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(zé)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(zhì)量，是變速器質(zhì)量的保障之一，如果變速器油封裝配不當(dāng)，會(huì)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(duì)售后反饋的多起變速器后軸承蓋油封脫落導(dǎo)致的燒蝕問(wèn)題，通過(guò)故障模式分析、裝配工藝過(guò)程中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行分析，得到了導(dǎo)致該故障的主要影響因素，并通過(guò)改進(jìn)總裝氣密、油封壓裝等工藝過(guò)程，增加過(guò)程控制手段，解決了該故障，故在變速器密封問(wèn)題上，油封裝配質(zhì)量及其的過(guò)程控制手段是非常重要的影響因素。

1 問(wèn)題描述

本文基于某主機(jī)廠(chǎng)家反饋，客戶(hù)商用車(chē)在行駛一段時(shí)間后，出現(xiàn)變速器燒箱，給客戶(hù)造成不便和經(jīng)濟(jì)損失，經(jīng)對(duì)故障件進(jìn)行解析分析，初步斷定是變速器輸出軸軸承蓋油封發(fā)生了部分脫出，而脫出不明顯，不易被檢查出，而客戶(hù)在未發(fā)現(xiàn)輸出軸油封脫出的情況下繼續(xù)行駛，導(dǎo)致油封漏油，潤(rùn)滑不良，最后導(dǎo)致變速器燒箱，影響惡劣?，F(xiàn)場(chǎng)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(duì)以上故障，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及裝配過(guò)程進(jìn)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(chǎng)后爆發(fā)的原因。通過(guò)對(duì)該變速器輸出軸后軸承蓋油封的裝配工藝過(guò)程進(jìn)行分析，可能會(huì)引發(fā)以上初期裝配偏移的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）油封裝配前涂油

由于鑄鐵變速器在裝配油封時(shí)需要給油封內(nèi)孔處涂抹潤(rùn)滑脂，然后，在變速器材質(zhì)在輕量化提升后，沒(méi)有考慮此問(wèn)題，在裝配過(guò)程中還繼續(xù)給油封內(nèi)孔處涂抹潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致油封和內(nèi)孔處的接觸摩擦力產(chǎn)生了變化，使得油封在受到外部力量時(shí)，油封很容易發(fā)生脫出故障，此原因是導(dǎo)致本文時(shí)效模式的主要原因之一。

（2）油封壓裝時(shí)偏移，導(dǎo)致壓裝過(guò)程中的軸承初損傷

在壓裝過(guò)程中，由于工裝磨損、偏心等問(wèn)題，會(huì)引起油封在壓裝過(guò)程中產(chǎn)生早起破壞，經(jīng)過(guò)分析，這個(gè)原因不是本文故障的主要原因。

（3）油封裝配后有無(wú)裝配偏移量的檢測(cè)手段

由于油封裝配時(shí)一定要裝正，但是長(zhǎng)久以來(lái)，沒(méi)有對(duì)壓裝精度進(jìn)行檢測(cè)，因此，無(wú)法了解裝配精度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度要求，經(jīng)過(guò)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(nèi)，在裝配油封時(shí)涂抹潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致摩擦力大幅度下降，且在后續(xù)氣密過(guò)程中，由于充氣壓力的作用，導(dǎo)致油封被氣壓微量沖出，然而此時(shí)并不影響密封性能，故沒(méi)有辦法檢出，故導(dǎo)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(xiàn)存作業(yè)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(rùn)滑脂，然而油封座孔的材質(zhì)是鋁合金的，涂抹潤(rùn)滑脂后座孔表面和油封之間摩擦系數(shù)變小，故是氣密過(guò)程中導(dǎo)致油封蹦出的主要原因之一。

經(jīng)過(guò)分析后，制定工藝措施，取消鋁合金內(nèi)孔內(nèi)涂油工序，排除摩擦力消除造成油封脫出故障的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 油封裝配后的二次損傷

