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汽車驅(qū)動(dòng)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）
（陜西漢德車橋有限公司，陜西岐山 722408）
摘 要：汽車驅(qū)動(dòng)橋的滲漏是困擾汽車的難題之一。該文從驅(qū)動(dòng)橋密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)件對(duì)油封的影響，提出了油封與相配件在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的擺差、輪邊裝調(diào)、油封制造等方面是解決動(dòng)態(tài)密封漏油的關(guān)鍵，并對(duì)具體方案進(jìn)行了分析和闡述，為動(dòng)態(tài)低壓密封漏油問題的解決提供了參考。
關(guān)鍵詞：汽車驅(qū)動(dòng)橋；油封；漏油；動(dòng)態(tài)低壓密封
斯太爾汽車驅(qū)動(dòng)橋自20世紀(jì)80年代與斯太爾整車一同引進(jìn)以來，一直受到中國重型卡車市場的青睞。該橋?yàn)橹醒爰拜嗊厓杉?jí)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(yán)重影響行車安全。針對(duì)此問題我們自2002年下半年著手攻關(guān)解決，歷時(shí)兩年，通過反復(fù)地改進(jìn)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(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
圖1為斯太爾橋結(jié)構(gòu)圖。中段以橋包、橋管及橋管兩端的半軸油封形成一個(gè)油腔。在橋殼后蓋上，有一加油口及放油口，兩端各自形成獨(dú)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(nèi)腔及輪轂內(nèi)腔區(qū)域形成獨(dú)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(jìn)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(yù)壓量，就能達(dá)到封油效果。輪轂油封為動(dòng)密封，影響因素較多，容易發(fā)生漏油現(xiàn)象，斯太爾橋發(fā)生的漏油現(xiàn)象絕大多數(shù)就為輪轂油封漏油。
關(guān)鍵詞：汽車驅(qū)動(dòng)橋；油封；漏油；動(dòng)態(tài)低壓密封
斯太爾汽車驅(qū)動(dòng)橋自20世紀(jì)80年代與斯太爾整車一同引進(jìn)以來，一直受到中國重型卡車市場的青睞。該橋?yàn)橹醒爰拜嗊厓杉?jí)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(yán)重影響行車安全。針對(duì)此問題我們自2002年下半年著手攻關(guān)解決，歷時(shí)兩年，通過反復(fù)地改進(jìn)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(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
圖1為斯太爾橋結(jié)構(gòu)圖。中段以橋包、橋管及橋管兩端的半軸油封形成一個(gè)油腔。在橋殼后蓋上，有一加油口及放油口，兩端各自形成獨(dú)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(nèi)腔及輪轂內(nèi)腔區(qū)域形成獨(dú)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(jìn)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(yù)壓量，就能達(dá)到封油效果。輪轂油封為動(dòng)密封，影響因素較多，容易發(fā)生漏油現(xiàn)象，斯太爾橋發(fā)生的漏油現(xiàn)象絕大多數(shù)就為輪轂油封漏油。
圖1 斯太爾驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)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(duì)斯太爾橋輪轂油封漏油問題，且以左邊漏油多進(jìn)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(chǎn)的油封，請(qǐng)油封廠設(shè)計(jì)人員多次到現(xiàn)場查看，進(jìn)行分析均無結(jié)果。后來我們從密封結(jié)構(gòu)、隔圈、油封及裝配等方面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了問題，為此從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。
2.1 油封與隔圈之間偏心的影響
通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)漏油主要在左邊，經(jīng)多次察看，發(fā)現(xiàn)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(xì)，而漏油的橋其痕跡相對(duì)比較模糊不均勻，且較寬。這是由于油封相對(duì)隔圈在運(yùn)動(dòng)過程中偏心引起跳動(dòng)過大造成的，故控制跳動(dòng)量是解決漏油的一個(gè)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(chǎn)化時(shí)，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(duì)裝配基準(zhǔn)跳動(dòng)為0.04mm，圓柱度為0.02mm，同時(shí)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(jī)加工誤差和熱處理變形之和，使成品誤差加大，很難保證設(shè)計(jì)要求。其次，粗磨時(shí)由于材料硬度低，磨削過程中細(xì)粒砂輪極易粘刀，很難達(dá)到粗糙度要求和實(shí)現(xiàn)無螺紋磨削，粗糙度大，拋光時(shí)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(chǎn)材料及軟氮化工藝不穩(wěn)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(dòng)及0.02mm圓柱度的要求很難保證。
