丁 盼

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺談某輕卡前輪轂漏油問(wèn)題

丁 盼

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了某輕卡前輪轂漏油原因分析及整改驗(yàn)證措施，減少了輪轂漏油故障的出現(xiàn)，提升了車輛前軸旋轉(zhuǎn)件的使用壽命以及行車安全性能。

前輪轂；漏油；油封；油封座；輪轂軸承

CLC NO.:U472.4Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-107-04

引言

前輪轂是輕卡連接車輪和車軸的重要部件，在車輛行駛過(guò)程中，輪轂內(nèi)部軸承及油封等零部件高速旋轉(zhuǎn)，輪轂內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件應(yīng)該有較好的潤(rùn)滑，防止旋轉(zhuǎn)部件溫度過(guò)高及過(guò)快磨損。

前輪轂漏油是輕卡前軸常見(jiàn)問(wèn)題，其中前輪轂內(nèi)側(cè)漏油最為常見(jiàn)。前輪轂內(nèi)側(cè)滲出的油液如果進(jìn)入制動(dòng)鼓內(nèi)部，可能嚴(yán)重影響車輛制動(dòng)性能，帶來(lái)極大的安全隱患。而且輪轂內(nèi)腔潤(rùn)滑脂流失將降低輪轂軸承潤(rùn)滑效果，增大軸承系統(tǒng)發(fā)熱量，加速軸承磨損，不僅會(huì)降低軸承使用壽命，還會(huì)導(dǎo)致輪轂內(nèi)腔壓力升高，一旦超過(guò)油封許用壓力，油封密封效果將急劇變差，使得輪轂內(nèi)各旋轉(zhuǎn)件使用工況變得更為惡劣。

本文通過(guò)對(duì)某輕型前輪轂漏油現(xiàn)象的調(diào)查分析，找出漏油的原因，并在實(shí)車上整改驗(yàn)證，在一定程度上減少了輪轂內(nèi)側(cè)漏油現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1、輕卡前輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)

1.1 前輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)唇形油封與油封座密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便可靠，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)輕、中、重卡前輪轂內(nèi)側(cè)密封。本文介紹一種常見(jiàn)的輪轂內(nèi)側(cè)密封結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 鼓式前橋輪轂結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

輪轂油封與油封座過(guò)盈配合，起到靜態(tài)密封油液的作用。車輛行駛過(guò)程中，油封繞油封座旋轉(zhuǎn)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]的研究，油封唇口與油封座接觸區(qū)域?qū)a(chǎn)生一層很薄的潤(rùn)滑油膜，可以減小油封唇口與油封座的摩擦，減緩橡膠的老化和磨損。同時(shí)由于唇形旋轉(zhuǎn)油封存在泵吸效應(yīng)，油封在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中泄露的油液將會(huì)從空氣側(cè)泵回到輪轂內(nèi)腔油側(cè)，起到動(dòng)態(tài)密封油液的作用。

2、故障現(xiàn)象調(diào)查

2.1 故障車輛調(diào)查與拆解

試驗(yàn)場(chǎng)反饋整車在道路試驗(yàn)過(guò)程中，某型號(hào)前橋出現(xiàn)批量漏油現(xiàn)象，漏油現(xiàn)象如圖2所示。批量漏油的車輛試驗(yàn)路況及試驗(yàn)里程如表1所示，其中下劃線標(biāo)記的部分為試驗(yàn)車輛首次漏油試驗(yàn)道路類型及試驗(yàn)里程。從故障車輛中選取了一臺(tái)漏油較為嚴(yán)重的車輛，將前橋總成拆解分析，對(duì)關(guān)鍵零部件尺寸進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 車輛漏油故障

表1 車輛漏油里程統(tǒng)計(jì)

2.2 故障件檢測(cè)分析

對(duì)油封、油封座、潤(rùn)滑脂及軸承進(jìn)行分析，其中油封關(guān)鍵尺寸檢測(cè)結(jié)果如表2所示：

表2 油封關(guān)鍵尺寸檢測(cè)

