油封座圈回轉密封面螺旋紋理檢測

高世陽 王浩鑫 張春龍 岳中政 朱立華

摘要：汽車輪轂油封漏油是導致輪端失效的主要問題之一，而油封座圈是用于密封傳統輪轂中齒輪油的重要密封零件。該文從與油封配合面油封座圈的螺旋紋理方面提出失效的原因分析并給出了相應的檢測方法，通過偏擺儀來檢測螺旋紋理，提出了根據螺旋紋理旋向降低漏油率，為提高輪轂油封的密封提供了參考。

Abstract： Oil leakage of automobile hub oil seal is one of the main problems leading to wheel end failure， and oil seal seat ring is an important sealing part used to seal gear oil in traditional hub. In this paper， the failure reason is analyzed and the corresponding detection method is given from the aspect of the spiral texture of the oil seal seat ring on the matching surface of the oil seal. The spiral texture is detected by the deflection instrument， and the oil leakage rate is reduced according to the spiral texture rotation direction， which provides a reference for improving the sealing of the hub oil seal.

關鍵詞：油封漏油;輪轂;油封座圈;螺旋紋理;檢測;密封

Key words： oil seal leakage;hub;oil seal seat ring;spiral texture;detection;sealing

中圖分類號：TG7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0126-03

0? 引言

隨著中國經濟的飛速發展，汽車運輸、物流逐漸普遍化，商用車的數量也逐年遞增，人們對于商用車安全也越加重視，商用車的故障問題也越加受到人們的關注。傳統的輪轂與油封裝配到車橋后，油封座圈與半軸套管是過盈配合，輪轂與油封外圈是過盈配合，油封內圈與油封座圈是過盈配合[1-4]。結構見圖1。

油封座圈屬于盤類零件，結構是回轉體，主要分為端面、內孔和外圓。由圖1可知，油封座圈對于傳統輪轂的密封起著重要的作用，因此，油封座圈對尺寸精度和表面粗糙度要求較高，并且要保證正確的幾何精度即形位公差（包括跳動、垂直度、平行度、同軸度等）。詳見圖2和表1。

1? 現存問題

經過大量市場售后走訪及調研，商用車輪端失效主要分為軸承失效與油封漏油兩方面，油封漏油主要是與油封配合面尺寸不合格漏油和油封損壞后漏油。事實上在拆檢市場上漏油輪轂的過程中發現，存在部分漏油輪轂油封本身沒有損壞并且在尺寸合格的情況下，輪轂仍然產生滲油、漏油的現象，在觀察這部分漏油輪轂時發現，這部分輪轂泄露主要是從油封內圈與油封座圈的回轉密封面處漏油。[5-6]詳見圖3和圖4。

除上述現象之外，在市場的走訪、調研及對漏油輪轂的拆檢統計數量時還發現，那些油封本身沒有損壞并且尺寸檢測合格的漏油輪轂，車輪左側的輪轂漏油數量遠多于車輪右側的輪轂漏油數量。詳見表2。

經過對這部分漏油輪轂的拆檢測量，油封的尺寸和輪轂、油封座圈的尺寸、粗糙度、圓柱度、跳動等完全符合圖紙要求，在通過認真的分析和多次討論后，發現這是油封座圈回轉密封面螺旋紋理導致的。

2? 原因分析

經過分析，輪轂油封的漏油是由油封座圈回轉密封面螺旋紋理導致的，車輪左側的輪轂漏油數量遠多于車輪右側的漏油數量是油封座圈回轉密封面螺旋紋理的旋向引起的。油封座圈的螺旋紋理是在磨削過程中產生的，產生的原因包括磨削過程有軸向進給、磨削過程中的砂輪修整不當、機床安裝不當等。

2.1 磨削過程有軸向進給

如果在油封座圈磨削過程，產生了軸向進給，即油封座圈在加工時，油封座圈是隨著旋轉軸轉動的，而刀具則是沿旋轉軸軸向前進，這樣也就產生了螺旋紋理。油封座圈在加工時，油封座圈是隨著旋轉軸轉動的，而刀具則是沿旋轉軸軸向前進，導致油封座圈的螺旋紋理是逆時針方向旋轉，即為左旋，而汽車在運行時，左側車輪旋向與油封座圈螺旋紋理方向一致，在車輛運行時容易導致輪轂內部油液順著油封座圈螺旋紋理逐漸滲出，其過程就如同日常常見的螺旋送料機構[7-8]，致使輪轂漏油;相反，右側車輪旋向與油封座圈螺旋紋理方向相反，在車輛運行時，輪轂內部油液不易順著油封座圈螺旋紋理滲出，因此，左側的輪轂漏油數量遠多于車輪右側的漏油數量。

2.2 機床安裝不當

磨削是通過砂輪和油封座圈的相對運動完成的，如果安裝調整不到位，導致油封座圈中心線與砂輪軸線不平行，即砂輪本身存在一定傾斜角度，在油封座圈加工時也會導致螺旋紋理的產生。[9]

