油封失效故障点分析

古婷，孙建明

油封失效故障点分析

古婷，孙建明

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

在变速箱密封系统中，油封的作用无可替代，但因其复杂的工况，油封的故障不可避免。文章介绍了一种油封失效分析思路，并从设计角度提出如何从设计上规避油封失效，旨在找出问题根本原因，降低故障发生。

油封；漏油；装配；加工；材料

CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-190-03

前言

油封作为一种高技术含量的密封零件，在汽车发动机、变速箱中被广泛应用。由于其应用环境的复杂性和自身重要性，油封需要耐高低温、耐高压、耐特殊介质，适应高速、震动和满足汽车使用寿命。因此其不可避免会出现多种失效模式，本文就骨架油封在变速箱上的应用为例，分析油封失效的故障点。旨在为今后故障排查提供一种思路。

1 油封失效分类

油封失效的统一表现为漏油，引起漏油的原因有以下几种：

1）油封非正常磨损；

2）油封偏磨；

3）油封划伤、开裂；

4）油封老化、变形；

5）润滑脂涂抹太多，堵塞回油线。

2 造成油封失效的可能故障点形成FTA故障树，如图1

图1 油封FTA故障树

2.1 设计问题

a）尺寸要求：实物尺寸是否满足设计要求，包括公差及磨损量，磨损量需通过光学影像检测仪检测。

b）材料要求：材料性能是否满足设计要求，油封常用氟橡胶的材料性能指标包括：硬度、拉伸强度、拉断伸长率、压缩永久变形、耐热老化、耐油等。

表1

c）性能要求：油封能否满足整车使用要求，一般在设计时通过试验验证，试验包括高低温测试和寿命试验。

2.2 加工问题

与油封配合的轴及油封座的精度都极大的影响着油封的使用性能，因此轴和油封座的精度需要严格控制。

a）轴尺寸

表2

经过检测值与设计值对比，确认轴加工是否满足设计要求。

b）油封座尺寸

表3

经过检测值与设计值对比，确认油封座加工是否满足设计要求。

2.3 装配问题

a）油封装入油封座的方式：装配时，先将油封座放在油封压机的平台上，油封放在压套上，开启压机开关，压套和油封一起向下进入油封座孔，油封和油封座端面平齐，装配完成。

图2

b）轴装入油封的方向与方式：油封固定，轴平稳的推进油封，然后将轴固定。装配完成后检测油封与轴配合面接触是否均匀，转动轴检测一周是否有杂质和缺陷。

图3

3 设计如何规避油封失效

3.1 结构设计

油封结构设计需根据油封使用情况和配合环境进行综合考虑，结构的好坏直接影响到使用性能，这是一个复杂的计算分析过程，由于文本限制，本文不再详细介绍。

与密封强相关的唇口过盈量设计，我们可以参考国标：GB/T9877《液压传动 旋转轴唇形密封圈设计规范》要求，当然具体参数还需根据材料确定。

表4 唇口过盈量及极限偏差 单位为毫米

在结构设计过程中可以参考一下标准：

GB 9877 《液压传动 旋转轴唇形密封圈设计规范》

GB-T 3452《液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸和设计计算准则》

GBT 13871.1《密封元件为弹性体材料的旋转轴唇形密封圈 第1部分：基本尺寸和公差》

3.2 材料选择

a）对橡胶材料的考虑

油封材料的选择，决定了其耐摩擦、磨损性能、耐介质性能和密封性能等。除耐高低温、耐介质、耐磨损和耐老化等一般要求外，还必须具有良好的挠性(即良好的变形恢复能力与足够的刚性相结合)，以使其在轴运行时对轴有良好的跟随性和对轴的不规则性、偏心和震动有良好的补偿能力。具有高度挠性的密封唇对密封轴所需径向力也小，因而能减小摩擦力和摩擦生热。

b）对环境的考虑

环境温度对橡胶材料及其工作特性有很大的影响，高温使橡胶材料老化，低温使橡胶材料变硬甚至变脆。除此之外，对于轴唇圈最重要的是考虑温度对橡胶杨氏模量的影响，因杨氏模量的变化直接影响到唇对轴的抱紧力，即影响密封性能。高温对轴唇圈性能的影响，除降低杨氏模量影响密封性外还会使油的粘度大大降低，而降低唇下油膜的厚度。致使摩擦生热增大，降低密封性能。

c）对密封介质的考虑

密封流体主要影响橡胶材料性能、润滑条件和散热。橡胶材料的选择很大程度上取决于被密封的流体。密封流体造成橡胶材料的软化、过渡膨胀、硬化或降低密封性能。油经长期高温使用后会沉积黑色油泥，增加密封唇的磨损；其他润滑油长期使用后也会存在金属、砂尘粒子。就象磨料一样使唇和轴磨损，导致轴唇圈寿命缩短。

3.3 试验验证

试验是验证零部件性能的重要手段，要检验设计是否满足使用要求，可通过试验模拟，验证零部件性能达标情况。因油封使用位置不同，匹配变速箱及车型不同，试验项目及内容不可能完全一致。性能试验可参考国标GB/T 13871.4《 密封元件为弹性体材料的旋转轴唇形密封圈 第4部分：性能试验程序》。

4 结束语

油封作为变速箱上重要的密封元件，对整车功能实现和安全起着至关重要的作用，因此找出油封失效故障点，分析根本原因，从而反向指导设计，避免重蹈覆辙是设计必须经历的过程，本文仅提供一种分析思路，实际应用过程中问题纷繁复杂，不可能完全借用本文思路，因此需要设计人员多多积累经验，不断完善油封品质。

[1] 吴彰良,孙长库,刘洁基于图像处理的油封缺陷自动检测与分类识别方法.[J]仪器仪表学报.2013 34(5) .

[2] 胡泽华,张红烨.TFE油封技术发展趋势[J].润滑与密封.2015 (10).

[3] 李玉婷,廖日东,李杰.柴油机曲轴前油封密封性能分析及优化设计.[J]润滑与密封2013 (9) .

[4] 黄乐,郭飞,贾晓红,索双富,范清.基于Ansys的油封径向力分析.[J]润滑与密封2013 38(4) .

[5] 唐陈,赵良举, 杜长春,李云飞,侯激波.油封密封性能的实验研究.[J]合肥工业大学学报2016 39(8) .

[6] 高福年,石明霞,王耀林,旋转轴.唇形橡胶密封圈(骨架油封)的质量控制和性能试验.[J]弹性体》2004 14(3).

[7]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册设计篇.人民交通出版社,2001.

[8] 方远 陈安宁 董卫平 振动模态分析技术[M],北京,国防工业出版社,1990.

[9] 余志生.汽车理论[M],北京，机械工业出版社,2005.

[10] 庞剑,何华.汽车噪声与振动[M],北京,北京理工大学出版社,2006.

Design Approach of The ventilation cover

Gu Ting, Sun Jianming
( Shaanxi Fast Gear CO., LTD, Shaanxi Xi'an 710119 )

The automobile ventilation cover plays an important role in the vehicle, drainage and drain away water for the vehicle. The structure design is complicated because of its connection with the front windshield, fender and engine compartment. This paper mainly introduces the design principles, regulatory requirements, structural constraints, process requirements and material selection of ventilation cover. Emphatically introduce the requirements of structural design.

The ventilation cover; spill; Structural design; Process; Material

U472

A

1671-7988 (2017)16-190-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.066

古婷（1989-），工程师，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司。