王能志，林丽红
（台州耀江轴承有限公司，浙江台州 318058）
摘 要：针对汽车硅油风扇离合器轴承特殊的防漏硅油密封性能，结合原有汽车轴承密封结构，设计了一种新的利用硅油工作压力具有自锁功能的接触式双唇密封结构，并对新设计的DC6204-2RSL汽车硅油风扇离合器轴承进行了漏脂、防尘、动静态条件下的漏硅油密封性能试验。结果表明，新的密封结构可以有效地防止硅油在动、静态条件下从密封圈处漏出，满足汽车硅油离合器的使用性能要求。
关键词：滚动轴承；硅油风扇离合器；密封；结构；性能
汽车硅油风扇离合器是国家推广的汽车节能、环保产品，采用硅油作为介质，利用硅油高黏度的特性传递扭矩，同时也是高速汽车发动机经常采用的一种液力减速器，通过温度传感器自动控制离合器的分离和接合，随着发动机循环水的温度变化而自动调节冷却风扇的转速，保证发动机始终在Z佳热工况下运转。装有硅油风扇离合器的汽车，在节约能源、降低噪声、改善发动机冷启动性能、延长发动机及风扇的寿命，提高整车动力特性等方面有显著效果。但由于轴承的动态密封性能不稳定，会使传递扭矩的介质硅油泄漏，导致风扇离合器性能失效而造成发动机损坏。由于风扇离合器是不可拆卸的总成，轴承无法更换，只要出现硅油泄漏现象，其性能就会改变，很快就会造成产品性能完全失效，严重影响了节能新产品在国产汽车上的推广使用[1]。本文设计了一种新的利用硅油工作压力具有自锁功能的接触式双唇密封圈结构，并对使用该新密封结构的轴承DC6204-2RSL进行了漏脂防尘密封性能试验。
1 轴承工况与密封性能要求
1.1轴承工况
（1）轴承装入硅油风扇离合器总成后，其一侧密封圈与带有压力的硅油直接接触，另一侧密封圈与空气接触。
（2）硅油风扇离合器工作时，转速一般为3000～5600r/min。
（3）硅油黏度为3×10-3m2/s（硅油BYll-106）。
（4）当硅油风扇离合器前端的气流温度达到60～65℃时，硅油从贮油腔进入工作腔，此时硅油风扇离合器处于接合状态。
1.2密封性能要求
（1）在高温、高速下的高密封性能要求。
（2）在高、低温条件下，轴承密封圈不能出现老化、龟裂及油脂渗漏现象。
（3）在静态条件下，轴承试验温度为120℃，不允许有任何的硅油泄漏现象。
（4）在动态条件下，轴承试验温度为120℃，外圈固定，内圈以6000r/min旋转，不允许有任何的硅油泄漏现象。
2 密封结构的设计
由于汽车硅油风扇离合器用轴承使用工况特殊，即要适应高温、高速情况，满足常规汽车轴承要求的防尘、防漏脂效果，又由于该轴承一侧密封圈和硅油直接接触，且在工作时，要求硅油不能从轴承密封圈处漏出离合器总成，造成离合器总成失效（按照现行的密封设计很难满足这两方面的要求）。
硅油主要是从密封圈与外圈防尘槽配合处和与内圈防尘槽配合处泄漏。密封圈与外圈防尘槽配合径向压缩式密封，采用过盈配合，过盈量比一般密封圈大，一般采用0.20～0.30mm，再通过密封圈外唇口弹性槽的自动调整，与外圈防尘槽产生轴向过盈，所以硅油很难从该处配合接触泄漏。
故密封圈内唇口与内圈防尘槽的密封结构设计是保证汽车硅油风扇离合器轴承密封性能的关键。
为此，在结合原有汽车发电机轴承用多唇口迷宫式密封结构的基础上，通过利用硅油的工作压力使密封圈内唇与内圈防尘槽接触更紧密，设计了一种具有白锁功能的接触式双唇密封结构（图1）。
l.外唇口；2.内唇口；3.防尘槽密封斜面
图 1双唇密封结构
在图1的密封结构中，外唇口是该密封结构的关键，外唇口与防尘槽密封斜面为接触式结构，起到正常的防尘和防漏脂效果，当密封圈外侧有硅油工作压力时，利用硅油工作压力，使外唇口与防尘槽密封斜面紧密接触，保证硅油不从此处漏出，而且硅油工作压力越大，接触量越大，防漏效果越好。密封圈受硅油工作压力时密封结构如图2所示。为保证有较好的压力接触，防尘槽密封斜面的角度很关键，角度太小，压力接触大，对密封圈耐磨性不利且会提高轴承自身发热；角度太大，压力接触小，不利于利用硅油压力进行自锁防漏硅油，根据试验一般该角度采用25°～35°。另外，为提高密封圈耐磨性能，防尘槽密封斜面采用磨削精加工方式，使表面粗糙度Ra≤0.8μm，并严格控制内圈防尘槽尺寸公差。内唇口可防止轴承内部润滑脂直接向外漏出，起到导向润滑脂流动的作用[2]。
图2 受硅油工作压力时密封结构
3 密封圈材料和油脂的选择
