1=14. 5 mm,平支撑5到斜竖支撑6的最大高度SO =D/2-d/2=249/2-219/2=15 mm，在斜唇7的上斜边上设置有半圆环槽，所述半圆环槽内配置有与其匹配的环形锁紧弹簧3，锁紧弹簧3能使密封圈4的斜唇7更好的接触内圈的轴肩处，。所述半圆弧Rl的曲率半径 Sl/2 ^ 2. 1 mm，而所述Sl= (1/4 1/3) X S0=4. 2 mm， 所述半圆弧R2的曲率半径<半圆弧Rl的曲率半径，所述半圆弧R3的曲率半径>所述半圆弧Rl的曲率半径。三个半圆弧R1、R2和R3都具有减压作用，并使密封圈不易变形，方便安装。组装时，先在密封圈4的所述半圆环槽内装配上锁紧弹簧3，然后将密封圈4装入内壳2内并注意所述半圆弧R2端朝外，最后在所述半圆弧R2端的内壳2外扣嵌上外壳1 并对外壳实施锁口以防内壳脱落出外壳，密封圈4夹在外壳1和内壳2所形成的门字状中并组成组合式密封装置。上述密封圈本身具有一定的骨架刚度，尤其是将密封圈装在由低碳钢板冲压而成并形成相互封闭门字状的外壳和内壳中，为维持密封圈的骨架刚度提供了有利保证。因为轴承工作时其外圈是不动的，只有内圈旋转，因此外壳的外径通过紧配合可以固定在外圈的轴肩处，而外壳和内壳所设的内孔则不与内圈的轴肩处接触，只有密封圈的斜竖支撑、斜唇两处与内圈的轴肩处接触，而密封圈由丁腈耐油橡胶或氟化合成橡胶制成，斜竖支撑和斜唇两处密封防尘防污的效果更佳，也减少了摩擦接触面积，降低了磨损。本发明密封圈4中的所述Sl是平支撑5的厚度，所述半圆弧Rl弧顶处距平支撑端面的长度为H1，所述Hl= (0. 5^0. 7)H=7. 7 mm，所述半圆弧R2的中心点是所述厚度Sl的延长线与平支撑另一端面延长线的交汇点。本发明密封圈4中的斜竖支撑6经所述半圆弧R2后向内倾斜形成竖斜边，从所述竖斜边开始并沿所述竖斜边至斜唇7的上斜边为止的自然走向按顺时针计来描述的话， 所述竖斜边的倾斜角α相对垂直方向形成15°夹角，当所述竖斜边倾斜长度在满足所述 SO时向上折回形成平斜边，所述平斜边相对水平方向形成30°的倾斜角β，当所述平斜边的水平宽度达到Η5时与所述半圆弧R3交汇联接，从所述半圆弧R3的另一交汇联接处是斜唇的底部，所述底部呈水平状且宽度为Η4，所述Η4控制在1 3mm之间，当H4=lmm时 H5=l. 8mm，所述H5 >所述H4，所述底部达到H4时且所述底部与所述平斜边最低处形成高度差S2时再向上折回形成斜边，所述S2控制在0. 5^1. 5mm之间，当S2=0. 8mm所述斜边相对垂直方向形成15°的倾斜角Y，当所述斜边的顶点和所述平斜边最低处在水平方向达到宽度H2时所述斜边与所述半圆弧Rl延长过来的所述上斜边自然交汇，所述H2=(0. 6^0. 8) H=IO. Imm，斜唇的所述上斜边上所设置的半圆环槽中心线距平支撑端面的长度为H3，所述 H3= (0. 24 0. 27) H=4. 4 mm。本发明的组合式密封装置适用于圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承的轴肩处密封，这些轴承的使用条件必须是在低速重载工况下，且轴承的使用温度不能超过110° C，轴承自身带有再润滑油孔，一套轴承的两个端面都具有轴肩处，因此两个轴肩处都配装有本发明的组合式密封装置，这为轴承的单元化发展提供了基本保障，同时也改善了轴承的运转条件，提高了轴承的使用寿命，减少了维护，降低了成本。为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但应了解的是本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
权利要求
