機械變速器輸出端滲漏油故障淺析

沙曉麗，常娟

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機械變速器輸出端滲漏油故障淺析

沙曉麗，常娟

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710000）

文章對機械變速器輸出端的常見密封方式及原理進行簡介，從多種密封失效故障現象分析原因，并提出對應的解決方法及改進建議。

變速器輸出端；漸開線花鍵；滲漏油

前言

機械式手動變速器作為汽車傳動系統中最主要的部件之一，用于協調發動機轉速和車輛實際行駛速度，發揮發動機的最佳性能，從而達到車輛對動力性及燃油經濟性等的要求。變速器輸出法蘭通常是采用花鍵結構與變速器輸出軸連接，以傳遞發動機的扭矩，利用油封與O型密封圈來防止變速器滲漏油。但變速器輸出端滲漏油卻是常見的故障問題，客戶抱怨嚴重。本文主要從變速器輸出端常見的密封方式著手，著重對可能產生滲漏油的原因和改進方法進行剖析。

1 機械變速器常見輸出端結構及密封失效故障表現

機械變速器輸出端是由輸出軸、軸套、里程表被動齒輪（里程表轉子）、法蘭盤、O型密封圈、墊片、鎖緊大螺母及輸出后軸承蓋及油封組成，如圖1所示。O型密封圈作用于輸出軸花鍵末端通過與輸出軸軸肩、法蘭盤內腔及鎖緊螺母墊片接觸進行靜密封；油封則安裝在輸出后軸承蓋上，與法蘭盤外徑接觸進行動密封。通過O型密封圈與油封的配合使用，達到變速器輸出端密封作用。

圖1 變速器輸出端結構

而變速器輸出端的密封失效主要表現為兩種情況，分別是從輸出后軸承蓋與法蘭盤結合油封處滲油和法蘭盤與鎖緊螺母墊片O型密封圈處滲油；無論哪種失效模式，其發生機理均為油封或O型密封圈與零件接觸內（外）表面間隙所致。那么要解決變速器輸出端滲漏油故障，就是要消除這種間隙。

下面就從油封及O型密封圈的密封原理對出現間隙的原因進行分析。

2 油封及O型密封圈的密封原理

機械變速器輸出后軸承蓋常常使用的骨架油封，其密封原理如圖2所示：油封唇口在徑向壓力的作用下，形成密封接觸環帶，在潤滑油壓力的作用下，油液滲入油封刃口與轉軸之間形成極薄的一層油膜，油膜受油液表面張力的作用，在轉軸和油封刃刀口外沿形成一個“新月”面，防止油液外溢，起到密封作用。

圖2 油封密封原理

而對于O型密封圈的（靜）密封原理則是通過其自密封作用，如圖3所示：即由于預密封作用，O型圈與被密封光滑面和溝槽底面緊密接觸。這樣當流體通過間隙進入溝槽時只能對O型圈的一側面起作用。當流體壓力較大時，把O型圈推向溝槽另一面而擠壓成D形，并把壓力傳遞給接觸面，通過O型密封圈的“形變”將零件之間的空隙進行“填充”，從而達到密封效果。

圖3 O型圈（靜）密封原理

從油封及O型密封圈的工作原理可以看出，需要密封配合的兩零件圓柱表面之間應保留一定的間隙，通過此間隙值才能進一步設計油封及O型密封圈。而變速器輸出端滲漏油均是由于配合零件表面之間的間隙超過了油封及O型密封圈的原有設計間隙所致。

那么是什么原因導致變速器輸出端零件表面配合間隙變大就是解決滲漏油故障的核心，下面就從變速器輸出端的結構進行原因分析。

3 機械變速器輸出端油封及O型密封圈密封失效原因分析

對于機械變速器來說，法蘭盤與輸出軸通過漸開線花鍵連接固定徑向運動，通過鎖緊大螺母固定軸向運動，達到平穩輸出扭轉力矩的作用。影響油封及O型密封圈密封失效的主要因素如下：