（1）個(gè)別變速箱需要進(jìn)行2 次氣密試驗(yàn)時(shí)，由于誤操作，第二次充氣時(shí)沒(méi)有將第一次充的氣壓排掉或者沒(méi)排干凈而直接充氣，造成第二次變速箱內(nèi)的保壓氣壓在60～80KPa 之間，造成油封脫出或者偏離原來(lái)的位置。脫出的油封可以直接看見(jiàn)，而偏離原來(lái)位置的油封在防塵罩的覆蓋下難以發(fā)現(xiàn)，下線(xiàn)后流入主機(jī)廠(chǎng)，用戶(hù)使用后，容易造成油封脫出，嚴(yán)重者燒箱。

（2）要解決氣密儀二次加壓?jiǎn)栴}，有兩種可行方案，1）、氣密儀升級(jí)換代；2）、氣密儀改造。氣密儀升級(jí)換代費(fèi)用太高，為了降低成本，采用氣密儀改造方案。通過(guò)多次多種方案的試驗(yàn)，確定通過(guò)控制氣路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。二次加壓前變速箱腔體內(nèi)氣壓很大，可以考慮在充氣之前運(yùn)用壓力傳感器檢測(cè)腔體內(nèi)的氣壓，氣壓大于一定數(shù)值時(shí)，說(shuō)明未排氣或是排氣不徹底，通過(guò)控制手段使得此時(shí)不能啟動(dòng)程序，進(jìn)而避免二次加壓。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，如（圖1）在充氣氣路中增加一個(gè)三通，充氣氣路中的一路接壓力傳感器（圖2），即時(shí)檢測(cè)箱體內(nèi)壓力。通過(guò)氣密儀的I/O 端口為傳感器提供24V 工作電壓，通過(guò)壓力傳感器輸出的信號(hào)控制中間繼電器工作（圖3），把中間繼電器的常閉觸點(diǎn)串入啟動(dòng)按鈕線(xiàn)路，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到箱體內(nèi)氣壓大于某設(shè)定值時(shí)，斷開(kāi)線(xiàn)路（圖4），使啟動(dòng)信號(hào)屏蔽，氣密儀不能啟動(dòng)；只有當(dāng)箱體內(nèi)壓力小于2KPa 時(shí)，中間繼電器不起作用，方可以啟動(dòng)氣密儀。

圖3 三通接頭

圖4 壓力傳感器

（3）即：當(dāng)變速器腔體內(nèi)存余大于5KPa 的氣壓時(shí)，氣密儀將無(wú)法二次啟動(dòng)。這種方案較易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，且能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)節(jié)拍，徹底解決了氣密檢測(cè)時(shí)二次充氣的問(wèn)題。

圖5 中間繼電器

3 油封壓裝力研究并規(guī)范

圖7 ANSYS 建模分析

通過(guò)近期研究發(fā)現(xiàn)，油封壓裝技術(shù)指標(biāo) 為：表盤(pán)讀數(shù)：5Mpa 是不規(guī)范的；油封壓裝力大小應(yīng)根據(jù)不同壓力機(jī)，不同的油封有不同規(guī)定；通過(guò)壓裝試驗(yàn)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(shù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

4 小結(jié)

本文通過(guò)變速器輸出軸油封批量脫落、燒箱故障進(jìn)行失效模式及影響因素進(jìn)行分析，找到了導(dǎo)致故障的主要因素：（1）鋁合金孔內(nèi)涂抹潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致油封外圈和鋁合金內(nèi)孔處的摩擦系數(shù)產(chǎn)生了較大變化，導(dǎo)致油封的靜態(tài)摩擦力變??；（2）在做二次氣密時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行泄壓，導(dǎo)致氣密保壓壓力增 大，大于油封和孔之間的靜態(tài)摩擦力，最后導(dǎo)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(guò)分析后，本文對(duì)整個(gè)油封裝配過(guò)程進(jìn)行了分析，將會(huì)導(dǎo)致油封失效的主要過(guò)程進(jìn)行了工藝改進(jìn)，提高了油封的裝配質(zhì)量，并通過(guò)ANSYS 有限元分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方式，得到了該位置油封壓裝的工藝參數(shù)，為后期工藝參數(shù)的制定提供了數(shù)據(jù)支撐。