變速器油封在粉塵環境下的疲勞壽命試驗設計

張孟鋒

（陜西法士特汽車傳動工程研究院實驗中心，陜西 西安 710119）

變速器油封在粉塵環境下的疲勞壽命試驗設計

張孟鋒

（陜西法士特汽車傳動工程研究院實驗中心，陜西 西安 710119）

傳統的油封疲勞壽命試驗由于在試驗室環境下進行，無法模擬現實工況下油封工作時有灰塵的環境，因此試驗存在一定的片面性，即無法完全考察試驗油封在現實工況下的實際性能。文章提出了一種新的油封疲勞壽命試驗方法，即油封在粉塵環境下的疲勞壽命試驗，試驗環境下更加模擬現實工況。試驗結果對油封實際壽命的考察更具參考價值。

油封；疲勞壽命；粉塵環境；試驗方法

Keyworks:Oil seal; fatigue life; dusty environment; test method

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-72-03

引言

油封是變速器上重要的零部件之一，它將傳動部件中需要潤滑的部件與外界隔離，不至于讓潤滑油滲漏，同時保證外界的灰塵不會污染內部的潤滑油，使變速箱內部潤滑環境保持相對穩定。油封出現問題，導致潤滑油的滲漏，會使變速器潤滑系統能力下降，縮短變速器使用壽命，甚至造成燒箱和齒輪膠蝕的情況。同時，潤滑油泄漏不僅污染環境，對整車的其他零部件也會造成污染，比如一軸油封漏油會污染離合器，導致離合器傳遞扭矩能力下降，產生安全隱患。因此油封的品質好壞以及壽命的長短直接影響變速器的使用壽命，同時也對變速器的品質和可靠性造成重要影響。

目前我公司油封測試臺架有兩種，分別是單體油封試驗臺和變速器油封試驗臺。由于試驗室環境相對穩定，目前這兩種臺架試驗無法實現油封在現實工況有下的惡劣工況，因此試驗結論具有一定的局限性。依據現有試驗條件，即使一款油封產品能順利通過2100rpm，1000小時（相當于整車運行15萬公里）的壽命試驗，在實際使用時依然會出現早期失效泄漏情況。因此現有的試驗條件無法滿足實際對油封質量考察的要求。結合現有的試驗設備，通過在變速器后端加裝密閉腔體，產生一個相對獨立的空間，并可以向其中加入沙子、灰塵、泥漿，來模擬現實環境下油封外部的使用工況，試驗結果對油封實際壽命的考察具有重要參考價值。同時增加了試驗臺的測試功能，能使設備滿足不同工況下的測試條件。

1 實際工況和試驗室工況的比較

1.2 實際工況

在實際工況下，變速器油封暴露在外界，油封工作環境惡劣，受到外界環境影響，在使用時會附著沙土，泥漿等雜質，從而加速橡膠的磨損和老化，使油封壽命下降。

圖1 變速器在實際使用時的環境

1.2 試驗室工況

在試驗室工況下，油封運轉保持一個穩定的轉速（2100 rpm）和一個穩定的工作溫度（120-130℃），工作環境穩定。

圖2 變速器油封試驗臺正在試驗的油封

1.3 兩種工況的比較

從上面三圖可以看出，實際工況下油封的工作環境比試驗室環境惡劣，由于實際環境會有很多雜質沙土去污染油封，而試驗室環境相對密閉，因此試驗結果和實際使用結果會產生較大的偏差，出現在使用壽命內的失效泄漏情況，使得試驗結果的參考性下降。

圖3 行駛23000公里的變速器油封開始失效漏油

2 粉塵環境的油封疲勞壽命試驗

2.1 粉塵環境的實現

通過對實際工況以及現有設備的考察，設計出了一種試驗方法，通過加裝法蘭盤防護罩，使變速器后端產生一個相對獨立的密閉腔體，并可以向其中加入沙子、灰塵、泥漿。同時在法蘭盤上加裝能產生空氣攪動的螺栓，在運轉時使腔體內的粉塵隨機漂浮，產生粉塵環境，使工作腔內的油封來模擬現實環境下油封外部的使用工況。

