潘江鋒

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；變速器；油封；漏油；分析及改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

近年來(lái)，隨著汽車(chē)行業(yè)高速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)品質(zhì)的要求也隨之逐步提高，變速器作為車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要零部件之一，關(guān)系到車(chē)輛整體品質(zhì)的表現(xiàn)。而變速器油封漏油問(wèn)題是變速器常見(jiàn)的失效模式之一，油封漏油會(huì)使變速器殼體內(nèi)潤(rùn)滑油減少，導(dǎo)致齒輪及軸承潤(rùn)滑不良，易造成異響或異常磨損，甚至變速器損壞等問(wèn)題。其已成為影響整車(chē)品質(zhì)的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，因此，在變速器前期開(kāi)發(fā)中如何避免油封漏油問(wèn)題至關(guān)重要。

1 某汽車(chē)變速器輸入軸油封漏油現(xiàn)狀

1.1 某變速器結(jié)構(gòu)及油封工作原理

某汽車(chē)變速器為前置前驅(qū)結(jié)構(gòu)（圖1），主要由殼體部分、離合分離系統(tǒng)、換擋操縱機(jī)構(gòu)、齒軸、集成主減速器、同步器系統(tǒng)以及油封等部件組成[1]。車(chē)輛起動(dòng)后，由發(fā)動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，經(jīng)過(guò)變速器的輸入軸，各擋位齒輪及主減速器將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)軸，由驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)車(chē)輛，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行前進(jìn)、后退等操作。其中，擋位齒輪及軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)工作中需要潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，而輸入軸油封及差速器油封則是起到對(duì)潤(rùn)滑油的封油作用，保證殼體內(nèi)的潤(rùn)滑油不泄漏。

油封是封油的機(jī)械元件，變速器油封一般是指骨架油封，包含了金屬骨架、油封彈簧等部件（圖2a）。其主唇與旋轉(zhuǎn)軸之間存在一條線(xiàn)狀接觸帶，此接觸帶會(huì)形成一層非常薄的油膜，油膜既能將主唇與旋轉(zhuǎn)軸之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱帶走，又能阻止?jié)櫥偷牧鞒鲂纬擅芊猓湍さ拇嬖谑怯头饷芊獾某浞直匾獥l件[2]。在液體表面張力的作用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個(gè)新月面，防止了工作介質(zhì)的泄漏，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的密封（圖2b）。油封的密封能力，取決于密封面油膜的厚度，厚度過(guò)大，油封泄漏；油膜過(guò)小，可能發(fā)生干摩擦，引起油封和軸的磨損；密封唇與軸之間沒(méi)有油膜，則易引起油封發(fā)熱、磨損，導(dǎo)致漏油[3]。

1.2 某汽車(chē)變速器輸入軸油封漏油問(wèn)題描述

一款變速器的開(kāi)發(fā)需要經(jīng)歷產(chǎn)品策劃與定義、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品驗(yàn)證和投產(chǎn)準(zhǔn)備等階段。其中，產(chǎn)品驗(yàn)證是驗(yàn)證前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求的重要節(jié)點(diǎn)，也是主要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的主要階段。

本文闡述的某變速器輸入軸油封漏油是在產(chǎn)品驗(yàn)證階段的整車(chē)可靠性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。車(chē)輛試驗(yàn)后有類(lèi)似離合器摩擦片燒焦味道的情況，且車(chē)輛停車(chē)后，在地上有明顯油跡。檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連接處有漏油痕跡（圖3a），拆下變速器觀(guān)察到變速器前殼體內(nèi)有燒焦情況，且腔體內(nèi)有大量油跡（圖3b）。油跡從變速器輸入軸端流出，為變速器輸入軸油封漏油導(dǎo)致，其中失效里程為497 km。

2 某汽車(chē)變速器輸入軸油封漏油機(jī)理及分析

2.1 輸入軸油封漏油分析

2.1.1 宏觀(guān)分析

（1）變速器輸入軸油封失效為497 km，為短里程失效。對(duì)變速器清洗后，變速器前殼體無(wú)開(kāi)裂等異?，F(xiàn)象，排除是殼體開(kāi)裂等原因引起的漏油問(wèn)題。

