油封失效故障點分析

古婷，孫建明

油封失效故障點分析

古婷，孫建明

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

在變速箱密封系統中，油封的作用無可替代，但因其復雜的工況，油封的故障不可避免。文章介紹了一種油封失效分析思路，并從設計角度提出如何從設計上規避油封失效，旨在找出問題根本原因，降低故障發生。

油封；漏油；裝配；加工；材料

CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-190-03

前言

油封作為一種高技術含量的密封零件，在汽車發動機、變速箱中被廣泛應用。由于其應用環境的復雜性和自身重要性，油封需要耐高低溫、耐高壓、耐特殊介質，適應高速、震動和滿足汽車使用壽命。因此其不可避免會出現多種失效模式，本文就骨架油封在變速箱上的應用為例，分析油封失效的故障點。旨在為今后故障排查提供一種思路。

1 油封失效分類

油封失效的統一表現為漏油，引起漏油的原因有以下幾種：

1）油封非正常磨損；

2）油封偏磨；

3）油封劃傷、開裂；

4）油封老化、變形；

5）潤滑脂涂抹太多，堵塞回油線。

2 造成油封失效的可能故障點形成FTA故障樹，如圖1

圖1 油封FTA故障樹

2.1 設計問題

a）尺寸要求：實物尺寸是否滿足設計要求，包括公差及磨損量，磨損量需通過光學影像檢測儀檢測。

b）材料要求：材料性能是否滿足設計要求，油封常用氟橡膠的材料性能指標包括：硬度、拉伸強度、拉斷伸長率、壓縮永久變形、耐熱老化、耐油等。

表1

c）性能要求：油封能否滿足整車使用要求，一般在設計時通過試驗驗證，試驗包括高低溫測試和壽命試驗。

2.2 加工問題

與油封配合的軸及油封座的精度都極大的影響著油封的使用性能，因此軸和油封座的精度需要嚴格控制。

a）軸尺寸

表2

經過檢測值與設計值對比，確認軸加工是否滿足設計要求。

b）油封座尺寸

表3

經過檢測值與設計值對比，確認油封座加工是否滿足設計要求。

2.3 裝配問題

a）油封裝入油封座的方式：裝配時，先將油封座放在油封壓機的平臺上，油封放在壓套上，開啟壓機開關，壓套和油封一起向下進入油封座孔，油封和油封座端面平齊，裝配完成。

圖2

b）軸裝入油封的方向與方式：油封固定，軸平穩的推進油封，然后將軸固定。裝配完成后檢測油封與軸配合面接觸是否均勻，轉動軸檢測一周是否有雜質和缺陷。

圖3

3 設計如何規避油封失效

3.1 結構設計

油封結構設計需根據油封使用情況和配合環境進行綜合考慮，結構的好壞直接影響到使用性能，這是一個復雜的計算分析過程，由于文本限制，本文不再詳細介紹。

與密封強相關的唇口過盈量設計，我們可以參考國標：GB/T9877《液壓傳動 旋轉軸唇形密封圈設計規范》要求，當然具體參數還需根據材料確定。

表4 唇口過盈量及極限偏差 單位為毫米

在結構設計過程中可以參考一下標準：

GB 9877 《液壓傳動 旋轉軸唇形密封圈設計規范》

GB-T 3452《液壓氣動用O形橡膠密封圈溝槽尺寸和設計計算準則》

GBT 13871.1《密封元件為彈性體材料的旋轉軸唇形密封圈 第1部分：基本尺寸和公差》

3.2 材料選擇

a）對橡膠材料的考慮

油封材料的選擇，決定了其耐摩擦、磨損性能、耐介質性能和密封性能等。除耐高低溫、耐介質、耐磨損和耐老化等一般要求外，還必須具有良好的撓性(即良好的變形恢復能力與足夠的剛性相結合)，以使其在軸運行時對軸有良好的跟隨性和對軸的不規則性、偏心和震動有良好的補償能力。具有高度撓性的密封唇對密封軸所需徑向力也小，因而能減小摩擦力和摩擦生熱。

