驅動橋漏油問題分析及對策

汪茂根，方強，宋寅，黃高榮

驅動橋漏油問題分析及對策

汪茂根，方強，宋寅，黃高榮

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

驅動橋滲漏是汽車常見的失效模式之一，文章從密封結構及裝配，運動件對密封的影響等方面分析滲漏原因。從提升油封密封能力、結構優化、加工及裝配工藝優化等方面提出了改進措施，為驅動橋漏油問題的解決提供了參考依據。

驅動橋；凸緣螺母；半軸油封；漏油

前言

某車型研發在道路試驗過程中，出現多次驅動橋漏油，有主動齒輪凸緣螺母漏油和輪邊半軸油封漏油兩種情況。產生漏油主要是制造及裝配過程中存在不足造成的，本次從提升油封密封能力、結構優化、加工工藝優化等方面提出了改進措施，為今后新品開發提供了參考依據。

1 故障描述

整車道路試驗過程中出現2次主減速器凸緣法蘭與后傳動軸連接處有潤滑油滲漏（見圖1），滲出的潤滑油隨傳動軸旋轉，甩到橋殼、車架、排氣尾管等周邊零件上。出現7次后驅動橋輪邊半軸油封漏油問題，其中左輪邊滲漏5次，右輪邊滲漏2次，失效里程在11000km到22000km之間。大部分失效出現在左側輪邊，初始僅輪邊防塵罩局部出現油痕（見圖2）。隨著里程的累積，油痕逐步擴大，卡鉗、制動盤及防塵罩等零部件上均有油痕（見圖3），影響行車安全。

圖1 凸緣法蘭處油痕

2 失效件分析

圖4是驅動橋主減速器結構圖，從故障件主減速器殼體上沒有油跡，不是主動齒輪油封漏油，拆開故障件發現主動齒輪花鍵，凸緣法蘭花鍵、窩孔及凸緣螺母內螺紋、大端面上都有潤滑油（圖5），初步判斷潤滑油通過凸緣法蘭與外軸承接觸面，進入到主動齒輪與凸緣法蘭花鍵，再由凸緣螺母與凸緣法蘭配合面、凸緣螺母與主動齒輪螺紋配合間隙泄漏到外部。

圖2 初始失效

圖3 油痕擴大

圖4 主減速器結構

圖5 失效部位拆解

圖示6為后驅動橋輪邊結構示意圖，從結構上可知，油痕的來源可能是軸承潤滑脂、驅動橋內部齒輪潤滑油，或者兩者兼有。本案例中軸承所用潤滑脂是藍色，從滲漏過程跟蹤情況來判斷，可排除軸承潤滑脂泄漏的可能性，因此輪邊零件上的油痕來源最大可能是驅動橋內部的齒輪潤滑油。

從故障件拆解情況分析（圖7），可以確定驅動橋輪邊油痕來源于齒輪潤滑油泄漏，是半軸油封密封失效導致的。由于軸承座與橋殼端面法蘭之間密封涂有平面密封膠且密封面之間沒有潤滑油泄漏痕跡，可進一步判斷潤滑油泄漏途徑是經過輪邊外油封處向驅動橋外部泄漏的。導致油封密封失效的根本原因很多，需要對故障件進一步深入的分析。

圖6 輪邊結構

圖7 故障件拆解

3 根本原因分析

圖8是針對主動齒輪凸緣螺母漏油問題設計的密封檢測裝置，根據主動齒輪相關尺寸，加工1件帶進氣孔的實心軸，替代主動齒輪與故障件外軸承、凸緣法蘭及凸緣螺母組成密封裝置，在實心軸上接好進氣管，對密封裝置通氣，將密封裝置放置水中（圖9），觀察密封1、密封面2及螺紋連接位置處氣泡情況。試驗證明密封平面1、密封平面2及螺紋連接位置均有氣泡，說明主動齒輪凸緣螺母漏油位置密封不嚴密，其中密封面1是產生漏油的根本原因。

圖8 密封檢測裝置

針對驅動橋半軸油封漏油問題，且以左邊漏油多進行了分析及研究。驅動橋所使用的半軸油封是國內某公司生產的油封，油封廠家設計人員多次到現場查看，進行分析均沒有取得效果，后來我們從密封結構、半軸加工、及油封裝配等方面進行分析并通過臺架及整車驗證，找到了根本原因。

圖9 密封面冒氣泡

3.1 半軸油封軸頸處劃傷[1]

半軸是與油封唇口直接配合的運動件，其與油封唇口配合的軸頸表面質量直接影響到密封性能。故障件半軸與油封配合軸頸有劃痕（見圖10），用手觸摸明顯有割手的觸感，圖11、圖12是故障件油封唇口狀態，唇口沿直徑方向不同位置處出現劃傷及凹坑。為證明半軸軸頸上的劃痕與油封唇口破損之間的關系，第一步用合格的油封只更換了故障件油封，結果整車只跑了2300公里再次出現漏油，油封唇口直徑方向出現不同程度的損傷。重復更換油封，結果同樣如此；第二步用金相砂紙處理半軸軸頸上的劃痕，再更換合格的油封，這臺車后續試驗沒有再出現漏油，半軸軸頸劃傷是導致本次漏油的直接原因。

圖10 半軸軸頸劃痕

圖11 油封唇口劃傷

圖12 油封唇口有凹坑

3.2 半軸軸頸表面微螺旋槽[2]

