重型液力自動變速器常用密封元件

楊超+王穎

摘 要：密封是液力變速器面臨的難點(diǎn)之一，不同的部件需要的密封能力、密封壓力、工作速度和溫度不同，本文介紹幾種重型液力變速器中常用的密封件。

密封的概念是非常廣泛和多義的，因此密封的形式也多種多樣，主要作用是阻止兩個表面之間因?yàn)榇嬖陂g隙而形成的泄漏。

液力自動變速器能夠正常工作取決于液壓回路能夠保持設(shè)計的油壓，而保持油壓是基于液壓回路良好的密封。在油壓較高的離合器、電磁閥、控制回路等需要密封，在油壓較低的潤滑油路和油底殼也需要很好的密封，避免油液向外部泄漏，影響正常工作液位、污染環(huán)境。同時防止外部水汽和雜質(zhì)進(jìn)入變速器內(nèi)部。

密封件的形狀、尺寸多種多樣，所采用的材料也不盡相同。密封件的選用主要基于以下因素：

a）密封件應(yīng)用場合，是否用于運(yùn)動部位（往復(fù)運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動）；

b）工作介質(zhì)及壓力和溫度范圍，零部件的工作速度；

c）絕對密封或非絕對密封。非絕對密封是指控制油壓，允許微量泄漏，微量泄漏的油液用于潤滑運(yùn)動部件。絕對密封是指一段時間內(nèi)絕對禁止流體泄漏；

d）經(jīng)濟(jì)性，主要包括密封件本身的成本，安裝和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。

以下介紹幾種重型液力變速器常用的密封件：

1. 唇形密封圈

唇形密封屬于自封式緊密封，多種多樣，共同點(diǎn)：均有唇緣，并以唇緣尖部緊貼密封面阻止液流通過，起到密封效果。唇形密封圈對密封面的作用力隨著液體介質(zhì)壓力增大而增大，使之唇緣與密封面更緊密貼合，密封性進(jìn)一步增強(qiáng)。唇形密封圈按截面形狀可分為Y形圈、U形圈、C形圈、蕾形圈等。

1.1 Y形圈

Y形圈主要用于離合器活塞，吸油泵等這些運(yùn)動部件。此類部件多為往復(fù)運(yùn)動或少量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。油壓作用到密封件上，使密封件緊密的與密封表面接觸，起到良好的密封效果。此類密封在圓周方向上是彈性的，這一優(yōu)點(diǎn)是其能更好的用于離合器的活塞上，其可在一定程度上補(bǔ)償兩零件由于同軸度及自身圓度在圓周表面上形成的間隙變化。

1.2 旋轉(zhuǎn)密封

變速器上高速旋轉(zhuǎn)的軸類零件必不可少，例如輸出軸、輸出法蘭、變矩器泵輪轂處等。諸如此類位置的密封就需要旋轉(zhuǎn)密封件，又稱為油封。目前采用較多的為骨架油封，結(jié)構(gòu)緊湊，骨架與橡膠一次壓制而成。油封唇口內(nèi)徑略小于軸徑，裝配后有一定過盈，唇口較窄，一般為0.5mm或更窄。有時為彌補(bǔ)橡膠材料對軸徑的收縮力不足，會在唇口上緣加裝彈簧，加強(qiáng)油封抱軸力，克服軸在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下因搖擺、跳動造成的間隙。油封一般起到對內(nèi)封油對外防塵的作用。

2 密封環(huán)

重型液力自動變速器在商用車上有著廣泛的應(yīng)用，其換擋的操作都是靠流體推動活塞進(jìn)行的。旋轉(zhuǎn)件間的密封成為變速器設(shè)計中的一個重要問題。

因旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速相對較高，在設(shè)計中采用O形密封圈會被很快磨損。目前國內(nèi)外采用較多的是密封環(huán)密封。密封環(huán)的密封原理為在流體流入端沖擊密封環(huán)側(cè)面和內(nèi)徑面。對密封環(huán)的一側(cè)和內(nèi)徑面上形成壓力。在壓力作用下，密封環(huán)與零件的側(cè)面和圓柱面貼合，起到密封作用。密封環(huán)工作原理，如下圖所示。