（2）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)漏油產(chǎn)生于變速器輸入軸油封和軸配合處（圖4a），漏油處的油封唇口存在由內(nèi)向外翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，翻轉(zhuǎn)處的油封唇口和防塵唇口均存在嚴(yán)重變形情況（圖4b）。

2.1.2 顯微鏡分析

經(jīng)過(guò)對(duì)故障油封唇口清洗后，使用顯微鏡對(duì)其唇口進(jìn)行分析，以確認(rèn)其失效的機(jī)理。分析結(jié)果如下。

（1） 主唇局部翻轉(zhuǎn)， 翻轉(zhuǎn)處主唇、防塵唇均嚴(yán)重變形（圖5a），且翻轉(zhuǎn)處骨架彈簧有磨損痕跡（圖5b）。

（2）翻轉(zhuǎn)的油封唇口和防塵唇口唇尖均未見(jiàn)磨損痕跡（圖5c），未翻轉(zhuǎn)的油封唇口和防塵唇口唇尖均有磨損痕跡（圖5d）。

2.1.3 輸入軸油封漏油失效原因小結(jié)

根據(jù)上述分析可知，輸入軸油封漏油是由于輸入軸油封唇口局部翻轉(zhuǎn)，使唇口和軸的接觸異常，油從翻唇位置漏出導(dǎo)致。

2.2 輸入軸油封漏油機(jī)理

故障件油封唇口的位置A 處（圖6a）有明顯的變形翻轉(zhuǎn)。在變速器運(yùn)轉(zhuǎn)工作過(guò)程中，齒輪油在油封唇口的A 處與高速旋轉(zhuǎn)的輸入軸間無(wú)法形成油膜，使齒輪油在變速器內(nèi)部的氣壓作用下，從A 處出現(xiàn)向外泄漏的情況（圖6b），導(dǎo)致了變速器漏油的故障。

2.3 輸入軸油封唇口翻轉(zhuǎn)的形成分析

結(jié)合油封翻轉(zhuǎn)失效機(jī)理以及對(duì)變速器裝配現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，油封翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生在變速器前、后殼體總成合箱工序，其失效的過(guò)程如下。

（1）變速器裝配過(guò)程中，先將齒軸、差速器及撥叉等內(nèi)部零件裝配到后殼體上，而輸入軸油封等零件則裝配到前殼體上。然后會(huì)將前殼體總成（圖7a）和后殼體總成（圖7b）進(jìn)行合箱裝配，其合箱工序常用手工合箱或設(shè)備自動(dòng)合箱，隨著自動(dòng)化水平的提升，目前廠(chǎng)家較多采用設(shè)備自動(dòng)合箱方式。設(shè)備自動(dòng)合箱分為上工裝和下工裝。其中，上工裝夾緊前殼體總成，下工裝夾緊后殼體總成，然后前殼體總成通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)由上至下向后殼體總成移動(dòng)并完成合箱工作。

（2）在合箱的過(guò)程中，前殼體總成中的油封需要穿過(guò)后殼體總成中的輸入軸花鍵位置、過(guò)渡倒角位置，并最終達(dá)到軸頸油封安裝位（圖8）。在此過(guò)程中，由于合箱設(shè)備的定位銷(xiāo)磨損，定位銷(xiāo)孔尺寸偏差，零件尺寸偏差、合軸機(jī)上/ 下工裝不同軸等因素的影響，無(wú)法有效保證油封和輸入軸的同軸度。當(dāng)兩者出現(xiàn)不同軸而偏心的情況下（圖9），油封穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處時(shí)（圖10a），油封唇口極易被輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻（圖10b），形成油封唇口翻轉(zhuǎn)故障[4]。

綜上，油封唇口翻轉(zhuǎn)是在變速器裝配前、后殼體總成合箱工序，油封與輸入軸出現(xiàn)了不同軸的情況。油封穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處時(shí)，油封唇口極易被輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻，形成了油封唇口翻轉(zhuǎn)故障。