本文中驅動橋設計左、右輪邊結構是一樣的，為什么會出現左邊失效的案例比較多？圖13是汽車油封密封原理結構圖，在密封原理中，保證油封唇口與半軸滑動接觸面上齒輪油的流動是從大氣側流向油側[3]，是密封的基本要求之一。圖14是半軸軸頸表面微螺旋槽檢測圖，用一根棉紗線吊5g左右的砝碼放在半軸軸頸上，設備帶動半軸按整車前進方向旋轉，棉線沿半軸中心線朝輪邊方向移動，試驗說明半軸回轉過程中螺旋槽會使齒輪油從油側流向大氣側，此現象是左邊漏油案例多的重要原因。

圖13 汽車油封密封原理結構圖

圖14 半軸軸頸表面微螺旋槽檢測

4 解決措施

4.1 優化凸緣螺母設計及螺紋涂密封膠

圖8密封檢測裝置中密封面1位置在整車實際使用過程中有相對滑動，隨著車輛使用年限越久，容易出現不同程度的磨損，在此位置做改進難以起到良好的密封效果。

本文中凸緣螺母漏油失效案例是通過優化凸緣螺母設計及在螺紋部位涂密封膠達到改善目的，圖15是優化后的凸緣螺母，在凸緣螺母平面位置硫化丁晴橡膠，對凸緣螺母與法蘭之間的接觸平面起到很好的密封效果。

圖15 凸緣螺母平面帶硫化橡膠

4.2 優化輪邊結構

從生產現場調查，半軸制造過程、轉運、輪邊裝配等過程均可能出現軸頸劃傷，其中80%以上出現在輪邊裝配工位，從圖6輪邊結構圖可知，軸承、ABS齒圈及卡簧與半軸之間的裝配過程中都會經過半軸油封軸頸位置，軸承、ABS齒圈及卡簧內徑與油封軸頸直徑尺寸相差較小，極容易劃傷油封軸頸，工藝上想了多種措施對油封軸頸進行保護，效果均不理想，問題仍反復出現。圖16是優化后的輪邊結構，油封改為與齒圈襯套配合。與原結構相比，弱化了輪邊裝配的影響，新結構只要管控好襯套質量，相對半軸來說，齒圈襯套的質量管控難度較低。

圖16 優化后的輪邊結構

4.3 優化半軸制造加工

半軸生產廠家用2臺磨床對半軸軸頸進行磨削，一臺是老式的磨床，砂輪顆粒度80，另一臺數控機床，砂輪顆粒度60。現場抽檢兩臺磨床生產的半軸軸頸粗糙度都滿足要求，對不同磨床加工的半軸各抽取10根進行是否有螺紋線檢測，結果發現老式磨床生產的半軸都殘存螺紋線。通過現場分析及工藝調試，發現砂輪顆粒度是關鍵影響因子，臨時將數控機床用的砂輪改制用到老式磨床上，半軸軸頸螺紋線檢測驗收滿足要求。優化措施對輪邊結構進行了變更，因此對半軸制造加工的優化方案應用到齒圈襯套上。

4.4 油封帶雙向回流線[4]

優化油封設計，增加雙向回流線（圖17），提升油封的泵吸能力和抗異物、抗劃傷能力，提高油封的耐久性。

圖17 油封增加回流線

5 總結

（1）凸緣螺母漏油屬于平面和螺紋密封泄漏，平面位置硫化橡膠及螺紋部位涂密封膠都是工程領域中常解決此類泄漏常用的措施。

（2）無論是機加工、成品轉運及裝配過程，高精度的半軸均有被磕碰劃傷風險。一旦半軸油封軸頸被損壞后，油封與半軸油封軸頸無法封油。因此在密封結構設計過程中，要盡可能降低泄漏風險。

（3）本案例油封軸頸表面微螺旋作用方向使齒輪油從油側流向大氣側，與油封密封原理相違背，會加大泄漏風險。

（4）帶雙向回流線油封，是利用流體動力學原理，在油封空氣側錐表面設置具有回流效應的溝槽或者凸起等回流線形式。回流線結構起著類似螺旋泵的作用，將油封唇口已泄漏到空氣側的齒輪油“泵回”油側，試驗證明其產生的回油率遠高于普通油封。

[1] 馬喆,張宏,張坤,劉艷華,周鶴.整體式后橋半軸油封漏油問題研究[J].汽車實用技術,2016（4）:138-139.

[2] 江華生,孟祥鎧,彭旭東,李偉榮.軸表面矩形微螺旋槽織構對唇形油封密封性能的影響[J],中國機械工程,2018,29（14）:1704-1710.

[3] 張彥彪,張松峰,麻文濤.汽車橡膠油封動態密封性能的影響因素[J].汽車工藝與材料,2018（12）:43-51.

[4] 江華生.流體動壓回流型油封的研究現狀與展望[J].液壓氣動與密封,2018（10）:1-5.

Analysis and Solution on the Problem of oil Spill of Drive Axle

Wang Maogen, Fang Qiang, Song Yin, Huang Gaorong

（Jiangling Motors Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330001）

Drive axle leakage is one of the common failure modes of automobiles. This paper analyzes the reasons of leakage from the aspects of sealing structure and assembly, and the influence of sports parts on sealing. The improvement measures are put forward from the aspects of improving the sealing ability, structure optimization, processing and assembly process optimization, which provides a reference for solving the problem of driving bridge oil leakage.

Drive axle; Flange nut; Half shaft oil; Oil spill

U463.218

A

1671-7988(2019)24-93-04

U463.218

A

1671-7988(2019)24-93-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.031

汪茂根（1984-），男，本科，工程師，就職于江鈴汽車股份有限公司，主要從事四驅系統設計。