镗床主轴密封结构改进设计

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针对某镗床主轴密封不严问题，分析了产生原因，改进了气体密封结构，将迷宫密封改为甩油环密封，阻止灰尘进入，防止润滑油渗漏。改进后使用一段时间发现，密封性能明显改善。

某公司一台卧式镗床，型号W200A，主轴直径?200 mm，最大加工孔直径?500 mm，加工孔长度1 600 mm，其主轴密封结构如图1 所示。主轴与床身之间共设置4 道密封，由外向里第1 道密封是气体密封，由主轴1 和主轴端盖2 组成，通过压缩空气在主轴1 和主轴端盖2 之间的缝隙内产生向外的气帘，阻止灰尘进入; 第2 道是迷宫密封，由轴承压盖3 和迷宫密封环4 组成，利用流体在经过狭窄而曲折的迷宫时所产生的节流效应来实现密封目的; 第3 道是油沟密封，由主轴1 和轴承压盖3 组成，利用两者之间的小间隙的节流效应产生密封作用; 第4 道是甩油环密封，由主轴1 和轴承压盖3 组成，利用主轴旋转时产生离心力将流体甩出实现密封。密封的作用是对内防止润滑油外泄，对外防止灰尘和铁屑入内。该镗床运转多年，逐渐发现主轴端盖附近有润滑油渗漏，将轴承压盖拆开，检查密封元件及润滑油，发现存在灰尘和污垢。可见该镗床主轴密封处存在密封不严问题。

镗床主轴密封结构改进设计

图1 主轴密封结构示意图

1、原因分析

该镗床出现主轴密封不严现象，其原因有两个:其一是机床使用多年，密封元件有磨损，导致密封不严; 其二是原密封结构设计上存在先天不足，影响密封效果。

第1 道气体密封由主轴1 和主轴端盖2 组成，主轴端盖上设一个径向孔，内圆设一道环形槽，气体通过径向孔进入环形槽，形成环形气流，向外喷出，阻止外界灰尘进入。由于径向孔仅为一个，在孔的附近气流压力较大，而远离径向孔之处，气流压力较小，这样就存在气流压力小的部位密封效果较差的现象，主轴直径越大，弊端越严重。

第2 道迷宫密封是单道迷宫密封，迷宫数量与密封效果有关，迷宫数量越少，密封效果越差。

2、改进设计

组成主轴密封的元件有主轴、轴承压盖、主轴端盖和迷宫密封环等。主轴结构不易改动，仅对轴承压盖、主轴端盖和迷宫密封环等零件进行改进设计。改进设计后的主轴密封结构如图2 所示。对第1道气体密封进行改进，对主轴端盖2 进行结构改进。主轴端盖是组成气体密封的元件，在主轴端盖的内圆和外圆上各加工一个环形槽，对应环槽加工若干个径向孔，气体首先进入外环槽，再由径向孔进入内环槽，在内环槽里环向形成多个气源，流动的气体压力基本均匀，可以保证主轴在整个圆周方向都具有良好的密封效果。所有径向孔的尾端向外倾斜一个角度，增强气流向外喷出的效果。

镗床主轴密封结构改进设计

图2 改进后主轴密封结构示意图

第2 道密封由原迷宫密封改为甩油环密封，对原迷宫密封环4 进行结构改进，改成甩油环4，外圆加工3 道不等边锯齿形环槽用于甩油，锯齿的方向与润滑油流动方向相反，不等边锯齿形环槽，在将流体甩出时，具有导向功能，阻止润滑油向外流动，防止润滑油向外渗漏，强化密封效果。

第3 道密封和第4 道密封的密封结构涉及主轴结构，故不进行改动。

3、结束语

分析主轴密封存在的问题，对密封元件进行改进，在主轴端盖上增加若干个径向孔，保证气流压力均匀，增强气流向外喷出能力，获得较好的气体密封效果; 将原迷宫密封改为由不等边锯齿形环槽组成的甩油环密封，利用不等边锯齿形环槽的导向功能，阻止润滑油向外渗漏，使密封性能进一步改善。改进后的密封结构简单、易加工，不涉及外部系统，不涉及主轴的变化。改进后，使用一段时间检查发现，渗油现象消失，轴承润滑油比较清洁，可见密封性能明显改善。