變速器軸承蓋油封故障研究及解決方案

于明，王艷麗

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

前言

變速器后軸承蓋油封是變速器上重要的密封原件之一，變速器的后軸承蓋油封的裝配質量，是變速器質量的保障之一，如果變速器油封裝配不當，會造成變速器輸出端滲漏油、油封脫落、油封燒蝕的主要原因。本文就是針對售后反饋的多起變速器后軸承蓋油封脫落導致的燒蝕問題，通過故障模式分析、裝配工藝過程中的關鍵步驟進行分析，得到了導致該故障的主要影響因素，并通過改進總裝氣密、油封壓裝等工藝過程，增加過程控制手段，解決了該故障，故在變速器密封問題上，油封裝配質量及其的過程控制手段是非常重要的影響因素。

1 問題描述

本文基于某主機廠家反饋，客戶商用車在行駛一段時間后，出現變速器燒箱，給客戶造成不便和經濟損失，經對故障件進行解析分析，初步斷定是變速器輸出軸軸承蓋油封發生了部分脫出，而脫出不明顯，不易被檢查出，而客戶在未發現輸出軸油封脫出的情況下繼續行駛，導致油封漏油，潤滑不良，最后導致變速器燒箱，影響惡劣?，F場故障照片，如下圖所示：

圖1 油封局部脫出

圖2 油封局部脫出

2 故障分析

針對以上故障，通過對產品結構及裝配過程進行分析，初步鎖定油封初期裝配微量偏移，可能是該故障出廠后爆發的原因。通過對該變速器輸出軸后軸承蓋油封的裝配工藝過程進行分析，可能會引發以上初期裝配偏移的原因有以下幾個方面：

（1）油封裝配前涂油

由于鑄鐵變速器在裝配油封時需要給油封內孔處涂抹潤滑脂，然后，在變速器材質在輕量化提升后，沒有考慮此問題，在裝配過程中還繼續給油封內孔處涂抹潤滑脂，導致油封和內孔處的接觸摩擦力產生了變化，使得油封在受到外部力量時，油封很容易發生脫出故障，此原因是導致本文時效模式的主要原因之一。

（2）油封壓裝時偏移，導致壓裝過程中的軸承初損傷

在壓裝過程中，由于工裝磨損、偏心等問題，會引起油封在壓裝過程中產生早起破壞，經過分析，這個原因不是本文故障的主要原因。

（3）油封裝配后有無裝配偏移量的檢測手段

由于油封裝配時一定要裝正，但是長久以來，沒有對壓裝精度進行檢測，因此，無法了解裝配精度是否滿足設計精度要求，經過分析，本原因也不是本文故障的主要原因。

（4）油封裝配后的二次損傷

由于鋁合金后軸承蓋油封孔內，在裝配油封時涂抹潤滑脂，導致摩擦力大幅度下降，且在后續氣密過程中，由于充氣壓力的作用，導致油封被氣壓微量沖出，然而此時并不影響密封性能，故沒有辦法檢出，故導致油封密封早期破壞，此原因是本文故障的主要原因。

2.1 油封涂油的影響

由于現存作業制度文件要求，在油封安裝前需要給唇口和油封安裝孔處涂抹潤滑脂，然而油封座孔的材質是鋁合金的，涂抹潤滑脂后座孔表面和油封之間摩擦系數變小，故是氣密過程中導致油封蹦出的主要原因之一。

經過分析后，制定工藝措施，取消鋁合金內孔內涂油工序，排除摩擦力消除造成油封脫出故障的風險。

2.2 油封裝配后的二次損傷

（1）個別變速箱需要進行2 次氣密試驗時，由于誤操作，第二次充氣時沒有將第一次充的氣壓排掉或者沒排干凈而直接充氣，造成第二次變速箱內的保壓氣壓在60～80KPa 之間，造成油封脫出或者偏離原來的位置。脫出的油封可以直接看見，而偏離原來位置的油封在防塵罩的覆蓋下難以發現，下線后流入主機廠，用戶使用后，容易造成油封脫出，嚴重者燒箱。

（2）要解決氣密儀二次加壓問題，有兩種可行方案，1）、氣密儀升級換代；2）、氣密儀改造。氣密儀升級換代費用太高，為了降低成本，采用氣密儀改造方案。通過多次多種方案的試驗，確定通過控制氣路來實現控制功能。二次加壓前變速箱腔體內氣壓很大，可以考慮在充氣之前運用壓力傳感器檢測腔體內的氣壓，氣壓大于一定數值時，說明未排氣或是排氣不徹底，通過控制手段使得此時不能啟動程序，進而避免二次加壓。具體實現時，如（圖1）在充氣氣路中增加一個三通，充氣氣路中的一路接壓力傳感器（圖2），即時檢測箱體內壓力。通過氣密儀的I/O 端口為傳感器提供24V 工作電壓，通過壓力傳感器輸出的信號控制中間繼電器工作（圖3），把中間繼電器的常閉觸點串入啟動按鈕線路，當壓力傳感器檢測到箱體內氣壓大于某設定值時，斷開線路（圖4），使啟動信號屏蔽，氣密儀不能啟動；只有當箱體內壓力小于2KPa 時，中間繼電器不起作用，方可以啟動氣密儀。

圖3 三通接頭

圖4 壓力傳感器

（3）即：當變速器腔體內存余大于5KPa 的氣壓時，氣密儀將無法二次啟動。這種方案較易實現，可靠性高，且能夠滿足生產節拍，徹底解決了氣密檢測時二次充氣的問題。

圖5 中間繼電器

3 油封壓裝力研究并規范

圖7 ANSYS 建模分析

通過近期研究發現，油封壓裝技術指標 為：表盤讀數：5Mpa 是不規范的；油封壓裝力大小應根據不同壓力機，不同的油封有不同規定；通過壓裝試驗和ANSYS 建模分析，得出較合理的油封壓裝力；鑄鐵軸承蓋：F=10～15KN；鋁合金軸承蓋：F=15～20KN。此壓裝力可作為后期工藝參數設計提供數據支撐。

4 小結

本文通過變速器輸出軸油封批量脫落、燒箱故障進行失效模式及影響因素進行分析，找到了導致故障的主要因素：（1）鋁合金孔內涂抹潤滑脂，導致油封外圈和鋁合金內孔處的摩擦系數產生了較大變化，導致油封的靜態摩擦力變?。唬?）在做二次氣密時，沒有進行泄壓，導致氣密保壓壓力增 大，大于油封和孔之間的靜態摩擦力，最后導致油封前期脫出，且不易檢出，流出后造成了極大的損失，通過分析后，本文對整個油封裝配過程進行了分析，將會導致油封失效的主要過程進行了工藝改進，提高了油封的裝配質量，并通過ANSYS 有限元分析和試驗相結合的方式，得到了該位置油封壓裝的工藝參數，為后期工藝參數的制定提供了數據支撐。