2.3 砂輪修整不當

砂輪修整是磨削加工中十分重要的一個環節，在正常情況下通過金剛石修整的砂輪工作面是平整的，加工出來的油封座圈不會帶有螺旋紋理，但如果金剛石的運行軌跡出現波動，造成修磨的不均勻，就可能導致螺旋紋理的產生。

3? 軸密封表面螺旋紋理檢測方法

油封座圈螺旋紋理的檢測與控制：采用偏擺儀的方法進行檢測。偏擺儀結構詳見圖5（a）、圖5（b），工作示意詳見圖6。

①工作臺保證水平，將偏擺儀放置于工作臺上。

②將工件表面處理干凈，并在表面涂抹適量的潤滑油。

③取一根高強度的細線，推薦直徑為0.25mm。

④將細線掛在軸上，在下面掛一200g至500g的重物，調整夾角210°至280°。

⑤軸以勻速左右旋轉，觀察細線在軸上的運動。

⑥判定：如果細線在軸上無軸向運動，則判定軸表面無螺旋紋理，如果細線在軸表面上有軸向運動，則判定軸表面有螺旋紋理。

4? 軸密封表面螺旋紋理判定標準

軸沿順時針方向轉動10圈，細線運動的軸向距離應小于2mm，合格;否則不合格。軸逆時針10圈，細線運動的軸向距離應小于2mm，合格;否則不合格。

軸沿順時針方向轉動時，如果細線在軸表面上向左側移動，則螺旋紋理是逆時針旋轉，即為左旋;如果細線在軸表面上向右側移動，則螺旋紋理是順時針旋轉，則為右旋。當軸沿逆時針方向轉動時，如果細線在軸表面上向左側移動，則螺旋紋理是順時針旋轉，即為右旋;如果細線在軸表面上向左側移動，則螺旋紋理是逆時針旋轉，則為左旋。

注意：在測試前，工件裝到偏擺儀上后對被測試面做全跳動檢測，原則上調整到全跳動小于0.15mm后再進行下一步檢測。

5? 油封座圈表面螺旋紋理的處理建議

油封座圈上螺旋紋理的存在也并非完全都是壞現象。根據上述漏油輪轂的統計以及對油封座圈上螺旋紋理分析研究，我們可以通過控制油封座圈的螺旋紋理的旋向來降低輪轂的漏油率，對左側車輪和右側車輪選用螺旋紋理旋向不同的油封座圈來解決輪轂油封漏油的問題，對于左側車輪，選用右旋螺旋紋理的油封座圈;對于右側車輪，則選用左旋螺旋紋理的油封座圈，通過控制油封座圈螺旋紋理旋向與車輪前進方向相反，從而使輪轂內部油液在車輛運行時無法順著油封座圈螺旋紋理滲出。

目前市場上存在很多的油封都是在運用螺旋紋理的結構，但油封與油封座圈的接觸面為橡膠材質，導致油封表面的螺旋紋理易被磨損，因此我們可以選用金屬材質的油封座圈，通過將油封座圈淬火提高油封座圈的耐磨性之后再做磨削，從而加工出螺旋紋理，并對油封座圈的表面粗糙度進行控制，一般表面光潔度為Ra0.8，硬度高頻淬火后達到45-55HRC，來加強車輛輪轂的密封。

螺旋紋理的本質與螺紋相同，要想對螺旋紋理得到更好的應用，還需關注其關鍵參數，這些關鍵參數直接影響到密封系統的回油量和回油速度。并非所有無規則性的螺旋紋理都可以用于密封回油的。螺旋紋理的控制參數主要包含：微觀螺旋螺距、微觀螺旋升角、紋理深度等參數。螺旋螺距較大回油效果好，但易對油封進行大幅度切割，導致油封壽命下降;反之，螺旋螺距較小回油量和回油效率低，可以減小對油封唇口的切割，提升油封壽命。螺旋紋理使用中要對每件油封座圈進行相應的氣密性檢測：測試時零部件帶油封，與油封座圈配合后，通入0.1MPa的氣體，保壓30s，壓降小于150Pa，該方法作為其中一種檢測方法，另外還可以進行通氣量法檢測，對于要求更為嚴格的零件可以進行旋轉動態氣密檢測，以減小或控制螺旋紋理的直接影響。[10]

6? 結論

為降低傳統輪轂的故障率，減少油封漏油情況的發生，油封座圈在加工時必須要注意螺旋紋理的產生，做到無螺旋磨削。螺旋紋理這個現象的出現并非全部有害，這個現象的出現對于做好密封系統具有一定啟發性。可以直接利用反向螺旋紋理解決密封問題，對于存在螺旋紋理的油封座圈，在偏擺儀檢測完螺旋紋理后，通過紋理的旋向來確認裝配到車輛時的車輪，從而提高傳統輪轂的使用壽命，加強商用車的安全性。

參考文獻：

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