机械变速器输出端渗漏油故障浅析

沙晓丽，常娟



机械变速器输出端渗漏油故障浅析

沙晓丽，常娟

（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西 西安 710000）

文章对机械变速器输出端的常见密封方式及原理进行简介，从多种密封失效故障现象分析原因，并提出对应的解决方法及改进建议。

变速器输出端；渐开线花键；渗漏油

前言

机械式手动变速器作为汽车传动系统中最主要的部件之一，用于协调发动机转速和车辆实际行驶速度，发挥发动机的最佳性能，从而达到车辆对动力性及燃油经济性等的要求。变速器输出法兰通常是采用花键结构与变速器输出轴连接，以传递发动机的扭矩，利用油封与O型密封圈来防止变速器渗漏油。但变速器输出端渗漏油却是常见的故障问题，客户抱怨严重。本文主要从变速器输出端常见的密封方式着手，着重对可能产生渗漏油的原因和改进方法进行剖析。

1 机械变速器常见输出端结构及密封失效故障表现

机械变速器输出端是由输出轴、轴套、里程表被动齿轮（里程表转子）、法兰盘、O型密封圈、垫片、锁紧大螺母及输出后轴承盖及油封组成，如图1所示。O型密封圈作用于输出轴花键末端通过与输出轴轴肩、法兰盘内腔及锁紧螺母垫片接触进行静密封；油封则安装在输出后轴承盖上，与法兰盘外径接触进行动密封。通过O型密封圈与油封的配合使用，达到变速器输出端密封作用。

图1 变速器输出端结构

而变速器输出端的密封失效主要表现为两种情况，分别是从输出后轴承盖与法兰盘结合油封处渗油和法兰盘与锁紧螺母垫片O型密封圈处渗油；无论哪种失效模式，其发生机理均为油封或O型密封圈与零件接触内（外）表面间隙所致。那么要解决变速器输出端渗漏油故障，就是要消除这种间隙。

下面就从油封及O型密封圈的密封原理对出现间隙的原因进行分析。

2 油封及O型密封圈的密封原理

机械变速器输出后轴承盖常常使用的骨架油封，其密封原理如图2所示：油封唇口在径向压力的作用下，形成密封接触环带，在润滑油压力的作用下，油液渗入油封刃口与转轴之间形成极薄的一层油膜，油膜受油液表面张力的作用，在转轴和油封刃刀口外沿形成一个“新月”面，防止油液外溢，起到密封作用。

图2 油封密封原理

而对于O型密封圈的（静）密封原理则是通过其自密封作用，如图3所示：即由于预密封作用，O型圈与被密封光滑面和沟槽底面紧密接触。这样当流体通过间隙进入沟槽时只能对O型圈的一侧面起作用。当流体压力较大时，把O型圈推向沟槽另一面而挤压成D形，并把压力传递给接触面，通过O型密封圈的“形变”将零件之间的空隙进行“填充”，从而达到密封效果。

图3 O型圈（静）密封原理

从油封及O型密封圈的工作原理可以看出，需要密封配合的两零件圆柱表面之间应保留一定的间隙，通过此间隙值才能进一步设计油封及O型密封圈。而变速器输出端渗漏油均是由于配合零件表面之间的间隙超过了油封及O型密封圈的原有设计间隙所致。

那么是什么原因导致变速器输出端零件表面配合间隙变大就是解决渗漏油故障的核心，下面就从变速器输出端的结构进行原因分析。

3 机械变速器输出端油封及O型密封圈密封失效原因分析

对于机械变速器来说，法兰盘与输出轴通过渐开线花键连接固定径向运动，通过锁紧大螺母固定轴向运动，达到平稳输出扭转力矩的作用。影响油封及O型密封圈密封失效的主要因素如下：

3.1 油封失效的主要因素

变速器法兰盘与输出轴之间通过渐开线花键配合传递扭转力矩，而渐开线花键的啮合原理与齿轮类似：啮合花键要进行正确的啮合传动，必须基节相等（Pb=mCOSα）即PB1=PB2（图4）。如果在某一瞬间Pb1理≠Pb1实、Pb2理≠Pb2实，即Pb2≠Pb1时，将会出现什么情况？

