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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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汽車驅動橋輪轂油封漏油問題的分析與解決

2013-11-15

龐晟
（陜西漢德車橋有限公司，陜西岐山　722408）
　　摘　要：汽車驅動橋的滲漏是困擾汽車的難題之一。該文從驅動橋密封的結構特點及運動件對油封的影響，提出了油封與相配件在相對運動中的擺差、輪邊裝調、油封制造等方面是解決動態密封漏油的關鍵，并對具體方案進行了分析和闡述，為動態低壓密封漏油問題的解決提供了參考。
　　關鍵詞：汽車驅動橋；油封；漏油；動態低壓密封
　　斯太爾汽車驅動橋自20世紀80年代與斯太爾整車一同引進以來，一直受到中國重型卡車市場的青睞。該橋為中央及輪邊兩級減速，通過性好，為15噸以上汽車的重載橋，特別適用于工程車、大噸位重載汽車。但斯太爾橋在使用中也暴露出不少問題，特別是輪轂油封的漏油問題，該處一旦漏油容易流到摩擦片上，嚴重影響行車安全。針對此問題我們自2002年下半年著手攻關解決，歷時兩年，通過反復地改進及分析，使輪轂油封的漏油問題得到較好解決。
　　1　斯太爾橋封油結構及特點
　　圖1為斯太爾橋結構圖。中段以橋包、橋管及橋管兩端的半軸油封形成一個油腔。在橋殼后蓋上，有一加油口及放油口，兩端各自形成獨立的油腔，即以輪轂、隔圈、O形密封圈、輪轂油封在輪邊減殼內腔及輪轂內腔區域形成獨立油腔，在端蓋上有一加油口及放油口。輪邊油腔靠O形密封圈和輪轂油油封進行密封，O形圈為靜壓密封，只要與工作面配合良好，有一定的預壓量，就能達到封油效果。輪轂油封為動密封，影響因素較多，容易發生漏油現象，斯太爾橋發生的漏油現象絕大多數就為輪轂油封漏油。

