油封在變速器上的應用及常見故障分析

田沛，宋楠，古婷，李建峰

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

前言

密封方式分為動密封、靜密封，變速器靜密封包含O型圈密封、密封墊密封等，動密封主要為油封密封。骨架油封為典型代表，一般作用是將傳動部件中需要潤滑的部件與出力部件隔離，防止潤滑油滲漏的同時，又能防止水、塵土和其他有害物質從外部浸入。以下內容主要就骨架油封展開探討。

1 油封的簡介

1.1 油封分類

結構形式：單唇骨架油封和雙唇骨架油封。雙唇骨架油封的副唇起防塵作用 ，防止外界的灰塵，雜質等進入機器內部。

骨架型式：內包骨架油封，外露骨架油封和裝配式油封。工作條件：旋轉骨架油封、往返式骨架油封。

1.2 骨架油封結構

骨架油封由金屬骨架、彈簧、橡膠密封部分組成。

1.3 骨架油封優缺點

※ 優點：

（1）重量輕、耗材少（都是薄壁金屬件與橡膠件的組合）。

（2）安裝位置小，軸向尺寸小，容易加工。

（3）密封性好，使用壽命長，對機器的振動和主軸的偏心有一定的適應性。

（4）拆卸容易，檢修方便。

（5）價格便宜。

※ 缺點：

耐壓能力差，一般用來做潤滑油的密封，很少做其他密封。

圖1

1.4 油封材料

油封的材料主要為氟橡膠、丁腈橡膠、聚氨酯橡膠等，特殊情況用硅橡膠和聚四氟乙烯橡膠。其中丁腈橡膠耐油，聚氨酯橡膠耐磨，硅橡膠耐高溫和低溫，氟橡膠則較耐高溫。平衡耐磨、耐介質 、耐高溫等性能，變速器用油封一般選用氟橡膠。

2 變速器骨架油封工作原理

2.1 密封原理

動密封：軸或安裝座孔在高速旋轉下，油封唇口與軸之間會形成油膜，此油膜具有一定的液體潤滑特性，在油封的作用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個新月面，防止了工作介質的泄漏，從而實現旋轉軸的密封。

靜密封：油封唇口與軸過盈配合，且油封彈簧進一步對密封唇口施加徑向壓緊力，進而防止潤滑油的泄露。

圖2

2.2 影響油封密封性能的因素

2.2.1 加油量對油封性能的影響

油封工作時接觸潤滑油種類很多，成分復雜，最常用的有機械油、透平油、齒輪油等。潤滑油不同、油封的潤滑狀態不一樣，摩擦熱也有差異。其中加油量不同也會影響油封密封性能，多次試驗證明，潤滑油完全把軸淹沒時油封的發熱要比只淹沒25%軸徑時的大。所以設計油量以淹沒50%軸徑為限度。

2.2.2 油質對油封性能的影響

變速器未按保養手冊定期更換潤滑油，將致使油封整體密封性能下降，主要原因如下：

（1）潤滑油在高溫下發生氧化、變質、碳化，粘度變大，在軸及油封上形成沉積物，加劇對橡膠產品的腐蝕并形成一定雜質。

（2）變速器清潔度較差，顆粒較大的金屬雜質損壞油封唇口。

（3）外界工況較差使雜質進入變速器內部。

多次試驗發現，油中僅含 0.2μm的微小顆粒，就會使油封和軸明顯磨損。因此，定期換變速器潤滑油在對油封密封作用具有極其重要的作用。

2.2.3 軸、油封座對油封性能的影響

（1）軸表面粗糙度：一般中低速軸的表面粗糙度范圍：Rz1.0～4.0μm；Ra0.2～0.8μm。旋轉軸用油封，適用粗糙度：Ra 0.4μm。

（2）軸硬度：旋轉軸的表面硬度一般取≥35HRC。清潔度較差時，或軸線速度>12m/s 時，表面硬度應為 50HRC以上，且建議表面淬火層深度>0.3mm。

（3）軸倒角：推薦值15°～30°。

（4）軸加工：適宜的軸加工方法是橫向給進精研磨，金剛砂紙磨光。切勿車床精加工，超精加工，滾光加工等。

（5）軸材料：主要為普通碳素結構鋼，如C35和C45，還有鑄鐵，陶瓷類，樹脂塑料等。

（6）油封座設計：倒角推薦15°～30°，倒角深度建議1-3mm，過渡圓角建議 R0.3-0.5mm，腔體粗糙度建議 Ra≤3.2，腔體為輕合金或者樹脂熱膨脹系數較大的材質，則建議使外包膠油封。

3 變速器骨架油封裝配

裝配時需在唇口均勻涂抹適量潤滑脂，如油封座為鑄鐵材質，建議在油封油封座腔體內涂抹一層潤滑脂。

壓裝時需使用壓力機水平壓入，壓裝完成后檢測油封平面度，（軸徑為80-120，推薦平面度為≤0.3），無壓力機情況下，應選用適當擋板作為工裝，使用橡皮錘均勻施壓，切勿以金屬錘直接敲打，造成油封變形。

安裝方向不同選擇不同工裝。

工裝要有倒角，且加過渡圓角，避免安裝時切傷，工裝表面粗糙度Ra≤3.2。

4 變速器油封漏油常見故障原因分析

初期工作時，在油封唇口油膜形成過程中，唇口潤滑脂因受熱融化外流，在油封座表面形成輕微油漬，此現象稱為“假滲”，非油封失效漏油。一般情況下油封漏油主要由以下原因導致：

（1）零件尺寸超差；

（2）軸、油封座粗糙度、硬度超差，油封或者軸磨損而漏油；

（3）工況惡劣、未定期更換潤滑油，使內部清潔度較差，油封唇口及軸表面造成損壞、磨損；

（4）潤滑脂失效致使軸與油封長時間處于干磨運轉，導致油封、軸磨損；

（5）密封介質使橡膠溶脹，降低橡膠硬度，使油封過早的老化和磨損；

（6）在唇口處形成“油碳”污垢，使油封唇口被托起；

（7）油封唇口耐偏心差，或軸的跳動太大；

（8）軸竄動量太大；

（9）油封圓度超差、同軸度超差、包膠不均、車刀紋、外觀缺陷等質量缺陷；

（10）油封壓裝平面度超差，或未壓裝到位；

（11）油封受到損壞；

（12）潤滑脂涂抹過量，影響早期油膜形成。

5 小結

綜上所述，油封質量水平直接關系變速器產品質量評定，故在油封設計、運輸、裝配、使用等各環節需密切關注，不僅要對油封產品本身質量進行嚴格管控，同時在設計相關匹配的軸及安裝座孔時需關注油封的設計要求，避免出現裝配不適等故障。