通過以上分析，對(duì)隔圈加工工藝改進(jìn)如下：粗加工→感應(yīng)淬火→粗磨外圓→精磨外圓。這樣跳動(dòng)、圓柱度通過機(jī)加工達(dá)到，成品誤差僅為機(jī)加工誤差，同時(shí)Ra0.4粗糙度是在材料硬度達(dá)到HRC50以上后進(jìn)行磨削保證的，而且分粗精磨兩道工序，很容易達(dá)到，同時(shí)精磨過程因余量小使無螺紋磨削更易實(shí)現(xiàn)，避免了人工拋光對(duì)外圓表面的影響。
以上改進(jìn)提高了隔圈的加工精度，改進(jìn)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(fā)生漏油現(xiàn)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(xiàn)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(shí)外圓表面不得有磨削缺陷如振紋、螺旋紋等。而跳動(dòng)及圓柱度超差，則造成油封的彈性或回彈速度不足以彌補(bǔ)跳動(dòng)及圓柱度脈動(dòng)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(yù)緊力100%檢驗(yàn)裝配調(diào)整的，故不存在問題，后來發(fā)現(xiàn)整車使用后，容易發(fā)生左邊軸頭母脫出及松動(dòng)，輪轂油封漏油明顯增多。輪邊緊固結(jié)構(gòu)為軸頭墊片，鎖片及軸頭母緊固。軸頭母為右旋，順時(shí)針擰緊，右輪邊軸頭母相對(duì)于整車前進(jìn)方向，即輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)方向是一致的，而左邊則相反。盡管整車在運(yùn)轉(zhuǎn)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(fā)生擺動(dòng)，造成油封相對(duì)于隔圈擺動(dòng)變大，而出現(xiàn)漏油。
針對(duì)此問題改進(jìn)方案有兩個(gè)：一是將左邊軸頭母改成左旋，使旋緊方向與輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)量，避免車輛運(yùn)轉(zhuǎn)中軸頭母松退。經(jīng)實(shí)際分析判斷后，采用了第2種方案，因國產(chǎn)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(chǎn)生振紋。此缺點(diǎn)造成螺紋配合形成點(diǎn)接觸，使螺紋自鎖性能下降，出現(xiàn)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(shí)的自鎖性能。
油封密封必須使油封刃口在隔圈上運(yùn)動(dòng)軌跡為一均勻的細(xì)圓環(huán)，如果出現(xiàn)偏心或刃口沿軸向擺動(dòng)，則必然發(fā)生漏油。通過改進(jìn)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(duì)于隔圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)。
3 油封的質(zhì)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(chǎn)油封進(jìn)行試驗(yàn)。
首先對(duì)油封進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。模擬實(shí)際車況進(jìn)行試驗(yàn)。即試驗(yàn)中加溫。軸對(duì)油封的偏心量加大為0.2mm，按車輛速度進(jìn)行變化試驗(yàn)，油封在試驗(yàn)條件下不滲漏，即試驗(yàn)合格方可裝車，通過試驗(yàn)可以確認(rèn)油封的性能如回彈性、耐油性、抗老化性等。是對(duì)油封的綜合檢驗(yàn)。
其次加強(qiáng)對(duì)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(guān)鍵，刃口尺寸很難測量，為此制做了塞規(guī)，用塞規(guī)不僅能檢測尺寸，也可對(duì)刃口橢圓及點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行檢測。即將油封套于塞規(guī)上透過光線很容易發(fā)現(xiàn)油封刃口的橢圓及點(diǎn)狀缺陷，油封的橢圓在止端就表現(xiàn)為縫隙，如果出現(xiàn)縫隙則不合格；同時(shí)點(diǎn)狀缺陷通過透光十分明顯，此系缺膠、雜質(zhì)等問題造成，對(duì)切唇油封還存在切唇過程中對(duì)油封刃口的損傷所引起的缺陷，這些都是產(chǎn)生漏油現(xiàn)象的因素，通過以上方法，嚴(yán)格地控制了油封質(zhì)量。
4 裝配的控制
裝配也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)：①對(duì)裝配的零件要去除毛刺，特別是與油封相配的軸，裝配端應(yīng)保證有一個(gè)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(duì)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(duì)中。
5 結(jié)語
解決油封漏油的關(guān)鍵一是與油封配件的質(zhì)量，其次為油封自身性能和刃口質(zhì)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(zhì)量，更要提高相配件質(zhì)量，這樣才能有效解決問題。
針對(duì)斯太爾橋輪轂油封漏油問題，且以左邊漏油多進(jìn)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(chǎn)的油封，請(qǐng)油封廠設(shè)計(jì)人員多次到現(xiàn)場查看，進(jìn)行分析均無結(jié)果。后來我們從密封結(jié)構(gòu)、隔圈、油封及裝配等方面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了問題，為此從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。
2.1 油封與隔圈之間偏心的影響
