摘要：针对重汽传动轴用轴承，提出一种新型的复合密封结构，并在此基础上进行抗泥浆性能实验。试验证明，该复合的密封是有效的，可以确保在严酷的工作条件下，轴承的工作稳定。
关键词：汽车轴承；深沟球轴承；密封结构；设计；试验
前言
轴承是汽车传动轴系统的关键部件，它的工作特性直接关系到汽车的运行稳定性。其中，密封失效是影响此类轴承服役寿命的重要原因。针对这种情况，对用于汽车传动轴的轴承在严酷的工作条件下，进行抗泥密封的设计。通过大批量生产，证明该轴承的密封性能优良，达到实际应用的要求。
一、汽车轴承的密封结构
（一）防尘盖
传统的防尘盖板是由钢板冲压型而成,且缝隙很小,一般称之为无接触密封。由于中间有空隙,所以不能很好的密封。
（二）密封环
为了实现理想的密封效果,与动圈的组合通常有非接触、轻接触、接触等结构。其中，非接触：密封环与动圈之间留有一段距离,以达到不发生摩擦力,避免油液泄露及外界材料渗入的作用；轻接触：密封环与动圈的轻微接触,可以同时达到减少摩擦力和密封性的2个作用；接触：依据工作条件和用户需求,密封环与动圈的接触形式有很多,目标都是为了达到更好的密封效果,确保轴承的使用寿命,但是还要考虑到适当的摩擦扭矩。
（三）其它封口构造
由于车辆轴承极易被灰尘、水和外来物质等碰撞、冲击、侵入,严重影响了其使用寿命,因此需要对其进行结构改造,并通过仿真实验来验证其有效性。本文对汽车支承技术的发展趋势进行综述，从有关可以看出,在严酷的工作条件下,汽车轴承通常使用接触型密封,既可以避免油脂的泄露,也可以避免外界的杂质的侵入,如果有条件,也可以让其内部的气体排出。
二、泥浆两相流颗粒相的分析
（一）泥浆颗粒的基本物理参数
在泥浆环境测试中，不同厂家对泥浆的比例有不同的要求，一个典型的传动轴用轴承单体密封性测试用的泥沙比例为10%亚利桑那粉末，3.6%的氯化钠，0.9%的氯化钙，85.5%的水。其中，亚利桑那粉末以一种不可溶解的颗粒的形式出现在用于测试的泥浆中。在泥浆中，除了对固体粒子有较高的要求外，还需要更高的粒度分布。有关的国家标准对于亚利桑那粉末在密封测试中的粒度分布有着严格的要求，即粒子的粒度应该是0-176微米，而AC公司在1982年也对亚利桑那粉末的粒度进行严格的定义，AC公司利用里恩显微镜检测亚利桑那粉末颗粒的粒度。
（二）泥浆颗粒沉积的影响因素
当前，国内外学者已经开展大量的理论与实验研究，并利用理论公式的计算与实验的方法，得到固相颗粒沉积的主要原因有：颗粒粒径的大小、输送速度等。同样，在管输中，固相颗粒在管输中的沉降也不可避免地会受上述因素的影响。一方面，颗粒粒径,泥浆在管
底的沉降主要是由自重引起的。固相颗粒在输送过程中，受自重的影响，其在输送过程中会逐步向下沉降，达到完全沉降的目的。然而，颗粒的尺寸是影响其在管道中的沉积的最重要因素，大量的研究表明，随着颗粒尺寸的增大，其所受的重力作用也会增大，从而导致其在管道中的沉降。另一方面，输送速度。泥浆流速对固体颗粒在管道内的沉降具有重要影响，前期研究发现，随流速的增大，管道底部固相颗粒的沉降速率不变，甚至有减小的趋势。其中，将试验与数值模拟的结果进行比较，发现随着输送速率的提高，颗粒在管道中的沉降呈现出：颗粒在管道中的沉降呈现出先稳定后迅速上升的趋势。在运移速率超过5米/秒后，颗粒的沉降速率逐渐变慢；当颗粒直径为1微米时，在管底和管边两个方向上的沉降速率相差不大。
三、泥浆颗粒沉积量实验方案
（一）实验准备
