摘要: 針對某鏜床主軸密封不嚴問題，分析了產生原因，改進了氣體密封結構，將迷宮密封改為甩油環密封，阻止灰塵進入，防止潤滑油滲漏。改進后使用一段時間發現，密封性能明顯改善。
某公司一臺臥式鏜床，型號W200A，主軸直徑200 mm，最大加工孔直徑500 mm，加工孔長度1 600 mm，其主軸密封結構如圖1 所示。主軸與床身之間共設置4 道密封，由外向里第1 道密封是氣體密封，由主軸1 和主軸端蓋2 組成，通過壓縮空氣在主軸1 和主軸端蓋2 之間的縫隙內產生向外的氣簾，阻止灰塵進入; 第2 道是迷宮密封，由軸承壓蓋3 和迷宮密封環4 組成，利用流體在經過狹窄而曲折的迷宮時所產生的節流效應來實現密封目的; 第3 道是油溝密封，由主軸1 和軸承壓蓋3 組成，利用兩者之間的小間隙的節流效應產生密封作用; 第4 道是甩油環密封，由主軸1 和軸承壓蓋3 組成，利用主軸旋轉時產生離心力將流體甩出實現密封。密封的作用是對內防止潤滑油外泄，對外防止灰塵和鐵屑入內。該鏜床運轉多年，逐漸發現主軸端蓋附近有潤滑油滲漏，將軸承壓蓋拆開，檢查密封元件及潤滑油，發現存在灰塵和污垢。可見該鏜床主軸密封處存在密封不嚴問題。
圖1 主軸密封結構示意圖
1 、原因分析
該鏜床出現主軸密封不嚴現象，其原因有兩個:其一是機床使用多年，密封元件有磨損，導致密封不嚴; 其二是原密封結構設計上存在先天不足，影響密封效果。
第1 道氣體密封由主軸1 和主軸端蓋2 組成，主軸端蓋上設一個徑向孔，內圓設一道環形槽，氣體通過徑向孔進入環形槽，形成環形氣流，向外噴出，阻止外界灰塵進入。由于徑向孔僅為一個，在孔的附近氣流壓力較大，而遠離徑向孔之處，氣流壓力較小，這樣就存在氣流壓力小的部位密封效果較差的現象，主軸直徑越大，弊端越嚴重。
第2 道迷宮密封是單道迷宮密封，迷宮數量與密封效果有關，迷宮數量越少，密封效果越差。
2 、改進設計
組成主軸密封的元件有主軸、軸承壓蓋、主軸端蓋和迷宮密封環等。主軸結構不易改動，僅對軸承壓蓋、主軸端蓋和迷宮密封環等零件進行改進設計。改進設計后的主軸密封結構如圖2 所示。對第1道氣體密封進行改進，對主軸端蓋2 進行結構改進。主軸端蓋是組成氣體密封的元件，在主軸端蓋的內圓和外圓上各加工一個環形槽，對應環槽加工若干個徑向孔，氣體首先進入外環槽，再由徑向孔進入內環槽，在內環槽里環向形成多個氣源，流動的氣體壓力基本均勻，可以保證主軸在整個圓周方向都具有良好的密封效果。所有徑向孔的尾端向外傾斜一個角度，增強氣流向外噴出的效果。
圖2 改進后主軸密封結構示意圖
第2 道密封由原迷宮密封改為甩油環密封，對原迷宮密封環4 進行結構改進，改成甩油環4，外圓加工3 道不等邊鋸齒形環槽用于甩油，鋸齒的方向與潤滑油流動方向相反，不等邊鋸齒形環槽，在將流體甩出時，具有導向功能，阻止潤滑油向外流動，防止潤滑油向外滲漏，強化密封效果。
第3 道密封和第4 道密封的密封結構涉及主軸結構，故不進行改動。
3 、結束語
分析主軸密封存在的問題，對密封元件進行改進，在主軸端蓋上增加若干個徑向孔，保證氣流壓力均勻，增強氣流向外噴出能力，獲得較好的氣體密封效果; 將原迷宮密封改為由不等邊鋸齒形環槽組成的甩油環密封，利用不等邊鋸齒形環槽的導向功能，阻止潤滑油向外滲漏，使密封性能進一步改善。改進后的密封結構簡單、易加工，不涉及外部系統，不涉及主軸的變化。改進后，使用一段時間檢查發現，滲油現象消失，軸承潤滑油比較清潔，可見密封性能明顯改善。
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