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1、 13. 軸承密封軸承密封 軸承密封目的在於防止軸承部位內潤滑劑的外漏， 以及防止外部的灰塵、水分、異物等有害物體侵入軸承 內部，使得軸承可以在所要求的條件狀態下，安全而持 久地運轉。為達此目的所作裝置的總稱，即軸承密封裝 置。密封裝置對維持軸承的運轉性能、與耐久性方面， 負有很大的任務。滑脂潤滑的密封來得較容易，油潤滑 的密封則較困難。密封裝置也可以採用密封軸承之形式。 13.1 密封軸承密封軸承 下列情況時，可優先考慮選擇預作充填滑脂的密封 軸承。 (1) 不要求軸承作永久運轉。 (2) 中低轉速、負荷、溫度的運轉條件下。 (3) 要求低的生產成本。 (4) 添加潤滑劑有困難的部位，或以後
2、不必再添加潤滑 劑者。 使用此類軸承，軸承殼(箱)及其密封設計得以簡單 化，大大降低製造成本；使用條件不苛刻時，甚至可作 相當長時間的運轉，已廣為家電、車輛、馬達等業界所 採用。表 13-1 為常見的三種密封軸承種類及其說明。 13.2 密封裝置密封裝置 密封裝置要在所有各種運轉條件下，不論是運轉或 停止中，都要充分發揮它防塵、密封的功能，並且要摩 擦小不致引起異常的磨耗、摩擦熱、燒熔，而且組立、 分解裝置要簡便容易，能夠容許一定程度軸的誤差、偏 心等，並具優良的耐久性、具價格競爭性。事實上，密 封裝置要完全能滿足這些條件極不可能；唯有針對各別 的用途所需，慎選最適形式的密封裝置。 選擇密封裝
3、置時須考慮因素有：潤滑劑的種類(滑脂 或油)、密封部位周速、軸的安裝誤差量、容許空間、密 封唇的摩擦及摩擦溫升、經濟性等。在滾動軸承的密封 裝置大致可分為非接觸型密封和接觸型密封。 13.2.1 非接觸式密封裝置非接觸式密封裝置 非接觸式密封裝置是利用小間隙或離心力來達到密 封的方式，有油溝、甩油圈、曲折填封等；由於幾乎沒 有摩擦，因此溫升小且不生磨損，適合於高速迴轉的密 封裝置。非接觸式密封裝置常用方式如表 13-2 所示。 13.2.2 接觸式密封裝置接觸式密封裝置 接觸式密封裝置的密封方式，是以彈性體施加一定 的接觸壓力在滑動面上，來達到密封效果。一般接觸式 密封裝置相對於非接觸式，有較
4、佳的密封效果，但是摩 擦轉矩和溫升，卻也相對較高。接觸式密封裝置種類甚 多，常見者摘要說明如表 13-3 所示。 表表 13-1 密封軸承種類及其說明密封軸承種類及其說明 記號 型 式 及 圖 樣 說 明 Z ZZ SHIELD 金屬板嵌入外環 內環上有 V 型溝與遮蓋形成氣巢或滑脂巢，增加曲折填封(Labyrinth)效果； 屬非接觸式 低摩擦轉矩 容許轉速同開放型 一般防塵用、防水性差、耐溫較高，容許溫度視滑脂而定 LB LLB SEAL 金屬板膠合合成橡膠，固定在外環，有較佳的密封效果。 密封板唇片兩邊弧形中凹表面，與內環 V 型溝構成特殊的曲折填封效果 屬非接觸式 低摩擦轉矩 防塵性比
5、 ZZ 佳、防水性差 一般材質容許溫為度-25120oC LU LLU SEAL 金屬板膠合合成橡膠，固定在外環，有較佳的密封效果。 密封板有兩唇片，內唇片與內環 V 型溝內側接觸，外唇片與 V 型溝另側保持很 小之間隙，形成曲折填封 屬接觸式 摩擦轉矩稍高些 防塵性優、防水性好 一般材質容許溫為度-25110oC LH LLH SEAL 金屬板膠合合成橡膠，固定在外環，有較佳的密封效果。 密封板有兩唇片，內唇片與內環 V 型溝內側接觸，外唇片與 V 型溝另側保持很 小之間隙，形成曲折填封，特殊唇部設計 屬接觸式 摩擦轉矩比 LLU 低許多 防塵性比 LLB 好許多、防水性好 一般材質容許溫為
