油封座圈回转密封面螺旋纹理检测

高世阳 王浩鑫 张春龙 岳中政 朱立华

摘要：汽车轮毂油封漏油是导致轮端失效的主要问题之一，而油封座圈是用于密封传统轮毂中齿轮油的重要密封零件。该文从与油封配合面油封座圈的螺旋纹理方面提出失效的原因分析并给出了相应的检测方法，通过偏摆仪来检测螺旋纹理，提出了根据螺旋纹理旋向降低漏油率，为提高轮毂油封的密封提供了参考。

Abstract： Oil leakage of automobile hub oil seal is one of the main problems leading to wheel end failure， and oil seal seat ring is an important sealing part used to seal gear oil in traditional hub. In this paper， the failure reason is analyzed and the corresponding detection method is given from the aspect of the spiral texture of the oil seal seat ring on the matching surface of the oil seal. The spiral texture is detected by the deflection instrument， and the oil leakage rate is reduced according to the spiral texture rotation direction， which provides a reference for improving the sealing of the hub oil seal.

关键词：油封漏油;轮毂;油封座圈;螺旋纹理;检测;密封

Key words： oil seal leakage;hub;oil seal seat ring;spiral texture;detection;sealing

中图分类号：TG7                                          文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0126-03

0  引言

隨着中国经济的飞速发展，汽车运输、物流逐渐普遍化，商用车的数量也逐年递增，人们对于商用车安全也越加重视，商用车的故障问题也越加受到人们的关注。传统的轮毂与油封装配到车桥后，油封座圈与半轴套管是过盈配合，轮毂与油封外圈是过盈配合，油封内圈与油封座圈是过盈配合[1-4]。结构见图1。

油封座圈属于盘类零件，结构是回转体，主要分为端面、内孔和外圆。由图1可知，油封座圈对于传统轮毂的密封起着重要的作用，因此，油封座圈对尺寸精度和表面粗糙度要求较高，并且要保证正确的几何精度即形位公差（包括跳动、垂直度、平行度、同轴度等）。详见图2和表1。

1  现存问题

经过大量市场售后走访及调研，商用车轮端失效主要分为轴承失效与油封漏油两方面，油封漏油主要是与油封配合面尺寸不合格漏油和油封损坏后漏油。事实上在拆检市场上漏油轮毂的过程中发现，存在部分漏油轮毂油封本身没有损坏并且在尺寸合格的情况下，轮毂仍然产生渗油、漏油的现象，在观察这部分漏油轮毂时发现，这部分轮毂泄露主要是从油封内圈与油封座圈的回转密封面处漏油。[5-6]详见图3和图4。

除上述现象之外，在市场的走访、调研及对漏油轮毂的拆检统计数量时还发现，那些油封本身没有损坏并且尺寸检测合格的漏油轮毂，车轮左侧的轮毂漏油数量远多于车轮右侧的轮毂漏油数量。详见表2。

经过对这部分漏油轮毂的拆检测量，油封的尺寸和轮毂、油封座圈的尺寸、粗糙度、圆柱度、跳动等完全符合图纸要求，在通过认真的分析和多次讨论后，发现这是油封座圈回转密封面螺旋纹理导致的。

2  原因分析

经过分析，轮毂油封的漏油是由油封座圈回转密封面螺旋纹理导致的，车轮左侧的轮毂漏油数量远多于车轮右侧的漏油数量是油封座圈回转密封面螺旋纹理的旋向引起的。油封座圈的螺旋纹理是在磨削过程中产生的，产生的原因包括磨削过程有轴向进给、磨削过程中的砂轮修整不当、机床安装不当等。

2.1 磨削过程有轴向进给

如果在油封座圈磨削过程，产生了轴向进给，即油封座圈在加工时，油封座圈是随着旋转轴转动的，而刀具则是沿旋转轴轴向前进，这样也就产生了螺旋纹理。油封座圈在加工时，油封座圈是随着旋转轴转动的，而刀具则是沿旋转轴轴向前进，导致油封座圈的螺旋纹理是逆时针方向旋转，即为左旋，而汽车在运行时，左侧车轮旋向与油封座圈螺旋纹理方向一致，在车辆运行时容易导致轮毂内部油液顺着油封座圈螺旋纹理逐渐渗出，其过程就如同日常常见的螺旋送料机构[7-8]，致使轮毂漏油;相反，右侧车轮旋向与油封座圈螺旋纹理方向相反，在车辆运行时，轮毂内部油液不易顺着油封座圈螺旋纹理渗出，因此，左侧的轮毂漏油数量远多于车轮右侧的漏油数量。

2.2 机床安装不当

磨削是通过砂轮和油封座圈的相对运动完成的，如果安装调整不到位，导致油封座圈中心线与砂轮轴线不平行，即砂轮本身存在一定倾斜角度，在油封座圈加工时也会导致螺旋纹理的产生。[9]

2.3 砂轮修整不当

砂轮修整是磨削加工中十分重要的一个环节，在正常情况下通过金刚石修整的砂轮工作面是平整的，加工出来的油封座圈不会带有螺旋纹理，但如果金刚石的运行轨迹出现波动，造成修磨的不均匀，就可能导致螺旋纹理的产生。