圖4 法蘭盤防護罩設計圖

2.2 安裝和試驗情況

2.2.1 安裝步驟

由于法蘭盤防護罩是固定在變速器輸出軸承蓋的6個螺栓上，所以需要替換6個較長的螺絲來固定法蘭盤防護罩和軸承蓋。拆下變速器法蘭盤和后軸承蓋上的6個螺栓，將防護罩對準軸承蓋的6個螺栓孔，使用長螺栓穿過并上緊，法蘭盤的螺栓孔穿上并固定長65mm的M14的螺栓 ，打緊法蘭盤固定螺母，向防護罩內加入沙土，裝好蓋板和螺栓即可。

在腔體頂部設有觀察孔，可以添加沙土或者泥漿來進行不同工況的測試。拆卸時應先拆下蓋板螺栓，然后清理沙土，在打下法蘭盤鎖緊螺母，最后拆下6個軸承蓋螺栓即可。

2.2.2 試驗情況

變速器按照之前油封試驗要求的工況進行測試。在運行時可以聽見腔體內沙土攪動的聲音，打開工作腔的觀察孔，細小的灰塵飄出，證明內部環境是有漂浮粉塵的。由于無法第一時間判斷油封是否失效漏油，因此試驗時應該定期拆檢，拆檢時只需將后端蓋板拆開觀察即可。如果腔體里面的粉塵受到潤滑油污染應立刻停止試驗，確認油封是否失效漏油。

圖5 在粉塵環境下進行油封壽命試驗

2.2.3 試驗后拆解在試驗室正常條件下本來能通過1000小時疲勞試驗的油封，在粉塵環境下，運轉到378小時的時候，相當于整車行駛54000公里，油封出現失效漏油情況，壽命較之前明顯縮短。

圖6 腔體內部漏油嚴重，沙土已經被潤滑油嚴重污染

圖7 油封主唇和副唇之間也存在灰塵雜質，回油線也磨損失效

通過拆解油封發現，此處試驗的油封內部也出現了很多的灰塵雜質，和現實工況的一些油封失效情況比較類似，所以試驗更加接近模擬現實工況。

3 總結

試驗的一個重要方針就是盡可能的模擬現實工況進行測試，這樣得到的試驗數據和實際相結合才能更好的去考察各個零部件的可靠性。傳統的油封測試方式和實際工況差距較大，因此使得試驗結果偏離真實情況，不能客觀反應油封在實際使用時的壽命以及可靠性。而采用油封在粉塵環境下進行疲勞壽命試驗的方法，更加真實的模擬了現實工況，試驗結果也更接近真實的油封失效情況。這種新的測試方法，不僅能夠模擬實際使用的工作環境，還能夠更加科學的反映出零部件在設計和使用中存在的缺陷和不足，為提高產品質量提供了重要的參考依據。

[1] 趙立軍,白欣.汽車試驗學[M].北京大學出版社,2008.

[2] 李建國.油封結構優化設計[M].北京化工大學,2007,148.

Fatigue life test design of Gearbox oil seal in dusty environment

Zhang Mengfeng
( Shaanxi Fast Auto Drive Group Transmission Test Center, Shaanxi Xi’an 710119 )

During the traditional fatigue life test of oil seal in a controlled laboratory environment, it cannot be simulated the actual working conditions which are full of dust. Therefore, this kind of tests have certain one-sidedness, which cannot give a complete study of oil seal's actual performance in the actual conditions. This paper presents a new test method about the fatigue life of oil seal. That is the fatigue life test of oil seal in dusty environment, which can simulate the actual conditions better, and the test results can be more useful for the research of oil seal' s actual life.

U467.3

A

1671-7988 (2017)13-72-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.022

張孟鋒，陜西法士特汽車傳動工程研究院實驗中心工程師，研究方向為機械傳動與檢測技術。