3.1 油封失效的主要因素

變速器法蘭盤與輸出軸之間通過漸開線花鍵配合傳遞扭轉力矩，而漸開線花鍵的嚙合原理與齒輪類似：嚙合花鍵要進行正確的嚙合傳動，必須基節相等（Pb=mCOSα）即PB1=PB2（圖4）。如果在某一瞬間Pb1理≠Pb1實、Pb2理≠Pb2實，即Pb2≠Pb1時，將會出現什么情況？

圖4

圖5

圖6

假設O2為主動輪，O1為被動輪

1）Pb理＞Pb實（圖5）

主動輪：在前一齒還未脫開嚙合時，提前進入嚙合區，從而延長了雙齒嚙合區的時間，重疊系數增大，增加了齒輪嚙合的穩定性。如果主動輪是處于高速、重載的工作條件下，那么就必須采用這種嚙合方式。

被動輪：由于實際基節變長，使被動輪提前脫離嚙合區，重疊系數減小，產生沖擊。

2）Pb理＜Pb實（圖6）

主動輪：在前一齒已脫離嚙合時，還未進入嚙合區，造成了嚙合的瞬時真空區，將引起撞擊。

被動輪：由于實際基節變長，增加了雙齒嚙合區，重疊系數增大，增加了嚙合的平穩性。在高速、重載的工作條件下，被動輪必須采用這種嚙合方式。

圖7 油封唇口偏磨

由此可以看出：在法蘭盤轉動過程中，漸開線花鍵齒側會產生不可消除的間隙而發生徑向跳動，從而影響法蘭盤與輸出軸之間的同軸度。同軸度偏差較大，油封唇口會出現偏磨現象如圖7所示，造成油封的早期磨損，產生滲漏油故障。

3.2 O型密封圈失效的主要因素

同樣原理，對于O型密封圈而言，在法蘭盤傳遞扭轉力矩時被密封的零件同軸度偏差，引起O型圈密封間隙擴大，出現偏心現象導致漏油（如圖8）。導致O型密封圈滲漏油失效的還有過度擠出后造成間隙咬傷現象（如圖9），產生這種現象主要是由于被密封元件之間產生了軸向竄動，即法蘭盤有脫出現象，由法蘭盤的鎖緊大螺母產生松動造成。

圖8 O型密封圈偏心

圖9 O型密封圈過度擠出

4 油封、O型密封圈密封失效改進方法

通過以上分析，油封密封失效的主要原因是由于漸開線花鍵齒側間隙引起的徑向跳動，而O型密封圈失效除了漸開線花鍵因素外，還有鎖緊大螺母松動造成的軸向竄動。漸開線花鍵齒側間隙是其固有特性，可以通過控制齒形偏差來調整，但無法完全消除，可將漸開線花鍵改為矩形花鍵，減少齒側間隙，縮小徑向跳動保證同軸度；而鎖緊大螺母松動可以通過改變大螺母結構，比如將尼龍鎖緊螺母改為可鉚沖的鎖緊螺母，徹底解決松動問題。

除了改善法蘭盤和輸出軸花鍵配合及優化鎖緊螺母外，還可以調整O型密封圈及油封位置如圖10所示，使其位于輸出軸花鍵前端避免由花鍵配合導致的徑向及軸向竄動。

圖10 改進后油封及O型密封圈位置

5 總結

通過上文的分析，明確了變速器輸出端的密封方式及原理，對常見密封失效原因進行分析，并針對多種失效模式提出對應的改進方法。但由于變速器輸出端與后接設備相關聯，所以在進行零部件結構改進時需要綜合考慮包括空間結構布置、連接強度等因素，才能從根本上解決變速器輸出端滲漏油故障問題。

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[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）.

Analysis On Oil Leakage Fault At Output of Mechanical Transmission

Sha Xiaoli, Chang Juan

( Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Resarech Institute, Shaanxi Xi’an 710000 )

This paper describes the common sealing methods and principles of the output of the mechanical transmission,analyzes the cause of various sealing failure phenomena,and proposes corresponding solutions and suggestions for improvement.

transmission output; involute spline; leakage oil

B

1671-7988(2018)20-239-03

U463.212+.31

B

1671-7988(2018)20-239-03

U463.212+.31

沙曉麗，就職于陜西法士特汽車傳動工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.087