1.一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，设定轴承外圈和内圈轴肩处的宽度为Hk，设定轴承外圈轴肩处的内径为D，设定轴承内圈轴肩处的外径为d，则组合式密封装置设计方法包括外壳(1)、内壳O)、锁紧弹簧⑶和密封圈G)，其特征是外壳(1)的外形呈‘]’形并由壁厚为h的低碳钢板冲压而成，冲压而成的外壳(1)在所有折弯处均为圆弧自然过渡，冲压后外壳(1)的总宽度H不大于Hk，外壳(1)的外径与D 相匹配，在外壳(1)的垂直面中心设有内孔，该内孔的内径>d;内壳⑵的外形呈‘[’形并同样由壁厚为h的低碳钢板冲压而成，由于内壳需⑵扣嵌在外壳(1)内形成相互封闭的门字状，故除内壳( 垂直面中心所设内孔的内径=外壳所设内孔的内径外，内壳的总宽度<外壳的总宽度，内壳的外径<外壳的外径；密封圈的半剖形状类似于久字形，该久字形半剖形状由平支撑(5)、斜竖支撑(6) 和斜唇(7)共同构成，平支撑( 通过半圆弧Rl顺时针旋转分解为斜竖支撑(6)和斜唇 (7)，所分解的斜唇(7)和斜竖支撑(6)之间通过半圆弧R3自然联接，平支撑( 和斜竖支撑(6)之间通过半圆弧R2自然联接，平支撑(5)两端的宽度HO = H-外壳的壁厚h-内壳的壁厚h，平支撑( 到斜竖支撑(6)的最大高度S0 = D/2-d/2，在斜唇(7)的上斜边上设置有半圆环槽，所述半圆环槽内配置有与其匹配的环形锁紧弹簧(3)；所述半圆弧Rl的曲率半径 31/2，而所述31=(1/4 1/3)\50，所述半圆弧1 2的曲率半径<半圆弧Rl的曲率半径，所述半圆弧R3的曲率半径>所述半圆弧Rl的曲率半径；组装时，先在密封圈(4)的所述半圆环槽内装配上锁紧弹簧(3)，然后将密封圈(4)装入内壳O)内并注意所述半圆弧R2端朝外，最后在所述半圆弧R2端的内壳( 外扣嵌上外壳(1)并对外壳(1)实施锁口以防内壳(2)脱落出外壳(1)，密封圈(4)夹在外壳(1)和内壳( 所形成的门字状中并组成组合式密封装置。
2.如权利要求1所述轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，其特征是密封圈(4)中的所述Sl是平支撑( 的厚度，所述半圆弧Rl弧顶处距平支撑( 端面的长度为H1，所述Hl= (0. 5 0. 7) H，所述半圆弧R2的中心点是所述厚度Sl的延长线与平支撑( 另一端面延长线的交汇点。
3.如权利要求1所述轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，其特征是密封圈(4)中的斜竖支撑(6)经所述半圆弧R2后向内倾斜形成竖斜边，所述竖斜边的倾斜角α相对垂直方向形成15°夹角，当所述竖斜边倾斜长度在满足所述SO时向上折回形成平斜边，所述平斜边相对水平方向形成30°的倾斜角β，当所述平斜边的水平宽度达到Η5时与所述半圆弧R3交汇联接，从所述半圆弧R3的另一交汇联接处是斜唇(7)的底部， 所述底部呈水平状且宽度为Η4，所述Η4控制在1 3mm之间，所述H5 >所述H4，当所述底部达到H4时且所述底部与所述平斜边最低处形成高度差S2时再向上折回形成斜边，所述 S2控制在0. 5 1. 5mm之间，所述斜边相对垂直方向形成15°的倾斜角Y，当所述斜边的顶点和所述平斜边最低处在水平方向达到宽度H2时所述斜边与所述半圆弧Rl延长过来的所述上斜边自然交汇，所述H2= (0.6 0.8)H，斜唇的所述上斜边上所设置的半圆环槽中心线距平支撑端面的长度为H3，所述H3= (0. 24- 0. 27) H。
全文摘要
一种轴承低速重载工况下所使用的组合式密封装置设计方法，密封圈(4)的半剖形状类似于久字形，该久字形半剖形状由平支撑(5)、斜竖支撑(6)和斜唇(7)并通过三个半圆弧R1、R2和R3实现自然联接，在密封圈的所述半圆环槽内装配上锁紧弹簧(3)，然后将密封圈装入呈‘[’形的内壳(2)内并注意所述半圆弧R2端朝外，最后在所述半圆弧R2端的内壳(2)外扣嵌上呈‘]’形的外壳(1)并对外壳实施锁口以防内壳脱落出外壳，密封圈夹在外壳和内壳所形成的门字状中组成组合式密封装置，为维持密封圈的骨架刚度提供了有利保证，而斜竖支撑、斜唇两处与内圈的轴肩处接触，其防尘防污的效果更佳，减少了摩擦接触面积，降低了磨损。
文档编号F16C33/78GK102562817SQ20121004768
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者宋吉祥, 常煜璞, 张德颖, 王玉国, 邓志杰, 魏闯 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司