图4

图5

图6

假设O2为主动轮，O1为被动轮

1）Pb理＞Pb实（图5）

主动轮：在前一齿还未脱开啮合时，提前进入啮合区，从而延长了双齿啮合区的时间，重叠系数增大，增加了齿轮啮合的稳定性。如果主动轮是处于高速、重载的工作条件下，那么就必须采用这种啮合方式。

被动轮：由于实际基节变长，使被动轮提前脱离啮合区，重叠系数减小，产生冲击。

2）Pb理＜Pb实（图6）

主动轮：在前一齿已脱离啮合时，还未进入啮合区，造成了啮合的瞬时真空区，将引起撞击。

被动轮：由于实际基节变长，增加了双齿啮合区，重叠系数增大，增加了啮合的平稳性。在高速、重载的工作条件下，被动轮必须采用这种啮合方式。

图7 油封唇口偏磨

由此可以看出：在法兰盘转动过程中，渐开线花键齿侧会产生不可消除的间隙而发生径向跳动，从而影响法兰盘与输出轴之间的同轴度。同轴度偏差较大，油封唇口会出现偏磨现象如图7所示，造成油封的早期磨损，产生渗漏油故障。

3.2 O型密封圈失效的主要因素

同样原理，对于O型密封圈而言，在法兰盘传递扭转力矩时被密封的零件同轴度偏差，引起O型圈密封间隙扩大，出现偏心现象导致漏油（如图8）。导致O型密封圈渗漏油失效的还有过度挤出后造成间隙咬伤现象（如图9），产生这种现象主要是由于被密封元件之间产生了轴向窜动，即法兰盘有脱出现象，由法兰盘的锁紧大螺母产生松动造成。

图8 O型密封圈偏心

图9 O型密封圈过度挤出

4 油封、O型密封圈密封失效改进方法

通过以上分析，油封密封失效的主要原因是由于渐开线花键齿侧间隙引起的径向跳动，而O型密封圈失效除了渐开线花键因素外，还有锁紧大螺母松动造成的轴向窜动。渐开线花键齿侧间隙是其固有特性，可以通过控制齿形偏差来调整，但无法完全消除，可将渐开线花键改为矩形花键，减少齿侧间隙，缩小径向跳动保证同轴度；而锁紧大螺母松动可以通过改变大螺母结构，比如将尼龙锁紧螺母改为可铆冲的锁紧螺母，彻底解决松动问题。

除了改善法兰盘和输出轴花键配合及优化锁紧螺母外，还可以调整O型密封圈及油封位置如图10所示，使其位于输出轴花键前端避免由花键配合导致的径向及轴向窜动。

图10 改进后油封及O型密封圈位置

5 总结

通过上文的分析，明确了变速器输出端的密封方式及原理，对常见密封失效原因进行分析，并针对多种失效模式提出对应的改进方法。但由于变速器输出端与后接设备相关联，所以在进行零部件结构改进时需要综合考虑包括空间结构布置、连接强度等因素，才能从根本上解决变速器输出端渗漏油故障问题。

[1] 闻邦椿.机械设计手册[M].北京机械工业出版社,2004.8.

[2] 刘唯信.汽车设计[M].清华大学出版社,2015.

[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）.

Analysis On Oil Leakage Fault At Output of Mechanical Transmission

Sha Xiaoli, Chang Juan

( Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Resarech Institute, Shaanxi Xi’an 710000 )

This paper describes the common sealing methods and principles of the output of the mechanical transmission,analyzes the cause of various sealing failure phenomena,and proposes corresponding solutions and suggestions for improvement.

transmission output; involute spline; leakage oil

B

1671-7988(2018)20-239-03

U463.212+.31

B

1671-7988(2018)20-239-03

U463.212+.31

沙晓丽，就职于陕西法士特汽车传动工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.087