3 輸入軸油封漏油改進(jìn)方案及措施驗(yàn)證

3.1 防止油封唇口翻轉(zhuǎn)的改進(jìn)方案

（1）針對(duì)油封唇口翻唇故障，以往常用的解決方法是優(yōu)化合箱工藝，降低合箱速度，涂油脂增加輸入軸與油封接觸時(shí)的摩擦力等措施，但是目前合箱的裝配工藝、工裝以及零件制造精度等環(huán)節(jié)很難完全保證油封和輸入軸在合箱過(guò)程中的同軸度，無(wú)法完全避免油封唇口穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻形成翻唇故障的情況，通過(guò)工藝優(yōu)化的方案很難完全根除。

因此，本文提出在油封唇口通過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角前，充分利用變速器本體上輸入軸上的軸承座與前殼體上的軸承的定位導(dǎo)正作用（圖11），軸承先裝配結(jié)合保證油封與輸入軸的同軸度后，油封唇口再穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處（圖12），這樣利用變速器自身結(jié)構(gòu)的定位導(dǎo)正作用，保證輸入軸與油封的同軸度，這樣可以有效避免輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻油封唇口的情況出現(xiàn)。

（2）針對(duì)上述的設(shè)計(jì)解決方案，具體的改進(jìn)方案為縮短輸入軸油封擋長(zhǎng)度，由19.3 mm 更改為13.7 mm，確保裝配合箱時(shí)，軸承結(jié)合3.0 mm 后，油封唇口再穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處，這時(shí)軸承已起到導(dǎo)向作用（圖13）。油封與輸入軸同軸度得到保證后，油封唇口才通過(guò)輸入軸的倒角位置，這樣就可以有效避免油封唇口翻邊問(wèn)題。

3.2 措施驗(yàn)證

通過(guò)目視檢查以及變速器沉水試驗(yàn)，跟蹤改進(jìn)后的100臺(tái)變速器前、后殼體的正常合箱工藝過(guò)程，未發(fā)現(xiàn)輸入軸油封有翻唇故障，在變速器沉水試驗(yàn)中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)輸入軸油封處有泄漏情況。另外，同時(shí)選取了3 臺(tái)改進(jìn)后的變速器總成進(jìn)行總成耐久臺(tái)架試驗(yàn)[5]，評(píng)估油封耐久性能，其試驗(yàn)完成后未發(fā)現(xiàn)有輸入軸油封漏油以及油封唇口異常磨損情況。綜上，說(shuō)明該利用變速器本身結(jié)構(gòu)的導(dǎo)正方案措施有效。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）變速器輸入軸油封唇口局部翻轉(zhuǎn)，唇口和軸的接觸異常導(dǎo)致了變速器的漏油故障。

（2）油封唇口翻轉(zhuǎn)是在變速器裝配前、后殼體總成合箱工序，油封與輸入軸出現(xiàn)不同軸的情況下，油封穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處時(shí)，油封唇口極易被輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻，形成了油封唇口翻轉(zhuǎn)故障。

（3）利用變速器本體輸入軸上的軸承座與前殼體上的軸承的定位導(dǎo)正作用，軸承先裝配結(jié)合保證油封與輸入軸的同軸度后，油封唇口再穿過(guò)輸入軸過(guò)渡倒角處，這樣可以有效避免輸入軸過(guò)渡倒角處撞翻油封唇口的情況出現(xiàn)。

（4）隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，無(wú)論是傳統(tǒng)手動(dòng)變速器，還是新能源的減速器或者電驅(qū)動(dòng)橋，均需要油封對(duì)輸入軸進(jìn)行密封，故減速器在開(kāi)發(fā)過(guò)程中同樣可以采用本文案例中的軸承導(dǎo)正定位作用。保證輸入軸與油封同軸度后，油封唇口才穿過(guò)輸入軸倒角處，這樣可以避免在裝配過(guò)程中出現(xiàn)輸入軸倒角撞翻油封唇口導(dǎo)致漏油的故障，提高工藝容錯(cuò)率，以達(dá)到提高汽車(chē)性能和使用壽命的目的。