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半轴油封是变速器上重要的密封元件,其使用工况较为复杂,因此半轴油封的渗漏成为变速器的常见故障之一.本文探讨了半轴油封的工作机理,介绍了一种渗漏故障的诊断分析程序,深入分析半轴油封的密封性能影响因素和渗漏故障的失效原因.采取有效的改进措施,从而解决半轴油封渗漏故障,对提升变速器的半轴油封密封性能有十分重要的意义.
变速器半轴油封的主要功能是防止变速器润滑油泄露,隔离内部润滑油与外界的接触,阻止外部异物进入变速器内部污染润滑油.半轴油封的应用环境较为复杂,需要耐高低温、抗异物、适应高速、振动等,并要求较长的使用寿命,这导致半轴油封渗漏故障率较高.本文针对某无级变速器半轴油封渗漏故障进行分析,并提出若干改进措施,旨在为提升半轴油封密封性能及产品品质提供一种思路.
油封的工作原理
变速器半轴油封是一种用在带有旋转轴的机械设备中用来密封液体或润滑脂的元件,又称为旋转轴唇形密封圈.通常轴是旋转的,外壳是静止的,其主要的密封性能体现在动态密封和静态密封上.动态密封通过旋转轴与油封密封唇口之间的过盈配合设计来实现,为了保证过盈量,从而实现密封的可靠性,减少因旋转轴的跳动带来的局部间隙,通常配合设计抱紧弹簧,使得油封始终紧贴在旋转轴上.静态密封则通过油封外圆与壳体内孔圆之间的过盈配合设计来实现,同时保证油封有效地装配在壳体上.
油封的工作原理是在轴旋转过程中,油封的主唇口和旋转轴接触区域之间产生一层具有一定厚度的流体动力膜,即“临界油膜”,如图1所示.油膜厚度取决于轴转速、油温、油粘度以及密封唇施加在轴上的压力或径向载荷.这层油膜具有2方面功能,一是提供密封润滑介质,并具有一定的泵吸能力；二是提供旋转轴和油封唇口之间的润滑和降温.最理想的密封情况是油封主唇口和旋转轴配合区域能够始终处于临界润滑和虹吸状态,从而实现“临界油膜厚度”.
半轴油封渗漏故障的诊断
旋转轴密封圈密封的充分必要条件是在油封主唇口和旋转轴配合区域存在“临界油膜”,因此不允许无泄露的密封.油封主唇口的润滑摩擦不可缺少润滑油膜的存在,而这不可避免地会导致一定的泄漏量.因此,在旋转轴密封圈的使用过程中,运行初期允许发生微量泄露.随着运转时间的加长,这种微量的泄露会逐渐停止,这种油封的密封寿命较长.为了防止误判,必须按照油封渗漏诊断程序和常见故障原因进行处理.
油封渗漏诊断程序
基于图2所示油封渗漏诊断程序,在初步诊断和排除的基础上检查漏油部位,使用清洁剂清理油迹,喷上显像剂或同类产品,继续行驶,直到再次发现油迹.确定渗漏点,并标记.
拆卸前对油封渗漏状态进行检查,漏油量：微渗、明显油渍、滴状、流状.拆卸半轴,检查半轴与油封配合痕迹,检查半轴上是否有毛刺、刮伤等异常,注意额外防尘唇不应该与防尘罩有摩擦.如有条件,将半轴也更换一并返回调查（直径、跳动、粗糙度和加工纹理等）.拆卸油封前,检查油封在壳体中的装配,是否有偏斜,目视检查油封唇口是否有异常、有无异物.尽量在不损伤油封的情况下拆卸油封.拆卸后检查外圈及壳体孔有无异常.使用显微镜检查主唇和防尘唇等,尝试找到磨损、刮伤等异常,并进行尺寸测量.如无异常,进一步分析失效油封的抱紧力、磨痕和材料硬度等.
油封漏油影响因素
影响油封漏油的因素具有很多种,结合本文所研究变速器,总结了油封渗漏的影响因素,并根据失效零件的异常特征制作了鱼骨分析图.
图3和图4分别为动态及静态密封渗漏原因鱼骨分析图.
