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汽车驱动桥轮毂油封漏油问题的分析与解决

2013-11-15

庞晟
（陕西汉德车桥有限公司，陕西岐山　722408）

　　摘　要：汽车驱动桥的渗漏是困扰汽车的难题之一。该文从驱动桥密封的结构特点及运动件对油封的影响，提出了油封与相配件在相对运动中的摆差、轮边装调、油封制造等方面是解决动态密封漏油的关键，并对具体方案进行了分析和阐述，为动态低压密封漏油问题的解决提供了参考。
　　关键词：汽车驱动桥；油封；漏油；动态低压密封
　　斯太尔汽车驱动桥自20世纪80年代与斯太尔整车一同引进以来，一直受到中国重型卡车市场的青睐。该桥为中央及轮边两级减速，通过性好，为15吨以上汽车的重载桥，特别适用于工程车、大吨位重载汽车。但斯太尔桥在使用中也暴露出不少问题，特别是轮毂油封的漏油问题，该处一旦漏油容易流到摩擦片上，严重影响行车安全。针对此问题我们自2002年下半年着手攻关解决，历时两年，通过反复地改进及分析，使轮毂油封的漏油问题得到较好解决。
　　1　斯太尔桥封油结构及特点
　　图1为斯太尔桥结构图。中段以桥包、桥管及桥管两端的半轴油封形成一个油腔。在桥壳后盖上，有一加油口及放油口，两端各自形成独立的油腔，即以轮毂、隔圈、O形密封圈、轮毂油封在轮边减壳内腔及轮毂内腔区域形成独立油腔，在端盖上有一加油口及放油口。轮边油腔靠O形密封圈和轮毂油油封进行密封，O形圈为静压密封，只要与工作面配合良好，有一定的预压量，就能达到封油效果。轮毂油封为动密封，影响因素较多，容易发生漏油现象，斯太尔桥发生的漏油现象绝大多数就为轮毂油封漏油。