拆下油封座之后，發(fā)現(xiàn)油封座外圓柱面出現(xiàn)了一道明顯的環(huán)形溝槽，油封座檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 3，發(fā)現(xiàn)油封座的內(nèi)圓柱面磨損異常，外圓柱面硬度異常。

表3 油封座關(guān)鍵尺寸檢測(cè)

對(duì)故障軸承進(jìn)行了檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)外軸承內(nèi)圈及端面出現(xiàn)了不同程度的磨損，故障輪轂軸承拆解見(jiàn)圖3、圖4，圖5為淬火回火組織照片。

圖3 輪轂外軸承拆解

圖4 輪轂內(nèi)軸承拆解

圖5 淬火回火組織照片

轉(zhuǎn)向節(jié)檢測(cè)結(jié)果如表4所示，可見(jiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑有不同程度的磨損。

表4 轉(zhuǎn)向節(jié)主要尺寸檢測(cè)結(jié)果

拆解前橋后發(fā)現(xiàn)油脂呈現(xiàn)變黑，稀化現(xiàn)象，抽取油脂進(jìn)行分析，圖6為潤(rùn)滑脂稠化劑紅外光譜圖，圖6頂部曲線為新油脂紅外光譜圖，從光譜圖上看，現(xiàn)場(chǎng)提取的油脂稠化劑結(jié)構(gòu)與新脂一致，說(shuō)明三個(gè)樣品稠化劑結(jié)構(gòu)沒(méi)有因?yàn)楦邷匮趸?、剪切而被破壞。樣品中鐵、鈣元素較新脂大幅增加，詳見(jiàn)表5；潤(rùn)滑脂性能檢測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表6，潤(rùn)滑脂的稠度大幅降低。

圖6 稠化劑紅外光譜圖

表5 潤(rùn)滑脂元素分析報(bào)告

表6 潤(rùn)滑脂性能檢測(cè)報(bào)告

3、FTA分析

對(duì)于輪轂內(nèi)側(cè)漏油現(xiàn)象，根據(jù)故障前橋拆解數(shù)據(jù)，主要從以下幾個(gè)方面對(duì)分析輪轂漏油的原因。

圖7

4、原因排查

4.1 油封唇口異常磨損

經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)油封供貨狀態(tài)確認(rèn)，油封成品件在主副唇口之間均勻涂附了一圈潤(rùn)滑脂，如圖7所示，拆解油封過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)故障油封上潤(rùn)滑脂附著良好，不存在潤(rùn)滑不良的情況。對(duì)故障前橋油封座表面粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，表3檢測(cè)結(jié)果顯示油封座粗糙度符合設(shè)計(jì)要求，外圓柱面硬度不達(dá)標(biāo)，耐磨性能變差，導(dǎo)致油封座外圓柱面出現(xiàn)了一道明顯的環(huán)形溝槽，增大了油封唇口與油封座接觸面積，加速唇口的磨損。

在后續(xù)同型號(hào)試驗(yàn)車輛前橋裝配前，抽取同批次油封座進(jìn)行硬度檢測(cè)，硬度≥HRC58，滿足設(shè)計(jì)要求，如圖 10所示。裝橋后進(jìn)行高速環(huán)道試驗(yàn)，試驗(yàn)里程如表7所示，發(fā)現(xiàn)該批次車型在試驗(yàn)里程內(nèi)無(wú)漏油現(xiàn)象出現(xiàn)。將上述3臺(tái)車輛油封及油封座換下，發(fā)現(xiàn)油封座表面無(wú)環(huán)形溝槽，對(duì)油封及油封座關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表8、表9所示，發(fā)現(xiàn)油封主唇口存在磨損，且磨損隨著里程增加而變大，但在符合要求范圍內(nèi)，油封座內(nèi)圈無(wú)明顯磨損，因此可以判定，油封座硬度不達(dá)標(biāo)是油封唇口磨損以及潤(rùn)滑脂泄露的一個(gè)重要影響因素。

圖7

圖8

表7 試驗(yàn)道路類型及里程統(tǒng)計(jì)

表8 油封尺寸檢測(cè)

表9 油封座尺寸檢測(cè)

4.2 油脂稀化變質(zhì)