理想狀態(tài)的密封環(huán)工作方式為，密封環(huán)的側(cè)面與固定部件貼合緊密沒有相對旋轉(zhuǎn)。但工作中密封環(huán)在旋轉(zhuǎn)部件的帶動下，會相對固定部件存在相對轉(zhuǎn)動。即便在貼合緊密后沒有相對轉(zhuǎn)動，在貼合的開始階段也是存在相對轉(zhuǎn)動的。為減少磨損，在實(shí)際應(yīng)用中此處采用流體潤滑，密封環(huán)的產(chǎn)品在側(cè)面會設(shè)置有潤滑油的油道，這些油道的形狀多種多樣，形狀的不同造成密封性能也不一樣。

密封環(huán)是帶開口的環(huán)，其接頭（開口）形式也多種多樣，大致分為平型接頭，鉤型接頭、斜型接頭、雙L接頭、雙T接頭等。

平型接頭用于便于安裝的設(shè)計。上述的其他接頭形式屬于自鎖型接頭，自鎖型接頭在裝入到密封區(qū)域之前密封環(huán)接頭處鎖止，主要用于安裝空間狹小，安裝困難的部位。

密封環(huán)的原材料主要有金屬和尼龍。采用金屬的密封環(huán)成本相對較高，尼龍的密封環(huán)相對較軟，容易被金屬零件劃傷，金屬顆粒也會嵌入到尼龍里，因此要求低泄漏的密封設(shè)計不采用尼龍材料的密封環(huán)。對與檢查失效的密封環(huán)，尼龍材料的密封環(huán)難以發(fā)現(xiàn)，金屬密封環(huán)則便于發(fā)現(xiàn)，且不會被劃傷。

3 O形密封圈

O形密封圈顧名思義，形狀是截面為圓形的環(huán)形密封件。O形密封圈原材料主要為彈性材料，此外還有聚四氟乙烯（PTFE）及其它熱塑性材料，空心和實(shí)心金屬。其密封原理是主要靠材料的壓縮變形使密封材料與被密封件緊密貼合，密封流體，來起到密封作用。

O形密封圈應(yīng)用的壓力和溫度范圍廣、便于維護(hù)、安裝需要空間小、低成本，此外為避免一些較大安裝扭矩會造成薄壁類零件失效，此類零件的密封可選采用O形密封圈。

O形密封圈的初始壓縮量對于密封性能的影響非常關(guān)鍵，初始壓縮量可以確保密封功能的實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)償加工誤差，補(bǔ)償壓縮變形，在動密封中還可以起到補(bǔ)償磨損的作用。O形密封圈能廣泛的用于靜態(tài)密封和動態(tài)密封，但兩者的壓縮率不同，根據(jù)應(yīng)用場合的不同其初始壓縮量推薦值分別為：動密封6-20%，靜密封15-30%。

在壓力作用下的O形密封圈會發(fā)生不規(guī)則變形，與其接觸的零件表面不允許出現(xiàn)劃痕、凹坑、溝槽、徑向或螺旋狀的刀痕（加工痕跡）。且對于動密封結(jié)合其零件表面質(zhì)量應(yīng)高于靜密封結(jié)合的零件表面質(zhì)量。

選用O形密封圈應(yīng)充分考慮安裝時候避免劃傷，使用溫度，以及與液壓油的相容性，確保長期在油液浸泡的情況下不會失效。

結(jié)論

液力自動變速器工作油壓一般不會超過4Mpa，屬于低壓范圍。上述介紹的密封件主要用于離合器、輸出軸、油泵等位置上的密封件，此外在例如油底殼和殼體之間的連接面其位置基本為零油壓，經(jīng)常用到紙墊（鋼墊）密封，本文未對紙墊做介紹。密封環(huán)和油封均用到旋轉(zhuǎn)件的密封，不同的是密封環(huán)只防止油液泄漏，油封則內(nèi)防油外防塵，所以油封經(jīng)常應(yīng)用于變速器的兩端部位。