通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)漏油主要在左邊，經(jīng)多次察看，發(fā)現(xiàn)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(xì)，而漏油的橋其痕跡相對(duì)比較模糊不均勻，且較寬。這是由于油封相對(duì)隔圈在運(yùn)動(dòng)過程中偏心引起跳動(dòng)過大造成的，故控制跳動(dòng)量是解決漏油的一個(gè)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(chǎn)化時(shí)，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(duì)裝配基準(zhǔn)跳動(dòng)為0.04mm，圓柱度為0.02mm，同時(shí)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(jī)加工誤差和熱處理變形之和，使成品誤差加大，很難保證設(shè)計(jì)要求。其次，粗磨時(shí)由于材料硬度低，磨削過程中細(xì)粒砂輪極易粘刀，很難達(dá)到粗糙度要求和實(shí)現(xiàn)無螺紋磨削，粗糙度大，拋光時(shí)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(chǎn)材料及軟氮化工藝不穩(wěn)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(dòng)及0.02mm圓柱度的要求很難保證。
通過以上分析，對(duì)隔圈加工工藝改進(jìn)如下：粗加工→感應(yīng)淬火→粗磨外圓→精磨外圓。這樣跳動(dòng)、圓柱度通過機(jī)加工達(dá)到，成品誤差僅為機(jī)加工誤差，同時(shí)Ra0.4粗糙度是在材料硬度達(dá)到HRC50以上后進(jìn)行磨削保證的，而且分粗精磨兩道工序，很容易達(dá)到，同時(shí)精磨過程因余量小使無螺紋磨削更易實(shí)現(xiàn)，避免了人工拋光對(duì)外圓表面的影響。
以上改進(jìn)提高了隔圈的加工精度，改進(jìn)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(fā)生漏油現(xiàn)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(xiàn)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(shí)外圓表面不得有磨削缺陷如振紋、螺旋紋等。而跳動(dòng)及圓柱度超差，則造成油封的彈性或回彈速度不足以彌補(bǔ)跳動(dòng)及圓柱度脈動(dòng)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(yù)緊力100%檢驗(yàn)裝配調(diào)整的，故不存在問題，后來發(fā)現(xiàn)整車使用后，容易發(fā)生左邊軸頭母脫出及松動(dòng)，輪轂油封漏油明顯增多。輪邊緊固結(jié)構(gòu)為軸頭墊片，鎖片及軸頭母緊固。軸頭母為右旋，順時(shí)針擰緊，右輪邊軸頭母相對(duì)于整車前進(jìn)方向，即輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)方向是一致的，而左邊則相反。盡管整車在運(yùn)轉(zhuǎn)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(fā)生擺動(dòng)，造成油封相對(duì)于隔圈擺動(dòng)變大，而出現(xiàn)漏油。
針對(duì)此問題改進(jìn)方案有兩個(gè)：一是將左邊軸頭母改成左旋，使旋緊方向與輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)量，避免車輛運(yùn)轉(zhuǎn)中軸頭母松退。經(jīng)實(shí)際分析判斷后，采用了第2種方案，因國產(chǎn)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(chǎn)生振紋。此缺點(diǎn)造成螺紋配合形成點(diǎn)接觸，使螺紋自鎖性能下降，出現(xiàn)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(shí)的自鎖性能。
油封密封必須使油封刃口在隔圈上運(yùn)動(dòng)軌跡為一均勻的細(xì)圓環(huán)，如果出現(xiàn)偏心或刃口沿軸向擺動(dòng)，則必然發(fā)生漏油。通過改進(jìn)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(duì)于隔圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)。
3 油封的質(zhì)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(chǎn)油封進(jìn)行試驗(yàn)。
首先對(duì)油封進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。模擬實(shí)際車況進(jìn)行試驗(yàn)。即試驗(yàn)中加溫。軸對(duì)油封的偏心量加大為0.2mm，按車輛速度進(jìn)行變化試驗(yàn)，油封在試驗(yàn)條件下不滲漏，即試驗(yàn)合格方可裝車，通過試驗(yàn)可以確認(rèn)油封的性能如回彈性、耐油性、抗老化性等。是對(duì)油封的綜合檢驗(yàn)。
其次加強(qiáng)對(duì)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(guān)鍵，刃口尺寸很難測量，為此制做了塞規(guī)，用塞規(guī)不僅能檢測尺寸，也可對(duì)刃口橢圓及點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行檢測。即將油封套于塞規(guī)上透過光線很容易發(fā)現(xiàn)油封刃口的橢圓及點(diǎn)狀缺陷，油封的橢圓在止端就表現(xiàn)為縫隙，如果出現(xiàn)縫隙則不合格；同時(shí)點(diǎn)狀缺陷通過透光十分明顯，此系缺膠、雜質(zhì)等問題造成，對(duì)切唇油封還存在切唇過程中對(duì)油封刃口的損傷所引起的缺陷，這些都是產(chǎn)生漏油現(xiàn)象的因素，通過以上方法，嚴(yán)格地控制了油封質(zhì)量。
4 裝配的控制
裝配也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)：①對(duì)裝配的零件要去除毛刺，特別是與油封相配的軸，裝配端應(yīng)保證有一個(gè)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(duì)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(duì)中。
5 結(jié)語
解決油封漏油的關(guān)鍵一是與油封配件的質(zhì)量，其次為油封自身性能和刃口質(zhì)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(zhì)量，更要提高相配件質(zhì)量，這樣才能有效解決問題。
來源：《特種橡膠制品》2006年04期
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