目前使用的潤(rùn)滑脂許用溫度范圍在-20℃～160℃，抽取裝配同型號(hào)前橋的某臺(tái)試驗(yàn)車輛進(jìn)行了溫度測(cè)試，測(cè)試車速與試驗(yàn)車速保持一致，具體要求如下：

（1）高速環(huán)道，車速90-100km/h，行駛30km；

（2）強(qiáng)化路，車速30-40km/h，行駛30km；

（3）山路，車速30-40km/h，行駛30km。

采用點(diǎn)溫計(jì)對(duì)輪轂內(nèi)腔溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)位置為輪轂內(nèi)腔，（1）、（2）、（3）組成一個(gè)循環(huán)，每臺(tái)車輛測(cè)試三個(gè)循環(huán)，其中輪轂內(nèi)腔測(cè)試溫度數(shù)據(jù)如圖9所示，通過(guò)溫度測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，同一個(gè)循環(huán)內(nèi)輪轂內(nèi)腔平均溫度山路最高，高速環(huán)道最低，且均在潤(rùn)滑脂許用溫度范圍內(nèi)。

油脂檢測(cè)結(jié)果顯示潤(rùn)滑脂稠化劑結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞，但稠度降低。從溫度測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，可以排輪轂溫度對(duì)潤(rùn)滑脂的影響，從潤(rùn)滑脂元素分析表中可以看出，潤(rùn)滑脂鐵元素含量急劇增加，鈣元素含量異常。輪轂、輪轂軸承、油封及油封座均不含鈣元素，潤(rùn)滑脂本身鈣元素含量極低，因此判斷外界雜質(zhì)進(jìn)入輪轂內(nèi)腔導(dǎo)致鈣元素含量異常。對(duì)輪端零部件鈣元素調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)蹄片含有鈣元素，化驗(yàn)制動(dòng)蹄片粉末以及樣品油脂，發(fā)現(xiàn)樣品中含有制動(dòng)蹄片粉末，可以確定鈣元素來(lái)自制動(dòng)蹄片磨損后產(chǎn)生的粉末。

抽取上述3臺(tái)試驗(yàn)車輛潤(rùn)滑脂進(jìn)行檢測(cè)分析，元素含量及性能如表10、表11所示，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油封座以及油封無(wú)異常磨損時(shí)，潤(rùn)滑脂中鈣元素含量極低，稠度下降較小，性能衰減大大低于故障前橋中的潤(rùn)滑脂，因此可以判斷潤(rùn)滑脂稠度降低的原因?yàn)?，油封唇口及油封座磨損后，制動(dòng)蹄片磨損產(chǎn)生的粉末進(jìn)入輪轂內(nèi)腔，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂加速氧化，稠度降低，加重油脂泄露。

圖9 輪轂內(nèi)腔溫度測(cè)試數(shù)據(jù)

表10

表11

4.3 油封座圈磨損

從故障油封座的檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)配合面磨損較為嚴(yán)重，故障油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)的配合面單邊間隙已達(dá)到 0.07mm，表明油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑存在比較嚴(yán)重的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的主要原因如下：

首先，該型前橋油封座通過(guò)內(nèi)圓柱面與轉(zhuǎn)向節(jié)配合，無(wú)徑向限位措施，試驗(yàn)車輛在強(qiáng)化路面沖擊的情況下，油封座產(chǎn)生輕微的徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致結(jié)合面磨損。

其次，對(duì)輪轂軸承檢測(cè)發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈有較為嚴(yán)重的微動(dòng)磨損，與軸承配合的轉(zhuǎn)向節(jié)也有較大磨損。原因是車輛通過(guò)強(qiáng)化路面時(shí)，軸承受到較大的沖擊，軸承內(nèi)圈產(chǎn)生微動(dòng)，隨著試驗(yàn)里程增加，軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)軸徑磨損加??；通過(guò)對(duì)輪轂內(nèi)外軸承進(jìn)行受力分析發(fā)現(xiàn)，車輛滿載狀態(tài)下，輪轂內(nèi)軸承端面作用在油封座上的軸向力大致在3000N左右，輪轂外軸承作用在輪端鎖緊螺母上的力為 800N，軸承內(nèi)圈微動(dòng)時(shí)，輪轂內(nèi)軸承將帶動(dòng)油封座轉(zhuǎn)動(dòng)，加劇油封座內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向節(jié)磨損，輪轂外軸承將與鎖片產(chǎn)生微動(dòng)磨損。從故障前輪轂拆解結(jié)果看，油封座與輪轂內(nèi)軸承接觸面產(chǎn)生了較大的磨損，其中軸承端面永久性標(biāo)志已被嚴(yán)重磨損，輪轂外軸承鎖片端面也產(chǎn)生了明顯的磨損，上述現(xiàn)象表明輪轂軸承內(nèi)圈存在較為嚴(yán)重的微動(dòng)磨損。

