某車型路試后驅(qū)動(dòng)橋通氣塞滲油問題分析和解決

謝香衛(wèi)

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

汽車在行駛過程中，后驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)部零件運(yùn)轉(zhuǎn)生熱，橋內(nèi)腔的溫度升高，壓力也隨之升高，為了保證橋的密封性以及其內(nèi)部零部件的使用壽命，橋內(nèi)部的氣壓必須與外部相等，后驅(qū)動(dòng)橋的通氣塞就是保證橋內(nèi)外氣壓平衡的關(guān)鍵零件。通氣塞通常設(shè)計(jì)安裝在減殼或橋殼上，垂直于水平面布置，應(yīng)避開大量齒輪油飛濺到的位置，并且建議在通氣孔處設(shè)計(jì)有氣孔護(hù)蓋，可以阻擋齒輪油直接飛濺入通氣塞[1]。通氣塞在設(shè)計(jì)上，需要保證與外界大氣相通，同時(shí)要防止外界雜質(zhì)及污染顆粒進(jìn)入橋內(nèi)部。通氣塞常見結(jié)構(gòu)有橡膠通氣塞、金屬通氣塞和長橡膠管連接兩端金屬件的通氣塞。通氣塞滲油問題是后驅(qū)動(dòng)橋開發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證階段中常見的問題之一。文章針對(duì)某車型開發(fā)過程出現(xiàn)的金屬通氣塞滲油問題進(jìn)行分析。

1 問題描述

某車型后驅(qū)動(dòng)橋在開發(fā)階段整車可靠性試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)里程完成約2萬6千多公里后（整車試驗(yàn)里程共約4萬公里），出現(xiàn)通氣塞滲油（圖1），油跡在后橋殼總成上已蔓延形成已大片濕漉的區(qū)域。

圖1 某車型后驅(qū)動(dòng)橋通氣塞滲油

根據(jù)以往車型的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，通氣塞滲油是由如圖2所示的可能原因造成。本文此開發(fā)車型的通氣塞滲油問題原因分析亦從以下方面進(jìn)行逐一分析。

圖2 通氣塞滲油原因

2 原因分析

2.1 設(shè)計(jì)問題

2.1.1 螺紋規(guī)格設(shè)計(jì)不當(dāng)

常閉式通氣塞結(jié)構(gòu)，如圖3所示，它頭部的彈簧頂住蓋片，通氣塞沒有通氣時(shí)是封閉的，只有在車輛行駛、驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)部傳動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)做功溫度升高后，橋內(nèi)部的氣壓增大到一定程度時(shí)，蓋片擠壓彈簧，通氣塞才開啟通氣。通氣塞靠錐螺紋裝配到橋殼，它采用的是60°密封圓錐管螺紋，此種螺紋具有機(jī)械連接和密封兩大功能。其對(duì)牙型的精度有要求，通過控制牙頂高和牙底高公差、中徑線錐度（1∶16）的極限偏差、有效螺紋的導(dǎo)程累積偏差以及牙側(cè)角極限偏差等來確保螺紋副之間的密封性能[2]。本車型的通氣塞安裝孔內(nèi)螺紋與通氣塞的外螺紋采用的是“錐/錐”配合的圓錐管螺紋結(jié)構(gòu)，可直接靠旋緊就可以密封。其具有密封特性的主要原因有兩點(diǎn)：

圖3 常閉式通氣塞結(jié)構(gòu)[3]

（1）由于錐度的原因，這種螺紋在與同樣的錐螺紋配合時(shí)具有“自緊作用”。如圖8所示，外螺紋越往左擰入內(nèi)螺紋孔，會(huì)越來越緊，牙與牙的配合可以實(shí)現(xiàn)擠壓密封。

（2）其特殊的牙型設(shè)計(jì)具有“完全吻合”的特性，內(nèi)/外螺紋的牙型角都是60°且錐度都是1∶16。

后驅(qū)動(dòng)橋的成熟產(chǎn)品上，相同的設(shè)計(jì)已有量產(chǎn)，并且經(jīng)過了顧客端的長期使用驗(yàn)證，因此，可以排除螺紋規(guī)格配合設(shè)計(jì)不正確的問題。

2.1.2 通氣孔位置、氣孔護(hù)蓋設(shè)計(jì)

本車型結(jié)構(gòu)的后驅(qū)動(dòng)橋正車行駛時(shí)如圖4和圖5所示，隨著被動(dòng)傘齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪油被逆時(shí)針方向甩動(dòng)，通氣塞安裝位置布置在橋殼左側(cè)套管上方，已經(jīng)遠(yuǎn)離的橋內(nèi)部齒輪油大量飛濺位置。且橋殼氣孔護(hù)蓋采用滿焊形式，齒輪油無法直接從橋殼中間部位滲入氣孔護(hù)蓋內(nèi)部。只有在車輛轉(zhuǎn)彎或單側(cè)過深坑時(shí)，齒輪油流到套管左側(cè)，然后在長期使用后齒輪油從橋殼左側(cè)慢慢滲入氣孔護(hù)蓋內(nèi)部，此種情況下，如果螺紋副之間的密封性能不足，齒輪油就有可能從螺紋副之間滲出。

圖4 通氣塞安裝位置

圖5 本車型后驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)

