汽车发电机轴承密封性能的分析与改进

摘要：汽车行车安全及速度的提高与自身发电机有着莫大的关系，而发电机则受到了其轴承密封性能的影响。基于此，本文就提高汽车发电机轴承密封性能展开了几方面的工作；设计的主参数保证轴承工作过程中同样径向游隙时的较小轴向游隙；密封采用三唇两腔、动态补偿式结构；选用耐高低温、抗磨损的密封橡胶材料，以提高密封性能，满足寿命要求；材料采用性价比较高的专用耐高低温、长寿命脂；同时优化了加工工艺参数，制订了保证密封槽尺寸和形状的加工方法。

关键词：汽车发电机 轴承 密封性能

随着汽车性能的不断提高，对汽车发电机轴承的性能也提出了更高的要求。汽车发动机轴承具有高转速（最高工作转速已超过20000rpm）、变速变载、高低温环境、高密封性能以及低的启动和旋转力矩、长寿命、高可靠性等要求。

目前，国内汽车发电机轴承质量水平与国外先进水平相比还有较大距离，主要问题有，密封性能较差，产品寿命较低，可靠性不高，特别是批量生产时难以满足国内外高端客户的要求。国内较好企业生产的该类轴承寿命基本在8～12万公里，个别企业能达到14～16万公里，但与国外一流主机客户20万公里以上的要求差距很大，无法与国际知名轴承公司竞争。

汽车发电机的轴承密封性能的好坏对发电机的质量影响至关重要，而如何才能提高汽车发电机轴承的密封性能，已经成为了当前相关行业普遍关注的问题，并且也是一个十分棘手的难题。以6303-2RS1/C3LHT（2RZ）汽车发电机轴承为例，经过仔细研究分析后，在原有经验的基础上，对产品设计和加工工艺进行了改进，结合轴承沟道与内圈结构设计、套圈防尘槽加工、密封圈材料选择及油脂控制等，分析了提高汽车发动机轴承密封性能的一些有效方法，希望对相关行业有所借鉴。

1、轴承沟道与内圈结构设计

汽车发动机应满足高速、高温及高密封性能要求，为了实现这些要求，对6303-2RS1/C3LHT轴承沟道与内圈结构做了以下方面的改善设计考虑：

1.1 采用了当今国际知名公司流行的轴承套圈沟曲率半径、旋转中心径的设计方法，内圈沟道采用沟曲率系数宜较小，0.505即可；而外圈则采用沟曲率系数较大的沟道，比如说应达到0.530。按照这种考虑，除了能满足内圈和钢球的密合度要求，还能减少相关成品轴承的轴向窜动量。同时，能够降低噪声及机器功耗，减少钢球和滚道的磨损，提高轴承运转的稳定性；

1.2 在内圈的密封圈槽设计上可以采用V形槽结构，而密封圈则可以采用非接触多唇迷宫式。就目前来看，对于汽车发动机轴承是否满足密封性能设计的需求，甚至达到理想状态，主要还在于密封圈内唇和防尘槽之间是否配合。但是，传统的设计中，往往只是单纯考虑二者之一，而没有将两者有机配合进行考虑。不过，二者之间采用何种方式进行配合，依然是目前比较重要的一个问题，主要应根据轴承的工作环境需求来进行考虑。

如图1所示，属于非接触式密封结构示意图，从图中不难看出，其密封线路过短，密封圈内唇无法发挥出有效的阻尼作用，因此密封性能不足，防水性也较差，一般只能用于普通的电动机之上。为了使其能达到汽车发电机轴承密封性能的需求，将其进行了改进，改进之后的示意图如图2所示。可以看出，其采用的是非接触多唇迷宫式密封结构，这种情况和内圈密封线路都较长，加之密封线路较曲折，中间和内圈防尘槽止口处密封唇都形成了一些软点，在运转中油脂在此处会形成油膜，使得水与灰尘都很难进入其中。就算进入了少量的异物，中间的密封唇也可以起到一定的保护作用。

2、套圈防尘槽加工

汽车轴承套圈形状及尺寸稳定性对于轴承密封性能有着直接的影响，因此在加工中必须确保防尘槽形状及尺寸的稳定，采取相关措施加以解决，具体来说，应从以下几个方面进行：

2.1 加工防尘槽的工具采用成形刀，这种刀能有效控制好防尘槽的形状与尺寸。

2.2 利用先进的检测设备对防尘槽的形状及尺寸进行必要的检测，比如说投影仪器等，尺寸应采用随机多次抽检的形式进行检测。

2.3 在进行热处理前，应在内圈防尘槽止口径上预留一定的加工余量Δ，一般在0.015～0.025毫米之间。

2.4 热处理完成之后，还应进行必要的精加工，以此保证止口径的尺寸，详见图3。

3、密封圈材料选择

汽车的发电机安装在发动机旁，而发动机自身的温度一般在100度左右，因此发电机往往会受到发动机温度影响，加之其自身也会产生热量，这就使得汽车发电机工作温度一般在-40～110℃（正常工作温度上限便超过了100℃）。为了延长发电机使用寿命，就必须在密封圈材料上下功夫。对于普通的丁腈橡胶NRB、氟橡胶FPM与丙烯酸橡胶AEM而言，正常工作温度分别为-30～100℃、-30～250℃及-20～180℃。根据前述需求，采用普通丁腈橡胶明显达不到延长使用寿命的需求，但改性的丁腈橡胶如氢化丁腈橡胶HNBR的耐高温可达150℃；虽然氟橡胶耐温与耐磨，综合性能极好，可是其价格不菲；丙烯酸橡胶能满足及适应汽车发电机的高温工作需求，因此一般选择丙烯酸橡胶或改性的丁腈橡胶作为密封圈材料。

4、油脂的选择与控制

对于轴承油脂的控制而言，主要指的是对油脂的牌号、注脂量及注脂方式的控制。汽车自身性质所致，因此在选择发电机轴承时，应选择高温、高速且使用寿命长的油脂，比如说Kiuber Asonic GHY72；确定好了油脂的牌号之后，便是注脂，宜采用自动定量注脂机从两面注脂，以便保证两边油脂分布均匀；必须对每套轴承注脂后的量的分散度进行控制。

5、轴承密封性能试验

通过上述几个方面的分析改进后，又按照这样的方式进行了轴承密封性能的设计及改善工作，并取得一定的效果。如开发设计的6303-2RS1/C3LHT汽车发电机轴承相关密封性能的试验结果如表1～3所示；（漏脂试验数据、防漏水性能试验数据、防尘试验数据等，A～J表示试验轴承）