隨著微動(dòng)磨損加劇，油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)之間配合變?yōu)殚g隙配合，密封效果急劇下降，潤(rùn)滑脂稀化以及內(nèi)腔溫度升高的情況下，油脂很從油封座與轉(zhuǎn)向節(jié)配合面的縫隙中漏出。

經(jīng)過(guò)與軸承供應(yīng)商交流研討，對(duì)軸承裝配現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)裝配輪端鎖緊螺母時(shí)，未充分轉(zhuǎn)動(dòng)輪轂，出現(xiàn)了對(duì)鎖緊螺母假定扭的情況，現(xiàn)場(chǎng)選取六臺(tái)同類型前橋，對(duì)輪端鎖緊螺母按照要求裝配鎖緊螺母，螺母裝配過(guò)程中充分轉(zhuǎn)動(dòng)輪轂后再進(jìn)行定扭。然后進(jìn)行強(qiáng)化路試驗(yàn)，試驗(yàn)里程如表12所示，從試驗(yàn)結(jié)果看，鎖緊螺母定扭后，車輛強(qiáng)化路漏油里程提高到 12000km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)強(qiáng)化路試驗(yàn)規(guī)定的試驗(yàn)的8000km，拆下車輛油封座進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表13所示，可見(jiàn)鎖緊螺母定扭后，輪轂軸承微動(dòng)磨損大幅降低，但由于強(qiáng)化路面沖擊較大，仍然存在軸承內(nèi)圈微動(dòng)磨損的情況，無(wú)法避免?？紤]到車輛在用戶實(shí)際使用過(guò)程中，路況遠(yuǎn)好于試驗(yàn)場(chǎng)的強(qiáng)化路況，因此控制好油封座的質(zhì)量以及輪端鎖緊螺母扭矩，可以大幅減少漏油故障的發(fā)生。

表12

表13

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)某輕卡前輪轂漏油情況調(diào)研及系統(tǒng)分析，確認(rèn)輪轂漏油的主要原因?yàn)橛头庾捕炔贿_(dá)標(biāo)以及輪轂軸承鎖緊螺母出現(xiàn)了假定扭，逐一驗(yàn)證，確認(rèn)輪轂漏油的根本原因，并對(duì)輪端密封性能進(jìn)行改善提升，大大降低了前輪轂漏油情況的發(fā)生。本文研究前輪轂漏油的方法可以逐步應(yīng)用其他車型輪轂漏油故障的處理。

[1] 趙良舉,蘇曉燕,杜長(zhǎng)春,等.旋轉(zhuǎn)唇形油封泵吸效應(yīng)及影響因素分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,34(12):1782-1786.

[2] 江淮汽車集團(tuán)研發(fā)中心.江淮輕型卡車設(shè)計(jì)規(guī)范.第一版,合肥: 江淮汽車股份有限公司,2006年6月.

[3] 李柱國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)與理論.北京:科學(xué)出版社,2003.

[4] 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[5] 王霄鋒.汽車底盤(pán)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社.2010.

Introduction to a wheel hub oil leakage problem before light trucks D look forward to

Ding Pan
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This paper introduces the analysis of factors that lead to oil leak of front hub in light truck and solutions, reducing oil spilling , lengthening the service life of rotating parts in front axle and improving the vehicle safety.

front hub; oil leak; oil seal; oil seal pedestal; hub bearing

U472.4

A

1671-7988 (2017)06-107-04

丁盼，就職于江淮汽車技術(shù)中心輕型商用車研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.037