圖1 斯太爾驅動橋結構圖
1.制動鼓；2.輪轂；3.O型圈；4.半軸油封；5.輪轂油封；6.隔圈；7.O型圈；8.橋殼；9半軸
　　2　漏油原因的分析及解決措施
　　針對斯太爾橋輪轂油封漏油問題，且以左邊漏油多進行了分析與研究。原油封使用的是斯太爾配套廠家德國KACO公司生產的油封，請油封廠設計人員多次到現場查看，進行分析均無結果。后來我們從密封結構、隔圈、油封及裝配等方面進行分析，發現了問題，為此從以下幾個方面進行了改進。
　　2.1 油封與隔圈之間偏心的影響
　　通過統計分析，發現漏油主要在左邊，經多次察看，發現漏油的橋油封刃口在隔圈外圓上磨削的痕跡線不同，不漏油的橋一般其痕跡線明顯沿周線比較均勻，且較細，而漏油的橋其痕跡相對比較模糊不均勻，且較寬。這是由于油封相對隔圈在運動過程中偏心引起跳動過大造成的，故控制跳動量是解決漏油的一個重要方面。因輪轂軸承孔與油封孔為一次裝夾加工而成，故不存在問題，所以問題主要出在隔圈上。原隔圈國產化時，照搬了斯太爾的加工工藝，即粗加工→粗磨外圓→軟氮化→外圓面拋光。按圖紙要求隔圈外圓面相對裝配基準跳動為0.04mm，圓柱度為0.02mm，同時外圓面粗糙度為Ra0.4，且為無螺紋磨削。該工藝有一定的缺陷：首先，成品誤差為機加工誤差和熱處理變形之和，使成品誤差加大，很難保證設計要求。其次，粗磨時由于材料硬度低，磨削過程中細粒砂輪極易粘刀，很難達到粗糙度要求和實現無螺紋磨削，粗糙度大，拋光時很難將螺旋紋拋掉，拋深了則容易損傷軟氮化后的白亮層，這樣加工難度較大。還有，國產材料及軟氮化工藝不穩定，造成軟氮化后變形較大，有的變形甚至超過0.1mm，再加上加工誤差，所以0.04mm跳動及0.02mm圓柱度的要求很難保證。
　　通過以上分析，對隔圈加工工藝改進如下：粗加工→感應淬火→粗磨外圓→精磨外圓。這樣跳動、圓柱度通過機加工達到，成品誤差僅為機加工誤差，同時Ra0.4粗糙度是在材料硬度達到HRC50以上后進行磨削保證的，而且分粗精磨兩道工序，很容易達到，同時精磨過程因余量小使無螺紋磨削更易實現，避免了人工拋光對外圓表面的影響。
　　以上改進提高了隔圈的加工精度，改進了隔圈與油封的裝配精度。隔圈的粗糙度過低，容易造成油封刃口早期磨損。從而發生漏油現象，但粗糙度也不能太高，太高則無法在油封及外圓表面之間形成油膜，從而出現干摩擦，其表面有灼燒痕跡。一般圖紙要求粗糙度Ra0.4，較為理想的范圍為Ra0.3-Ra0.5之間，同時外圓表面不得有磨削缺陷如振紋、螺旋紋等。而跳動及圓柱度超差，則造成油封的彈性或回彈速度不足以彌補跳動及圓柱度脈動周期，容易引起漏油。
　　2.2 輪轂軸承間隙的影響
　　在裝配過程中，輪轂軸承間隙是通過軸承預緊力100%檢驗裝配調整的，故不存在問題，后來發現整車使用后，容易發生左邊軸頭母脫出及松動，輪轂油封漏油明顯增多。輪邊緊固結構為軸頭墊片，鎖片及軸頭母緊固。軸頭母為右旋，順時針擰緊，右輪邊軸頭母相對于整車前進方向，即輪轂轉動方向是一致的，而左邊則相反。盡管整車在運轉中，軸承軸向力很小，但此力始終存在，在瞬間可能還比較大，易造成左邊鎖片撕裂、軸頭母松退，輪轂軸承間隙變大而發生擺動，造成油封相對于隔圈擺動變大，而出現漏油。
　　針對此問題改進方案有兩個：一是將左邊軸頭母改成左旋，使旋緊方向與輪轂轉動方向一致，但該方法給制造和裝配造成一定不便。二是提高軸頭螺紋制造質量，避免車輛運轉中軸頭母松退。經實際分析判斷后，采用了第2種方案，因國產化后軸頭螺紋一直采用銑削加工，加工后螺紋表面粗糙度差，容易產生振紋。此缺點造成螺紋配合形成點接觸，使螺紋自鎖性能下降，出現松退。后將軸頭螺紋加工改為車削，提高了螺紋表面粗糙度并避免了振紋，保證了螺紋配合時的自鎖性能。
　　油封密封必須使油封刃口在隔圈上運動軌跡為一均勻的細圓環，如果出現偏心或刃口沿軸向擺動，則必然發生漏油。通過改進提高了隔圈及軸頭螺紋的加工精度。有效地解決了油封刃口相對于隔圈在轉動時的擺動。
　　3　油封的質量控制
　　在采用KACO公司油封仍不能解決問題的情況下，選擇了國產油封進行試驗。
　　首先對油封進行臺架試驗。模擬實際車況進行試驗。即試驗中加溫。軸對油封的偏心量加大為0.2mm，按車輛速度進行變化試驗，油封在試驗條件下不滲漏，即試驗合格方可裝車，通過試驗可以確認油封的性能如回彈性、耐油性、抗老化性等。是對油封的綜合檢驗。
　　其次加強對刃口尺寸的檢測。油封有的是切唇，有的是模壓成型，不論那種油封，刃口是關鍵，刃口尺寸很難測量，為此制做了塞規，用塞規不僅能檢測尺寸，也可對刃口橢圓及點狀缺陷進行檢測。即將油封套于塞規上透過光線很容易發現油封刃口的橢圓及點狀缺陷，油封的橢圓在止端就表現為縫隙，如果出現縫隙則不合格；同時點狀缺陷通過透光十分明顯，此系缺膠、雜質等問題造成，對切唇油封還存在切唇過程中對油封刃口的損傷所引起的缺陷，這些都是產生漏油現象的因素，通過以上方法，嚴格地控制了油封質量。
　　4　裝配的控制
　　裝配也是一個重要環節：①對裝配的零件要去除毛刺，特別是與油封相配的軸，裝配端應保證有一個圓弧倒角，且粗糙度符合要求，過渡必須光滑，并避免毛刺，這樣才能避免裝配過程中對油封刃口的損傷。②油封的壓裝配必須用專用壓具，并定期檢查壓具兩端的平行度，保證油封壓正，對中。
　　5　結語
　　解決油封漏油的關鍵一是與油封配件的質量，其次為油封自身性能和刃口質量，三是裝配過程。這樣則可有效控制和解決漏油問題，自從采取以上措施后，斯太爾橋的輪轂油封漏油有大幅下降。所以解決漏油問題不僅要提高油封質量，更要提高相配件質量，這樣才能有效解決問題。
來源：《特種橡膠制品》2006年04期