半轴油封渗漏的主要原因分析及改进措施
根据油封漏油诊断程序和油封渗漏原因分析,结合半轴油封渗漏故障件的分析和总结,我们发现该款变速器的半轴油封渗漏主要集中在油封和半轴之间的动态密封,且主要失效原因有以下几个方面.
油封工作环境
工作环境影响因素主要有油封工作及周边的环境温度、油封与半轴配合处的空气环境.
根据整车使用环境的不同,变速器总成的环境温度也是不同的.半轴转动时会产生热量,轴的转速越高,摩擦发热越大,当唇口的发热温度超过了油封材料的许用温度时,油封唇口就会老化、硬度升高和异常磨损,从而影响油封的密封性能和寿命.该款变速器最初引进的国产油封材料是丁晴橡胶（NBR）,其工作温度范围为-40~120 ℃,在很长时间内,该款油封材料能完全满足变速器的使用性能.然而,随着涡轮增压发动机的普及应用,某些车型上涡轮增压器的布置位置离半轴油封距离较近,即产生热害效应,在多个项目开发阶段的耐久试验中,出现了多起油封漏油故障.经分析发现,油封有高温硬化现象,如图5所示.经进一步分析测试,发现油封周边环境温度可达120 ℃.为了解决这一质量问题,经过多次试验后,综合多方面的因素,开发了使用加强型丙烯酸酯橡胶（ACM）材料的半轴油封,其工作温度范围为-40~150 ℃.选用这一材料后,有效解决了因高温导致的渗漏问题.
变速器通常布置于整车底部,长期处于高污染和高粉尘的环境中.油封唇口处易进入灰尘和颗粒等恶劣介质,而异物进入油封唇口后,在轴的旋转作用下,会使油封唇口和半轴结合面异常磨损,从而造成漏油.因此,需要给油封增加径向防尘唇,并建议半轴增加防尘罩,从而有效阻挡外界恶劣介质,避免异物进入油封,改善油封工作环境,提高油封密封性能和寿命.如图6所示,左侧为原始设计油封结构,右侧为增加额外防尘唇及防尘罩的结构.
半轴的加工质量
油封的密封效果和半轴的表面加工质量有着密切的关系.轴的加工表面粗糙,带有方向性的螺纹或异常损伤都很难实现有效密封.轴的油封配合区域表面不允许有损伤,例如刮伤、裂纹、凹坑等缺陷.
在某项目上遇到了大量的半轴油封渗漏问题.在分析过程中,返回的油封故障件无任何异常,半轴粗糙度也符合要求.在做了针对性的分析排除后,发现该项目半轴油封配合面具有较大的螺纹升角.对此半轴的加工工艺应该是无进给研磨,以保证轴上的加工痕迹无方向性.由于实际上无法加工出完全无螺纹的旋转轴,为了最佳的密封效果,建议旋转轴的螺纹升角在0&plun;0.05°.关于旋转轴的表面加工纹理的螺纹升角推荐使用细线吊着砝码的方法来进行检测,如图7所示.
半轴装配异常
通过对部分失效油封进行显微镜检查,发现其唇口有划伤口.进一步分析发现,这些划伤应该是半轴装配时导致,半轴带有花键,整车装配时,半轴必须穿过油封,而花键外径基本比较尖锐,因此,在装配过程中油封易被花键或半轴上的异常毛刺划伤.为了避免损伤,设计了半轴保护套,在整车装配半轴前用保护套将油封套住,再装配半轴,这样可以有效保护油封,明显降低损坏几率,如图8所示.
总结
本文在分析油封密封原理的基础上,介绍了处理油封漏油的流程,总结了影响油封漏油的因素,并针对某变速器主要失效案例进行分析并提出改进措施,使得该款变速器半轴油封的渗漏问题大大减少,不仅提高了密封性能,还提高了整车品质,同时对终端用户的满意度提升也有着重要意义.
总结,上文是一篇关于对不知道怎么写油封漏油原因和变速器和分析论文范文课题研究的大学硕士、变速器本科毕业论文变速器论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料.
参考文献：
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