6、度-25120oC 註：1.除 Z、ZZ 為世界通行記號外，餘皆依製造商別而會有不同的記號 2.遮蓋及密封板之容許轉速參考尺寸表 表表 13-2 非接觸式密封裝置非接觸式密封裝置 密封裝置 圖例 說明 間 隙 密 封間 隙 密 封 (Clearance Seal) 此密封裝置為最簡單形式，即在徑向減小間隙，使之形成密封。適於滑脂潤滑，周圍環 境乾燥的條件下使用。 油溝油溝(Oil Groove Seal) 將數條同心油溝加工在軸或軸承殼(箱)的一方或兩方，來完成密封作用；滑脂潤滑時，在 溝部填塞滑脂，則有防止外部異物侵入的效果。 橫軸油潤滑之情況下 ， 在軸外徑或軸承殼(箱)內徑的一方加工與軸
7、迴轉方向相反的螺旋狀 油溝，可使在軸上的油流回軸承殼(箱)內；這對一定迴轉方向的轉軸，在防止油漏出方面相當 有效，但要配上適當的密封防塵裝置，否則會有外部異物入侵之虞。 油溝密封等的非接觸式密封裝置，軸與軸承殼(箱)間的間隙愈小，則密封效果愈好；但是 考慮到加工、裝配等的可能誤差，以及軸的變形等問題，通常其間隙依下表製作即可。 油溝密封裝置的間隙油溝密封裝置的間隙 軸 徑 間 隙 (單位 mm) 超 過 以 下 - 50 0.20 0.40 50 200 0.50 1.00 曲折填封曲折填封 (Labyrinth) a. 軸向軸向曲折密封曲折密封 曲折密封的密封方法是以多段曲折通道，增長通路以
8、提高密封效果，主要使用於滑脂潤 滑，如左圖。圖 a 是曲折通路由軸向組合凹凸形成的曲折密封，使用在整體型軸承殼(箱)。在 圖 b 是在徑向組合凹凸形成的曲折密封，此法必須將軸承殼(箱)或蓋子一分為二，做成兩半合 殼蓋之必要，密封效果較軸向曲折密封佳，使用在分割型軸承殼(箱)。圖 c 是自動對位滾子軸 承的軸承殼(箱)兩半合情形，為避免調心軸傾斜時，軸側與軸承殼(箱)側凹凸部的相接觸，而 將曲折通路加工成傾斜狀構造。 曲折填封一般是適用於高速迴轉的密封裝置，但在低速情形下，在曲折通道內填入滑 脂，將更可提高防止外部水份、塵埃侵入的效果，如能設置給脂油嘴可就更方便。 曲折填封等的非接觸式密封裝置，
9、軸與軸承殼(箱)間的間隙愈小，則密封效果愈好；但 是考慮到加工、裝配等的可能誤差，以及軸的變形等問題，通常其徑向間隙及軸向間隙，依 下表製作即可。 曲折密封裝置的間隙曲折密封裝置的間隙 軸 徑 曲 折 間 隙 單位 mm 超 過 以 下 徑 向 間 隙 軸 向 間 隙 - 50 0.20 0.40 1 2 50 200 0.50 1.00 3 5 b. 徑向徑向曲折密封曲折密封 c. 對位型曲折密封對位型曲折密封 甩油圈甩油圈 (Slinger) a. 套筒甩油圏套筒甩油圏 甩油圈是利用離心力甩油，來達到防止漏油與防塵的目的。如左圖所示油潤滑時，藉 著套筒(Sleeve)上的凸出設置，軸迴轉時
10、離心力將沿著套筒要流出的油甩落，再經過油道回到 油池；注意油道的開口，以設置在油面下為佳。 左圖 b 也是利用甩油圏的離心力防止漏油，左圖將甩油圈設置在外側，可達到防止外 部塵埃侵入的很好效果；但因甩油圈的離心力作用，會將內部的潤滑油吸出之虞，因此要注 意配合使用其他適當的密封裝置。 b. 內甩油圏內甩油圏 c. 外甩油圏外甩油圏 表表 13-3 接觸式密封裝置接觸式密封裝置 密封裝置例 說明 Z 型滑脂密封型滑脂密封 Z 形滑脂密封(左圖)為最簡單的接觸式密封裝置，主要適用於滑脂潤滑，可以達到 細小塵埃的防塵作用，Z 形狀可增強密封效果，避免油滲入或是流出。 V 型 環 密 封型 環 密 封