在此基础上，设计一台用于测试汽车轴承密封圈整体密封性能的试验台。测试机器的泥浆入口导管的直径是32毫米。所传输的泥浆密度是1.060克/厘米，在全部泥浆中有32升的泥浆。在进行试验之前，必须对试验机器泥浆进口管进行清洁，而不对出泥管和泵内管进行
清洁，这样可以确保试验得到的沉降量就是进泥管中的沉降量。其中，在试验开始之前，多节管道放置在小型泥浆槽中。由于该多节管道与出水管道直接连接。因此，该管道的泥浆并不通过小泥塘，因此在小泥塘中不会形成淤积。
（二）实验过程
为了确保试验结果的精确度，在每一次测定泥浆颗粒量之前，都要先将淤泥清理干净，这样就不会影响到泥浆流量的测定。一方面，泥浆颗粒沉积量测量实验过程：启动试验机，每隔两分钟从大泥浆池中取一杯泥浆，为避免因读取而引起的错误，将抽取的泥浆一次测定10次，将10次读取结果的平均值即为抽取的泥浆浓度。若三次泥浆的平均浓度相同，则表示大泥槽内的泥浆浓度已趋于稳定，输液管道中的泥浆浓度已达最大，这时应关掉测试装置，停止测试。另一方面，泥浆流量测量实验过程：在泥浆输送系统中，泥浆的流速都是一致的，因此，在泥浆中，采用多根泥浆的流速来检测钻井液的流速。把泥浆管从小型泥池上拆下来，把一只桶放在小型泥池出水口的下面，以避免泥池里的泥浆四溢。再次起动测试仪，当小型泥浆池的水口有泥浆流出来后，将量筒放入出水口下抽取泥浆，并打开量筒，在量筒快要装的时候，快速收回量筒，并关掉计时器，最后关掉计时器。将量筒放
置一定的时间，当浆液在量筒内壁表面降到一定的水平时，读取浆液的容积，并做好数据记录。通过试验，对泥浆流动与泥浆颗粒沉降之间的关系进行研究。其中，泥浆颗粒沉积量，每次测完一组泥浆流量与泥浆颗粒沉积量，都需要清理进泥浆管道中沉积的泥浆，之后将大泥浆池中的泥浆密度调整到1.0600 g/cm3，泥浆容量调整到32 L。
四、复合密封结构的设计及试验
重汽传动轴用轴承是一种用于汽车底盘传动轴上的新型深沟轴承，由于其工况苛刻，对其密封性提出了更高的要求，需要对其进行特殊的密封性设计。
（一）设计要点
密封圈采用复合密封结构图1，密封圈骨架和密封圈橡胶体（包括密封唇1、密封唇2、密封唇3）组成上外密封圈，密封圈骨架与外圈线段1过盈和密封唇3与线段1过盈，双项过盈彻底防止外界异物进入轴承内部。
密封唇1与上内密封圈过盈，上内密封圈、密封唇1与密封唇2形成密封空间，润滑脂储存在该空间内，防止外界异物进入轴承内部，并防止轴承内部油脂流出。
图1 复合密封结构图
（二）有限元分析
汽车碳纤维 通过有限元分析图2，适当调整密封圈唇口与上内密封圈的接触处的压力和接触宽度，从而来调整密封圈的过盈量，使其轴承满足相关试验要求。
图2 密封圈有限元分析图
（三）试验步骤
实验过程为：室温下，不喷泥水，转速750rpm，时间40分钟；喷泥水，转速200rpm，时间5分钟；不喷泥水，转速0rpm，时间20分钟。以上为一个循环，总循环150次停止试验。
（四）试验结果和分析
结果表明，在162.5小时试验完毕后，该轴承依然可以正常运行，之后将其拆卸并进行检验，目测无进水，轴承外圈沟道表面和内圈沟道表面以及钢球均未受到侵蚀;密封圈、保持架完好，润滑脂未乳化现象。
结语
本复合密封结构设计合理，性能优良，经过长期的抗泥浆试验，轴承没有被腐蚀，没有被破坏，也没有出现明显的乳化油损失，并且能够正常工作。并在重汽传动轴上进行大量的试验，取得良好的效果。
参考文献
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