汽車變速箱油封膠料選擇的探討

何春燕

（格特拉克（江西）傳動系統有限公司，江西南昌 330013）

0 前言

汽車用油封是旋轉密封件結構最復雜、技術含量高、應用最廣泛的精密橡膠元件。它的質量好壞不僅影響汽車的密封性能和使用壽命，更為重要的是影響汽車的行駛和安全性［1］。變速箱用油封的主要功能是防止?jié)櫥蛷目着c軸之間的配合間隙處向外滲漏，同時防止灰塵及雜質進入內部。油封要在汽車任何工況下確保其密封性和工作可靠性，就必須能夠承受高轉速、耐介質、耐高低溫的工作條件。

1 油封的分類及工作原理

1.1 油封分類

油封可按密封作用、特點、結構類型、工作狀態(tài)和密封機理等分類。按有無流體動力回油效果可分為普通光面油封和唇部有回流線的流體力學油封。按工作方式可分為旋轉軸用油封和往復軸用密封（一般作防塵裝置）；按有無金屬骨架和骨架位置可分為金屬骨架油封，包括外周橡膠型油封（金屬骨架嵌入橡膠之間或金屬骨架內露）、外周金屬型油封（金屬骨架內周有橡膠型和無橡膠型）、裝配式油封和無金屬骨架油封（外周用較硬的橡膠或膠布補強，可以切開安裝使用）。按有無金屬彈簧可分為有彈簧型油封（帶狀彈簧或指狀彈簧）和無彈簧型油封。按密封唇多少可分為單唇式油封和復唇式油封（有防塵唇或分隔兩種介質的雙密封唇等）。按旋轉線速度可分為低速油封、中速油封和高速油封［2］。

1.2 油封工作原理

變速箱上油封主要有：輸入軸油封、輸出軸油封、換擋軸油封、差速器油封等。目前變速箱油封大都采用雙唇骨架油封，由橡膠體、金屬骨架和彈簧等組成。橡膠體唇邊刃口具有較大的回彈能力，密封接觸面很窄（一般在0.2mm～0.7mm），且接觸壓力分布均勻，再加上彈簧，使唇口對軸具有較好的追隨補償性能。變速箱工作時，機體內的潤滑油隨轉動的軸被帶上軸頸與油封唇口處，在油封唇口的彈性壓力及潤滑油的飛濺慣性作用下，其接觸面形成了一層牢固的潤滑油膜，這樣既封住了油，使其不往機體外泄漏，又使唇口得到可靠的潤滑。油封的密封能力好與壞，除了油封本身結構設計是否合理外橡膠材料的選擇是重要的因素。

2 油封膠料選擇主要因素

目前變速箱用油封膠料主要是丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠。選擇油封的材料時，必須考慮材料對工作介質的相容性、對工作溫度范圍的適應性和唇緣對旋轉軸高速旋轉時的跟隨性。

2.1 工作溫度

對油封來說，其工作環(huán)境溫度是決定油封壽命的重要因素。高溫會使橡膠老化變硬，低溫會使唇口部位變脆易碎，不同橡膠，耐溫能力不同，一般情況下我們據此來選擇油封膠料。各膠料允許使用溫度見圖一。

圖一 橡膠允許使用溫度

實際上油封允許溫度（極限值）是由唇口材料的特性、密封介質的種類、軸偏心、使用時間、起動時的速度等眾多因素決定的。總之，膠料最高允許使用溫度應大于密封介質最高使用溫度加上唇部溫升，唇部溫升值可參照圖二（NOK S型油封），在齒輪油的場合下，為圖二所示的1.5倍，潤滑脂的場合下為3倍。

圖二 不同軸徑及轉速下的唇口溫升值圖

2.2 密封介質

膠料要根據其工作對象也就是密封介質來選擇。不同橡膠與密封介質的親和性不同，因而會出現橡膠的膨脹或收縮。若油封唇部收縮過大，必然使密封部位過盈量減少，不能達到泵吸能力，不能形成所需要的油膜，而造成泄漏。若膨脹量過大，唇部變形過大，其硬度、強度和延伸率均降低（即唇部“軟化”）后，唇部極易磨損，無法進行泵吸密封。

不同橡膠材料耐密封介質如表一。

表一 不同橡膠在不同介質下允許使用的最高溫度(℃)

2.3 配合軸轉速與軸徑

僅僅根據密封介質及工作溫度選擇橡膠材料是不夠的，油封以一定的過盈量安裝在軸上，當軸運動時，油封與軸之間發(fā)生相對運動，得考慮橡膠唇口與軸的跟隨性。

按照德國標準DIN3761，不同軸直徑和轉速下橡膠的跟隨性如圖三。

圖三 不同軸直徑和轉速下橡膠的跟隨性圖

3 結論

綜合以上三個因素來考慮變速箱用油封橡膠材料。通常情況下，變速箱用油封臺架實驗條件如表二。

表二 油封臺架實驗條件表

根據以上的三個綜合因素及筆者工程實踐研究表明：變速箱換擋軸油封宜選用丁腈橡膠；輸入軸，輸出軸及差速器油封宜選用丙烯酸酯橡膠；自動變速箱，雙離合變速箱宜選用氟橡膠。

［1］陳登隆.膠料對汽車油封性能的影響［J］.世界橡膠工業(yè)，2007，34（3）：22-25.

［2］燕來榮.車用橡膠油封的性能、材料選擇及應用.城市車輛（2008）論文集，2008.

［3］胡志根.柔性PTFE唇片油封的研制與應用［A］.汽車密封技術研討會（2007）論文集，2007.