王钢
（大连机床集团自动化装备所，辽宁大连 116033）
随着机床行业的快速发展，越来越多的组合机床及加工中心努力使主轴高速化，而且为提高自动化及刀具的耐用度，大都采用外部大流量冷却。这样就对主轴密封结构提出了新的要求。密封装置的主要目的是防止外部水分、切屑、尘埃等物质侵入轴承，并保证轴承内部润滑剂不发生泄露，同时还要考虑安装维修的快捷与方便。在轴承样本中，对轴承的密封都做了介绍，本文不再赘述。在这里只介绍三种新的主轴密封形式。
1 V形密封圈密封
V形密封圈是一种轴向作用的弹性橡胶圈，用作转轴无压密封。它由本体、密封唇、颈部三部分组成。
工作原理：V型密封圈借助弹性可靠地抱紧在相配零件上；锥形密封唇在轴向与垂直于轴线零件的表面相接触，可补偿转轴的微量角度偏移；颈部在本体和密封唇之间起到形似弹簧连接的作用，它可使密封唇对接触表面产生轻微的压力，从而形成可靠的密封（见图1）。
特性：和一般的油封不同，V形密封圈形成轴向密封作用。密封唇有较好的弹性，可补偿相配件较大的公差和转轴所产生的角度偏差。
主要优点：
1）对于工作条件相对较好的情况（如对润滑油及润滑脂的密封），可以降低与密封圈相配零件密封表面的质量或对轴硬度的要求；密封表面可以不必淬硬，减少加工工序。
2）安装简便。不要求特殊的准备工作，不需要安装倒角，也不需其它结构措施。安装时，V形圈可拉长达20%，将之装到相配零件上。
3）由于密封表面不在轴上，对轴没有磨损，从而延长轴的寿命。
4）摩擦力小，摩擦损失小，寿命长。密封唇很小的接触压力确保有很小的磨擦损失。启动转矩要比径向油封的值小的多。
5）可适用于高速，密封接触点Z高线速度可达40m/s。
由于使用方便和工作可靠，以及所需的设计工作量小，使V形密封圈的应用领域十分广泛，它可用于防尘，防污，防油脂，防溅油、水和其它介质。在一些特殊场合，也可用作静止部件上的密封。
2 GMN无接触密封圈密封
这是由德国GMN公司生产的一种新型密封圈。它Z大的优点就是在高速情况下密封情况良好，而安装却十分方便。这种密封圈可用于多种条件甚至高温和高速下，通常我们只需考虑密封圈铝制外环所容许的Z高温度（170℃），而对于轴和内环温度则可以更高。
工作原理：它是由高精度的钢制内环和铝制外环通过特殊的生产工艺（已获专利），使之成为具有迷宫形式，在高速旋转时产生离心力将水分、切屑、尘埃等物质甩到排泄油沟中来实现密封的（见图2）。
特性：它是一种径向密封，内外环无接触，而且内外环是不可分的，突破传统接触密封的原理，尤其适合大直径、高转速的主轴密封。
主要优点：
1）结构紧凑，其外型尺寸等于或类似于轴承或接触密封圈。可用于内环和/ 或外环旋转。
2）由于无接触，因此无由密封所引起的磨损和发热，无磨擦所引起的功率损耗。
3）由于无接触，因此无需维修和更换，寿命长。
4）安装方便经济，对轴和孔要求的公差带很宽，对相配零件没有热处理及磨削要求，减少加工工时。
5）由于是金属材质，可应用于环境温度170℃的高温，速度可以达到50m/s。
下面就接触密封圈与无接触密封圈做一下比较：
3 密封圈与气密封结合使用的密封
对于大多数组合机床来说，许多工序是钻孔和攻丝，其主轴直径一般不大，线速度也不会很高，这就使得此类主轴使用接触密封圈成为可能。这样不仅能够满足使用上的要求，而且大大降低费用，非常经济。但对于只使用单层接触密封圈来说，很难使外部的冷却水和污物不进入到箱体内。对于无大流量冷却排屑的主轴，一般采用双唇密封圈就可以很好的解决问题。
而对于大流量冷却冲屑的主轴，经常发生冷却液进入到主轴箱体内部，这是我们所不愿看到的。为此，我们采用了双层密封圈与气密封相结合的使用方法，以使结构更为可靠。
工作原理：在两层密封圈之间加入压缩空气，形成气腔，气腔中气体的压力大于外部压力，保证了外界的冷却液和铁屑及其它杂质不会进入箱体内，而实现密封（见图3）。还可以避免由于虹吸现象而使杂质渗入到箱体内部。
另外，由于气源中不可避免的会夹杂着水分，所以在两层密封圈之间应开一个排泄口，保证水分能够及时的排出。对于使用双层密封圈，发热量会增大很多，因此需要对轴径加以控制，具体数值如图3所示。
特性：对于线速度低的主轴可以采用双层接触密封圈及气密封来防止冷却液和铁屑的进入。比较经济，易于实现。
综上所述，主轴的密封有各种各样的方法，如何选用，需要与具体实际情况结合起来。对于镗、铣类主轴，由于线速度非常高，宜采用GMN密封圈密封，既保证了密封效果，又不会引起高的温升，但其缺点是价格相对较贵，而且需要进口，周期较长。对于钻、 扩、铰和攻丝类主轴，就可以采用双层密封圈和气密封结合使用，其优点是价格便宜，易于实现，密封效果也比较好。如果在一个主轴箱中使用了两种润滑脂（油和油脂），就可以考虑使用V形密封圈来密封。这几种密封形式都已经具体应用在实践中，并能够很好的满足使用要求。
来源：《组合机床与自动化加工技术》2002年04期
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