2.2 制造問題

2.2.1 氣孔護(hù)蓋焊接

橋殼氣孔護(hù)蓋要求沿著零件邊緣焊接一圈（圖6），焊接參數(shù)中電流為180～200 A、電壓為18～20 V，焊接后檢查無漏焊、虛焊、焊穿或焊偏等問題。檢查故障橋殼試制記錄，氣孔護(hù)蓋焊接滿足圖紙要求。因此，排除了氣孔護(hù)蓋焊接不合格原因造成通氣塞滲油。

圖6 氣孔護(hù)蓋焊接要求

2.2.2 螺紋加工不合格

（1）本車型后橋的通氣塞為借用量產(chǎn)成熟產(chǎn)品，螺紋部位采用60°圓錐外螺紋結(jié)構(gòu)，已經(jīng)過市場(chǎng)多年驗(yàn)證，符合螺紋環(huán)規(guī)檢測(cè)，因此，排除通氣塞零件制造質(zhì)量不合格問題。

（2）本車型橋殼上的通氣孔為60°圓錐內(nèi)螺紋NPT 1/8。橋殼板料厚度6 mm，比絲錐長度（圖7）短很多。如果攻牙時(shí)不控制行程，會(huì)造成橋殼外側(cè)通氣孔口的螺紋大徑大于標(biāo)準(zhǔn)要求的基準(zhǔn)平面上的螺紋大徑?！板F/錐”配合的圓錐管螺紋，內(nèi)外螺紋具有一樣的牙型，配上錐度，螺紋旋緊后可以實(shí)現(xiàn)密封。但是螺紋孔在基準(zhǔn)平面處已經(jīng)偏大，螺紋副之間的密封效果已降低。

圖7 橋殼通氣塞內(nèi)螺紋孔攻牙絲錐

從圖1的故障照片看，通氣塞螺牙底部已經(jīng)完全貼合到橋殼外表面上，但是按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12716-2011《60°密封管螺紋》的要求（圖8），NPT 1/8的外螺紋，裝配余量L3為2.822 mm，露出牙數(shù)約為3圈[4]，進(jìn)一步說明這臺(tái)車的通氣塞孔加工過大，螺牙與螺牙之間的配合有超過標(biāo)準(zhǔn)要求的間隙值，因此直接導(dǎo)致了車輛行駛約2.6萬km時(shí)，齒輪油慢慢從螺牙間滲出。橋殼通氣塞孔攻牙不合格是導(dǎo)致該路試車滲油的根本原因。

圖8 圓錐外管螺紋上各主要尺寸分布位置[4]

3 臨時(shí)措施和長期措施

3.1 臨時(shí)措施

NPT 1/8的圓錐管螺紋配合為一般用途的密封管螺紋配合，遵循了GB/T 12716-2011《60°密封管螺紋》的標(biāo)準(zhǔn)，在牙頂和牙低處的配合為過渡配合，如圖9所示。為了確保螺紋連接密封的可靠性，可以在螺紋副內(nèi)添加合適的密封介質(zhì)，例如在螺紋表面上纏膠帶、涂密封膠等[4]。在確定了該路試車滲油的原因?yàn)槁菁y配合不嚴(yán)后，采取了通氣塞外螺紋上纏膠帶措施，并經(jīng)驗(yàn)證，該臺(tái)路試車后續(xù)未再出現(xiàn)滲油問題。

圖9 NPT 1/8的壓頂高和壓低高的公差帶分布位置[4]

3.2 長期措施

本車型的后橋殼總成為沖壓焊接式琵琶橋，后橋殼的板厚為6 mm，其工藝為：后橋殼上半殼沖壓→通氣孔鉆孔→通氣孔攻牙→其他橋殼小件焊接機(jī)加工。如果不進(jìn)行橋殼通氣孔圓錐內(nèi)螺紋的加工行程控制，必定會(huì)出現(xiàn)在圓錐內(nèi)螺紋孔的基準(zhǔn)面處，大徑、中徑和小徑偏大的情況?？梢酝ㄟ^工藝驗(yàn)證，鎖定橋殼通氣塞孔圓錐內(nèi)螺紋的攻牙絲錐行程，以便避免批量生產(chǎn)后通氣孔圓錐內(nèi)螺紋加工過大問題。圓錐內(nèi)螺紋攻絲后，使用螺紋圓錐工作塞規(guī)，檢驗(yàn)基準(zhǔn)距離長度范圍內(nèi)橋殼通氣孔的內(nèi)螺紋的中徑，如圖10、圖11和圖12所示，橋殼通氣孔外側(cè)應(yīng)處與螺紋“基”準(zhǔn)平面相距一個(gè)螺距范圍之內(nèi)，即不能低于“下”基準(zhǔn)面，不能高于“上”基準(zhǔn)面。在從表1橋殼通氣孔攻牙行程驗(yàn)證記錄看，攻絲深度為12～13 mm，通氣塞內(nèi)螺紋孔均為合格狀態(tài)，最佳攻絲深度為12.5 mm。

圖11 “上”基準(zhǔn)面

圖12 “下”基準(zhǔn)面

表1 橋殼通氣孔攻牙行程驗(yàn)證記錄

圖10 “基”基準(zhǔn)面

4 結(jié)束語

60°的圓錐管螺牙配合，其螺紋副之間的配合決定了其密封性能，螺牙加工不合格會(huì)直接導(dǎo)致后橋通氣塞出螺紋副之間滲油，橋殼的通氣塞孔生產(chǎn)制造過程中必須控制其加工行程。在出現(xiàn)圓錐內(nèi)螺紋孔加工基準(zhǔn)面偏大時(shí)，可以通過在螺紋副之間添加“介質(zhì)”來使其重新提高或具備密封性能。