图1 斯太尔驱动桥结构图
1.制动鼓；2.轮毂；3.O型圈；4.半轴油封；5.轮毂油封；6.隔圈；7.O型圈；8.桥壳；9半轴

　　2　漏油原因的分析及解决措施
　　针对斯太尔桥轮毂油封漏油问题，且以左边漏油多进行了分析与研究。原油封使用的是斯太尔配套厂家德国KACO公司生产的油封，请油封厂设计人员多次到现场查看，进行分析均无结果。后来我们从密封结构、隔圈、油封及装配等方面进行分析，发现了问题，为此从以下几个方面进行了改进。
　　2.1 油封与隔圈之间偏心的影响
　　通过统计分析，发现漏油主要在左边，经多次察看，发现漏油的桥油封刃口在隔圈外圆上磨削的痕迹线不同，不漏油的桥一般其痕迹线明显沿周线比较均匀，且较细，而漏油的桥其痕迹相对比较模糊不均匀，且较宽。这是由于油封相对隔圈在运动过程中偏心引起跳动过大造成的，故控制跳动量是解决漏油的一个重要方面。因轮毂轴承孔与油封孔为一次装夹加工而成，故不存在问题，所以问题主要出在隔圈上。原隔圈国产化时，照搬了斯太尔的加工工艺，即粗加工→粗磨外圆→软氮化→外圆面抛光。按图纸要求隔圈外圆面相对装配基准跳动为0.04mm，圆柱度为0.02mm，同时外圆面粗糙度为Ra0.4，且为无螺纹磨削。该工艺有一定的缺陷：首先，成品误差为机加工误差和热处理变形之和，使成品误差加大，很难保证设计要求。其次，粗磨时由于材料硬度低，磨削过程中细粒砂轮极易粘刀，很难达到粗糙度要求和实现无螺纹磨削，粗糙度大，抛光时很难将螺旋纹抛掉，抛深了则容易损伤软氮化后的白亮层，这样加工难度较大。还有，国产材料及软氮化工艺不稳定，造成软氮化后变形较大，有的变形甚至超过0.1mm，再加上加工误差，所以0.04mm跳动及0.02mm圆柱度的要求很难保证。
　　通过以上分析，对隔圈加工工艺改进如下：粗加工→感应淬火→粗磨外圆→精磨外圆。这样跳动、圆柱度通过机加工达到，成品误差仅为机加工误差，同时Ra0.4粗糙度是在材料硬度达到HRC50以上后进行磨削保证的，而且分粗精磨两道工序，很容易达到，同时精磨过程因余量小使无螺纹磨削更易实现，避免了人工抛光对外圆表面的影响。
　　以上改进提高了隔圈的加工精度，改进了隔圈与油封的装配精度。隔圈的粗糙度过低，容易造成油封刃口早期磨损。从而发生漏油现象，但粗糙度也不能太高，太高则无法在油封及外圆表面之间形成油膜，从而出现干摩擦，其表面有灼烧痕迹。一般图纸要求粗糙度Ra0.4，较为理想的范围为Ra0.3-Ra0.5之间，同时外圆表面不得有磨削缺陷如振纹、螺旋纹等。而跳动及圆柱度超差，则造成油封的弹性或回弹速度不足以弥补跳动及圆柱度脉动周期，容易引起漏油。
　　2.2 轮毂轴承间隙的影响
　　在装配过程中，轮毂轴承间隙是通过轴承预紧力100%检验装配调整的，故不存在问题，后来发现整车使用后，容易发生左边轴头母脱出及松动，轮毂油封漏油明显增多。轮边紧固结构为轴头垫片，锁片及轴头母紧固。轴头母为右旋，顺时针拧紧，右轮边轴头母相对于整车前进方向，即轮毂转动方向是一致的，而左边则相反。尽管整车在运转中，轴承轴向力很小，但此力始终存在，在瞬间可能还比较大，易造成左边锁片撕裂、轴头母松退，轮毂轴承间隙变大而发生摆动，造成油封相对于隔圈摆动变大，而出现漏油。
　　针对此问题改进方案有两个：一是将左边轴头母改成左旋，使旋紧方向与轮毂转动方向一致，但该方法给制造和装配造成一定不便。二是提高轴头螺纹制造质量，避免车辆运转中轴头母松退。经实际分析判断后，采用了第2种方案，因国产化后轴头螺纹一直采用铣削加工，加工后螺纹表面粗糙度差，容易产生振纹。此缺点造成螺纹配合形成点接触，使螺纹自锁性能下降，出现松退。后将轴头螺纹加工改为车削，提高了螺纹表面粗糙度并避免了振纹，保证了螺纹配合时的自锁性能。
　　油封密封必须使油封刃口在隔圈上运动轨迹为一均匀的细圆环，如果出现偏心或刃口沿轴向摆动，则必然发生漏油。通过改进提高了隔圈及轴头螺纹的加工精度。有效地解决了油封刃口相对于隔圈在转动时的摆动。
　　3　油封的质量控制
　　在采用KACO公司油封仍不能解决问题的情况下，选择了国产油封进行试验。
　　首先对油封进行台架试验。模拟实际车况进行试验。即试验中加温。轴对油封的偏心量加大为0.2mm，按车辆速度进行变化试验，油封在试验条件下不渗漏，即试验合格方可装车，通过试验可以确认油封的性能如回弹性、耐油性、抗老化性等。是对油封的综合检验。
　　其次加强对刃口尺寸的检测。油封有的是切唇，有的是模压成型，不论那种油封，刃口是关键，刃口尺寸很难测量，为此制做了塞规，用塞规不仅能检测尺寸，也可对刃口椭圆及点状缺陷进行检测。即将油封套于塞规上透过光线很容易发现油封刃口的椭圆及点状缺陷，油封的椭圆在止端就表现为缝隙，如果出现缝隙则不合格；同时点状缺陷通过透光十分明显，此系缺胶、杂质等问题造成，对切唇油封还存在切唇过程中对油封刃口的损伤所引起的缺陷，这些都是产生漏油现象的因素，通过以上方法，严格地控制了油封质量。
　　4　装配的控制
　　装配也是一个重要环节：①对装配的零件要去除毛刺，特别是与油封相配的轴，装配端应保证有一个圆弧倒角，且粗糙度符合要求，过渡必须光滑，并避免毛刺，这样才能避免装配过程中对油封刃口的损伤。②油封的压装配必须用专用压具，并定期检查压具两端的平行度，保证油封压正，对中。
　　5　结语
　　解决油封漏油的关键一是与油封配件的质量，其次为油封自身性能和刃口质量，三是装配过程。这样则可有效控制和解决漏油问题，自从采取以上措施后，斯太尔桥的轮毂油封漏油有大幅下降。所以解决漏油问题不仅要提高油封质量，更要提高相配件质量，这样才能有效解决问题。

来源：《特种橡胶制品》2006年04期

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