3  轴密封表面螺旋纹理检测方法

油封座圈螺旋纹理的检测与控制：采用偏摆仪的方法进行检测。偏摆仪结构详见图5（a）、图5（b），工作示意详见图6。

①工作台保证水平，将偏摆仪放置于工作台上。

②将工件表面处理干净，并在表面涂抹适量的润滑油。

③取一根高强度的细线，推荐直径为0.25mm。

④将细线挂在轴上，在下面挂一200g至500g的重物，调整夹角210°至280°。

⑤轴以匀速左右旋转，观察细线在轴上的运动。

⑥判定：如果细线在轴上无轴向运动，则判定轴表面无螺旋纹理，如果细线在轴表面上有轴向运动，则判定轴表面有螺旋纹理。

4  轴密封表面螺旋纹理判定标准

轴沿顺时针方向转动10圈，细线运动的轴向距离应小于2mm，合格;否则不合格。轴逆时针10圈，细线运动的轴向距离应小于2mm，合格;否则不合格。

轴沿顺时针方向转动时，如果细线在轴表面上向左侧移动，则螺旋纹理是逆时针旋转，即为左旋;如果细线在轴表面上向右侧移动，则螺旋纹理是顺时针旋转，则为右旋。当轴沿逆时针方向转动时，如果细线在轴表面上向左侧移动，则螺旋纹理是顺时针旋转，即为右旋;如果细线在轴表面上向左侧移动，则螺旋纹理是逆时针旋转，则为左旋。

注意：在测试前，工件装到偏摆仪上后对被测试面做全跳动检测，原则上调整到全跳动小于0.15mm后再进行下一步检测。

5  油封座圈表面螺旋纹理的处理建议

油封座圈上螺旋纹理的存在也并非完全都是坏现象。根据上述漏油轮毂的统计以及对油封座圈上螺旋纹理分析研究，我们可以通过控制油封座圈的螺旋纹理的旋向来降低轮毂的漏油率，对左侧车轮和右侧车轮选用螺旋纹理旋向不同的油封座圈来解决轮毂油封漏油的问题，对于左侧车轮，选用右旋螺旋纹理的油封座圈;对于右侧车轮，则选用左旋螺旋纹理的油封座圈，通过控制油封座圈螺旋纹理旋向与车轮前进方向相反，从而使轮毂内部油液在车辆运行时无法顺着油封座圈螺旋纹理渗出。

目前市场上存在很多的油封都是在运用螺旋纹理的结构，但油封与油封座圈的接触面为橡胶材质，导致油封表面的螺旋纹理易被磨损，因此我们可以选用金属材质的油封座圈，通过将油封座圈淬火提高油封座圈的耐磨性之后再做磨削，从而加工出螺旋纹理，并對油封座圈的表面粗糙度进行控制，一般表面光洁度为Ra0.8，硬度高频淬火后达到45-55HRC，来加强车辆轮毂的密封。

螺旋纹理的本质与螺纹相同，要想对螺旋纹理得到更好的应用，还需关注其关键参数，这些关键参数直接影响到密封系统的回油量和回油速度。并非所有无规则性的螺旋纹理都可以用于密封回油的。螺旋纹理的控制参数主要包含：微观螺旋螺距、微观螺旋升角、纹理深度等参数。螺旋螺距较大回油效果好，但易对油封进行大幅度切割，导致油封寿命下降;反之，螺旋螺距较小回油量和回油效率低，可以减小对油封唇口的切割，提升油封寿命。螺旋纹理使用中要对每件油封座圈进行相应的气密性检测：测试时零部件带油封，与油封座圈配合后，通入0.1MPa的气体，保压30s，压降小于150Pa，该方法作为其中一种检测方法，另外还可以进行通气量法检测，对于要求更为严格的零件可以进行旋转动态气密检测，以减小或控制螺旋纹理的直接影响。[10]

6  结论

为降低传统轮毂的故障率，减少油封漏油情况的发生，油封座圈在加工时必须要注意螺旋纹理的产生，做到无螺旋磨削。螺旋纹理这个现象的出现并非全部有害，这个现象的出现对于做好密封系统具有一定启发性。可以直接利用反向螺旋纹理解决密封问题，对于存在螺旋纹理的油封座圈，在偏摆仪检测完螺旋纹理后，通过纹理的旋向来确认装配到车辆时的车轮，从而提高传统轮毂的使用寿命，加强商用车的安全性。

参考文献：

[1]吴立平.对于旋转体动密封问题的思考[A].湖南工业职业技术学院学报，2008（01）：12-13.

[2]姜丽杰.浅谈机械密封在旋转设备上的应用及故障处理[J].农村实用科技信息，2014（10）：56.

[3]勾永和.谈机械密封在旋转设备上的应用及故障处理[J]. 农村实用科技信息，2012（08）：75.

[4]饶剑文，陈田兵.车桥轮毂外密封结构创新[J].现代零部件，2009（12）：78-79.

[5]黄德杰，李兴林，周旭.轮毂轴承密封失效分析[J].轴承，2017（07）：29-32，37.

[6]周旭，汪峰，邱宝象.第三代轮毂轴承单元密封件的设计与性能验证[J].轴承，2012（07）：62-64.

[7]吴午.机械密封在旋转设备上的应用及故障处理[J].价值工程，2010（29）：32.

[8]陈霄.机械密封在旋转设备上的故障原因及故障处理[J].职业，2012（06）：121.

[9]朱正德.轴类零件回转密封面螺旋线纹理结构及其检测[J].精密制造及自动化，2013（02）：50-53.

[10]黄凯.螺旋密封的设计与选用[J].广东化工，2014（41）：159，170.