半浮式驅動橋輪邊漏油分析及結構優化設計

饒劍文，吳國華

江西江鈴底盤股份有限公司 江西撫州 344000

油封是用來封油，它將傳動部件中需要潤滑的部件與工作部件隔離，不至于讓潤滑油滲漏。油封是汽車部件上的重要零件，應用廣泛。如果驅動橋漏油后果很嚴重，將導致驅動橋內的齒輪副和軸承得不到潤滑和冷卻，造成早期磨損，留下安全隱患。

汽車上油封漏油一般有以下幾個原因：

1）油封老化導致密封不嚴引起漏油。

2）油封裝配過程出現質量問題引起漏油。

3）油封裝配位置設計不合理引起漏油。

4）油封結構設計不合理引起漏油。

5）油封產品本身質量問題。

對問題橋拆解

某款車型的路試試驗車出現2臺輪邊漏油，失效里程3500kg左右，經對故障驅動橋拆解及對相關零件排查，2臺故障驅動橋均為外油封的唇口劃傷（見圖1）。

圖1 外油封唇口劃傷

對油封唇口的缺口進行分析，原因有三：

1）對庫存油封質量排查，符合圖樣設計要求，油封唇口未發現質量異常。

2）對油封壓裝的工藝要求排查，工藝文件、工藝流程、操作者及工裝都符合工藝要求。

3）看故障件油封的唇口缺口，是被硬物刮傷。

對產品結構及工藝分析

優化前設計結構如圖2所示，半軸與雙列軸承內圈和擋圈過盈配合，擋圈與齒圈過盈配合，軸承座與外油封安裝面和雙列軸承內圈過盈配合，橋管凸緣頭與內油封安裝面過盈配合，鎖止卡環卡在半軸上，阻止擋圈向右軸承方向竄動，軸承座和橋管凸緣頭用螺栓和螺母緊固聯接。半軸與外油封、內油封唇口緊密結合。

圖2 優化前驅動橋的設計結構

汽車行駛時，車輪帶動半軸旋轉，外油封唇口和內油封唇口起到動態封油作用，外油封防止雙列軸承油脂漏出，內油封防止驅動橋里面的齒輪油漏出。在結構設計上該方案是可行的。

裝配工藝驗證：如圖3所示，首先，分別壓裝軸承座外油封、雙列軸承和螺栓，擋圈壓裝齒圈，橋管凸緣頭壓裝內油封。其次，半軸上先壓裝軸承座帶外油封、雙列軸承和螺栓的小組件。再次，壓裝擋圈帶齒圈，再裝上半軸鎖止卡環。最后，半軸帶整個壓裝件套入驅動橋管內，再擰緊螺母，把整個輪邊與驅動橋體連接，其他組件裝配過程省略。但在反復裝配半軸帶壓裝件套入橋管時，出現了一次內油封唇口刮傷。

圖3 裝配工藝驗證

對問題再現分析

進一步分析發現，內油封唇口刮是被半軸一端的花鍵刮傷。從設計結構尺寸分析，如圖4所示，外油封唇口直徑為35.7mm±0.3mm，花鍵最大直徑為33.75mm，油封唇口與花鍵之間單邊間隙為1mm。而半軸裝配工裝軸向跳動間隙為2.5mm，在裝配半軸帶壓裝件套入橋管時，半軸花鍵每個齒像個刀片，極易刮傷內油封的唇口。外油封唇口直徑為48.5mm±0.3mm，與半軸花鍵單邊間隙約為7.5mm，間隙足夠大唇口不會受到花鍵的刮傷。若把半軸花鍵直徑變小，半軸扭轉強度滿足不了設計要求。由此可見，該設計結構在裝配工藝上保證不了產品的質量，但受產品結構特點，未發現更好的裝配工藝方法，需要考慮改變產品的結構。

圖4 驅動橋的設計結構尺寸

當然，設計出的產品要能在工藝實現，并滿足裝配需求，所以要從結構上改進。

產品結構優化

1.優化后設計結構

如圖5所示，加長擋圈尺寸，減小內油封唇口的直徑，把內油封唇口作用面在擋圈外表面上，內油封唇口直徑大小為44.6mm±0.5mm，與半軸花鍵單邊間隙約為5.5mm，該間隙大于裝配工裝跳動間隙。為了確保雙列軸承不向右軸向竄動，增加了軸承螺母鎖緊，減少對擋圈的軸向力，擋圈內表面安裝O形圈，防止齒輪油從半軸表面溢出，與內油封起到雙層防護作用。

圖5 經過優化的前驅動橋結構

2.優化后油封變量CAE分析

通過MASTA與ABAQUS聯合仿真分析技術，確定半軸油封位置處的相對變形量。將MASTA中各凝聚節點的邊界條件導入ABAQUS中作為有限元模型的邊界條件，合并橋殼、左半軸和右半軸位移云圖后，測量半軸內油封擋位置與半軸安裝油封的安裝面之間的相對變形量，如圖6所示。在滿載加載的情況下，左半軸內油封擋位置相對變形量為0.105mm，右半軸內油封擋位置相對變形量為0.124mm，左右半軸內油封擋位置變量，都能滿足油封設計的過盈量0.25mm要求。該優化后的結構可行。

圖6 MASTA模型

3.優化后裝配工藝

首先，分別壓裝，軸承座壓裝外油封、雙列軸承和螺栓，擋圈壓裝齒圈和O形圈，橋管凸緣頭壓裝內油封。其次，半軸先壓裝軸承座帶外油封和雙列軸承。再次，壓裝擋圈帶齒圈，再裝上半軸鎖止卡環。最后，半軸帶整改壓裝件套入驅動橋管內。再擰緊螺母，把整個輪邊與驅動橋體連接。按新結構，反復裝配半軸帶壓裝件套入橋管時，未出現內油封唇口被刮傷。后續搭載路試也未再出現輪邊漏油現象。

結語

本文通過對原結構裝配工藝認證，找到油封唇口被刮傷的原因。產品在設計結構上可行，但在工藝上難以保證產品的質量，需要對原設計結構進行優化。優化后的新結構，進行了CAE分析滿足設計要求，在工藝裝配上進行反復認證，未出現質量問題，順利通過了整車路試。