11、 左圖為 V 形環的使用例，滑脂潤滑、油潤滑均可使用。V 形環的唇片接觸著端面， 運轉時可以容許較大的端面橫向偏擺；其接觸壓力低、唇的磨耗小，所以也適用於高 速的場合。但周速超過 12m/s 以上時，因離心力關係密封環(Seal Ring)的干涉量會變低 有不足之虞，宜採用束緊帶(Clamping Band)固定之。V 形環的材質一般使用硝化樹脂， 利用其彈性能適用於某相當範圍的軸徑，是其特點。 油封密封油封密封 (a) (b) 所謂油封係其與軸接觸合成橡膠等彈性體的唇片(lip) ， 靠著接觸壓力將之間的滑動 部密封起來，是最廣為使用密封效果極佳的密封裝置。油封的形式頗多，有唇片上方 套以環
12、狀彈簧圈，以保持適當的接觸壓力，也可容許一定程度的軸偏轉，唇片會隨著 軸而偏轉，有很高的密封效果。 油封唇片的方向隨使用目的而異，如係防止外部的流體及異物侵入者，唇片的方 向就要向外如左圖 a 一般；如要防止軸承殼(箱)內潤滑劑的洩漏，就如左圖 b 所示唇 片的方向朝內。此外為了同時具有防止洩漏與防塵目的，有時也會使用具有兩個以上 唇片形式的油封。 油封唇片的材料根據使用條件有硝 化 樹 脂 (Nitrile Gum)、丙 烯 類 樹 脂 (Acrylic Gum)、氟 化 樹 脂 (Fluoric Gum)和四 氟 化 乙 烯 樹 脂 等 。 接觸型密封材料採用有彈性的合成樹脂材料，因不 同
13、密封形式、材料種類而有不同使用溫度範圍，且其容 許周速會因為滑動面的表面粗度、精度、潤滑、使用溫 度等不同而異，大致參考值如表 13-4 所示。 表 13-5 所示為與密封唇接觸的軸外徑滑動面的表面 粗度參考值。為提高軸的耐磨性能，須經熱處理、硬質 鍍鉻等處理，表面硬度至少要 HRC40 以上，如有可能 HRC55 以上更佳。 13.2.3 組合式密封裝置組合式密封裝置 上述各種密封裝置各有其特徵，然亦可組合併用效 果則更好。特別是在灰塵、水分很多的環境，或不允許 潤滑油洩漏的場合，可在以防止潤滑劑洩漏為主的密封 裝置外側，再使用防塵裝置為佳。圖 13-1 為曲折填封和 油溝甩油圈的組合；圖
14、13-2 為接觸式和非接觸式密封裝 置組合之例。 周速(m/s) 表面粗度 Ra Rmax 5 0.8a 3.2s 510 0.4a 1.6s 10 0.2a 0.8s 表表 13-5 軸的表面粗度軸的表面粗度 表表 13-4 不同密封形式不同密封形式/材料之容許周速材料之容許周速/使用溫度使用溫度 密 封 形 式 材 料 容 許 周 速 m/s 60000 (r/min)(mm) (m/s) nd V 使 用 溫 度 範 圍 油 密 封 硝 化 樹 脂 (Nitrile Gum) 丙 烯 類 樹 脂 (Acrylic Gum) 氟 化 樹 脂 (Fluoric Gum) 16 26 32 -25 +120 -15 +150 -30 +200 Z 型 密 封 硝 化 樹 脂 (Nitrile Gum) 6 -25 +120 V 型 環 密 封 硝 化 樹 脂 (Nitrile Gum) 40 -25 +120 圖圖 13-1 曲折填封和油溝甩油圈曲折填封和油溝甩油圈的組合例的組合例 圖圖 13-2 接觸與非接觸式密封裝置接觸與非接觸式密封裝置組合例組合例