硅油风扇离合器从60-65℃时开始工作，由于其安装在发动机旁，受外界环境温度和发动机发热与散热条件的影响，再加上轴承工作时自身发热，工作时轴承温度将达130～150℃。普通的丁腈橡胶Z高耐温为120℃，达不到轴承使用工况要求，而且密封圈要求高耐磨性，所以一般采用氟橡胶；但是氟橡胶制造工艺复杂，价格太高，故部分产品中采用聚丙稀酸脂橡胶材料。
对于汽车硅油风扇离合器轴承用润滑脂，不但要求耐高温、高速、寿命长，还必须考虑油脂和工作硅油的相容性问题，虽然密封圈可以防止硅油从内、外圈防尘槽与密封圈唇口接触处漏出，但是也可能有极少硅油渗透到轴承内部，故选择信越化学硅基润滑脂G40M。
4 密封性能试验
4.1漏脂防尘密封性能试验
为验证新设计的密封结构能否满足常规汽车轴承要求的防尘、防漏脂效果，按照现行行业标准规定的试验方法[3]，漏脂和防尘性能试验转速都为6000r/min，轴承试验温度为120℃，漏脂性能试验在BGT-1型漏脂温升试验机上进行测试，防尘性能试验在BGT-1A型防尘试验机上进行测试。以下为新开发设计的DC6204-2RSL汽车硅油风扇离合器轴承的密封性能试验数据，表1为漏脂试验数据；表2为防尘试验数据。结果表明，新设计的密封结构在漏脂和防尘效果上与常规密封结构具有同样的效果。
表1 DC6204-2RSL轴承漏脂试验
表2 DC6204-2RSL轴承防尘试验
4.2漏硅油密封性能试验
4.2.1试验流程
先将试验轴承进行高、低温密封性能试验，然后再将经过高、低温密封性能试验合格的产品再分别单独进行静、动态漏硅油密封性能试验。
4.2.2高、低温密封性能试验
将轴承置于（-35±5）℃低温箱内1h，然后在（25±5）℃室温下放置1h，再放置到（155±5）℃高温箱内1h，Z后在（25±5）℃室温下放置1h为一个循环。共进行20个循环，检查密封圈是否出现老化、龟裂及油脂渗漏，然后将试验合格的轴承再进行静态和动态漏硅油密封性能试验。
4.2.3静态漏硅油密封性能试验
将经过以上高、低温密封性能试验合格的轴承外径水平装配在自制试验机壳体内，内径采用尼龙密封塞塞紧，防止硅油从内径处漏出，然后将试验机壳水平放置在试验台架上，硅油注入到试验机壳内，试验机壳内硅油深度为200mm，使试验轴承一侧密封圈直接接触硅油，另一侧暴露在空气中，以方便观测硅油是否外漏。轴承试验温度为120℃，试验24h后将硅油倒出，取出轴承，用120#清洁汽油擦拭与硅油直接接触的轴承密封圈表面，测量轴承质量。对试验前、后的轴承进行称重比较，变化量应不大于0.10g；试验过程中观察和空气接触的密封圈，目测轴承密封圈表面不应有硅油漏出现象。试验结果（表3）说明，轴承在静态下防漏硅油密封性能合格。
表3 DC6204-2RSL轴承静态漏硅油试验
4.2.4动态漏硅油密封性能试验
使用与静态试验同样方法装配试验轴承，使试验轴承一侧密封圈直接接触硅油，另一侧暴露在空气中，不同的是将与内径配合的尼龙密封塞更换为与试验台架下电机连接的连接驱动轴，机壳内硅油深度同样为200mm，试验温度也为120℃，轴承转速为6000r/min，试验6h后将硅油倒出，取出轴承，用120#清洁汽油擦拭与硅油直接接触的轴承密封圈表面，测量轴承质量。对试验前、后的轴承进行称重比较，变化量应不大于0.10g；试验过程中观察和空气接触的密封圈，目测轴承密封圈表面不应有硅油漏出现象。试验结果（表4）说明，轴承在动态条件下防漏硅油密封性能合格。
表4 DC6204-2RSL轴承动态漏硅油试验
5 结束语
根据以上DC6204-2RSL汽车硅油风扇离合器轴承试验结果可知，新设计的具有自锁功能的接触式双唇密封结构不但能满足常规汽车轴承对漏脂防尘密封性能要求，而且还解决了一般密封结构不能解决的防漏硅油密封性能，很好地解决了因轴承密封圈处漏硅油而使汽车硅油风扇离合器总成失效的问题，极大地提高了汽车硅油风扇离合器性能指标。
参考文献：
[1]章鸿.汽车风扇离合器失效原因分析与控制[J].汽车工艺与材料，2000（4）：43-44.
[2]王能志，林丽红，李建华.密封间隙和长度对深沟球轴承密封性能的影响[J].轴承，2006（4）：22-24.
[3]JB/T8571-2008，滚动轴承密封深沟球轴承防尘、漏脂、温升性能试验规程[s].
来源：《轴承》2009年6期