b）對環境的考慮

環境溫度對橡膠材料及其工作特性有很大的影響，高溫使橡膠材料老化，低溫使橡膠材料變硬甚至變脆。除此之外，對于軸唇圈最重要的是考慮溫度對橡膠楊氏模量的影響，因楊氏模量的變化直接影響到唇對軸的抱緊力，即影響密封性能。高溫對軸唇圈性能的影響，除降低楊氏模量影響密封性外還會使油的粘度大大降低，而降低唇下油膜的厚度。致使摩擦生熱增大，降低密封性能。

c）對密封介質的考慮

密封流體主要影響橡膠材料性能、潤滑條件和散熱。橡膠材料的選擇很大程度上取決于被密封的流體。密封流體造成橡膠材料的軟化、過渡膨脹、硬化或降低密封性能。油經長期高溫使用后會沉積黑色油泥，增加密封唇的磨損；其他潤滑油長期使用后也會存在金屬、砂塵粒子。就象磨料一樣使唇和軸磨損，導致軸唇圈壽命縮短。

3.3 試驗驗證

試驗是驗證零部件性能的重要手段，要檢驗設計是否滿足使用要求，可通過試驗模擬，驗證零部件性能達標情況。因油封使用位置不同，匹配變速箱及車型不同，試驗項目及內容不可能完全一致。性能試驗可參考國標GB/T 13871.4《 密封元件為彈性體材料的旋轉軸唇形密封圈 第4部分：性能試驗程序》。

4 結束語

油封作為變速箱上重要的密封元件，對整車功能實現和安全起著至關重要的作用，因此找出油封失效故障點，分析根本原因，從而反向指導設計，避免重蹈覆轍是設計必須經歷的過程，本文僅提供一種分析思路，實際應用過程中問題紛繁復雜，不可能完全借用本文思路，因此需要設計人員多多積累經驗，不斷完善油封品質。

[1] 吳彰良,孫長庫,劉潔基于圖像處理的油封缺陷自動檢測與分類識別方法.[J]儀器儀表學報.2013 34(5) .

[2] 胡澤華,張紅燁.TFE油封技術發展趨勢[J].潤滑與密封.2015 (10).

[3] 李玉婷,廖日東,李杰.柴油機曲軸前油封密封性能分析及優化設計.[J]潤滑與密封2013 (9) .

[4] 黃樂,郭飛,賈曉紅,索雙富,范清.基于Ansys的油封徑向力分析.[J]潤滑與密封2013 38(4) .

[5] 唐陳,趙良舉, 杜長春,李云飛,侯激波.油封密封性能的實驗研究.[J]合肥工業大學學報2016 39(8) .

[6] 高福年,石明霞,王耀林,旋轉軸.唇形橡膠密封圈(骨架油封)的質量控制和性能試驗.[J]彈性體》2004 14(3).

[7]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊設計篇.人民交通出版社,2001.

[8] 方遠 陳安寧 董衛平 振動模態分析技術[M],北京,國防工業出版社,1990.

[9] 余志生.汽車理論[M],北京，機械工業出版社,2005.

[10] 龐劍,何華.汽車噪聲與振動[M],北京,北京理工大學出版社,2006.

Design Approach of The ventilation cover

Gu Ting, Sun Jianming
( Shaanxi Fast Gear CO., LTD, Shaanxi Xi'an 710119 )

The automobile ventilation cover plays an important role in the vehicle, drainage and drain away water for the vehicle. The structure design is complicated because of its connection with the front windshield, fender and engine compartment. This paper mainly introduces the design principles, regulatory requirements, structural constraints, process requirements and material selection of ventilation cover. Emphatically introduce the requirements of structural design.

The ventilation cover; spill; Structural design; Process; Material

U472

A

1671-7988 (2017)16-190-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.066

古婷（1989-），工程師，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司。