半浮式驅(qū)動橋輪邊漏油分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(yīng)用廣泛。如果驅(qū)動橋漏油后果很嚴(yán)重，將導(dǎo)致驅(qū)動橋內(nèi)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(dǎo)致密封不嚴(yán)引起漏油。

2）油封裝配過程出現(xiàn)質(zhì)量問題引起漏油。

3）油封裝配位置設(shè)計不合理引起漏油。

4）油封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引起漏油。

5）油封產(chǎn)品本身質(zhì)量問題。

對問題橋拆解

某款車型的路試試驗車出現(xiàn)2臺輪邊漏油，失效里程3500kg左右，經(jīng)對故障驅(qū)動橋拆解及對相關(guān)零件排查，2臺故障驅(qū)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(jìn)行分析，原因有三：

1）對庫存油封質(zhì)量排查，符合圖樣設(shè)計要求，油封唇口未發(fā)現(xiàn)質(zhì)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝分析

優(yōu)化前設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示，半軸與雙列軸承內(nèi)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(nèi)圈過盈配合，橋管凸緣頭與內(nèi)油封安裝面過盈配合，鎖止卡環(huán)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(lián)接。半軸與外油封、內(nèi)油封唇口緊密結(jié)合。

圖2 優(yōu)化前驅(qū)動橋的設(shè)計結(jié)構(gòu)

汽車行駛時，車輪帶動半軸旋轉(zhuǎn)，外油封唇口和內(nèi)油封唇口起到動態(tài)封油作用，外油封防止雙列軸承油脂漏出，內(nèi)油封防止驅(qū)動橋里面的齒輪油漏出。在結(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)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(huán)。最后，半軸帶整個壓裝件套入驅(qū)動橋管內(nèi)，再擰緊螺母，把整個輪邊與驅(qū)動橋體連接，其他組件裝配過程省略。但在反復(fù)裝配半軸帶壓裝件套入橋管時，出現(xiàn)了一次內(nèi)油封唇口刮傷。

圖3 裝配工藝驗證

對問題再現(xiàn)分析

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)油封唇口刮是被半軸一端的花鍵刮傷。從設(shè)計結(jié)構(gòu)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(nèi)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(zhuǎn)強度滿足不了設(shè)計要求。由此可見，該設(shè)計結(jié)構(gòu)在裝配工藝上保證不了產(chǎn)品的質(zhì)量，但受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，未發(fā)現(xiàn)更好的裝配工藝方法，需要考慮改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

圖4 驅(qū)動橋的設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸

當(dāng)然，設(shè)計出的產(chǎn)品要能在工藝實現(xiàn)，并滿足裝配需求，所以要從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.優(yōu)化后設(shè)計結(jié)構(gòu)

如圖5所示，加長擋圈尺寸，減小內(nèi)油封唇口的直徑，把內(nèi)油封唇口作用面在擋圈外表面上，內(nèi)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(nèi)表面安裝O形圈，防止齒輪油從半軸表面溢出，與內(nèi)油封起到雙層防護(hù)作用。

圖5 經(jīng)過優(yōu)化的前驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)

2.優(yōu)化后油封變量CAE分析

通過MASTA與ABAQUS聯(lián)合仿真分析技術(shù)，確定半軸油封位置處的相對變形量。將MASTA中各凝聚節(jié)點的邊界條件導(dǎo)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(nèi)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(nèi)油封擋位置相對變形量為0.105mm，右半軸內(nèi)油封擋位置相對變形量為0.124mm，左右半軸內(nèi)油封擋位置變量，都能滿足油封設(shè)計的過盈量0.25mm要求。該優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)可行。

圖6 MASTA模型

3.優(yōu)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(nèi)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(huán)。最后，半軸帶整改壓裝件套入驅(qū)動橋管內(nèi)。再擰緊螺母，把整個輪邊與驅(qū)動橋體連接。按新結(jié)構(gòu)，反復(fù)裝配半軸帶壓裝件套入橋管時，未出現(xiàn)內(nèi)油封唇口被刮傷。后續(xù)搭載路試也未再出現(xiàn)輪邊漏油現(xiàn)象。

結(jié)語

本文通過對原結(jié)構(gòu)裝配工藝認(rèn)證，找到油封唇口被刮傷的原因。產(chǎn)品在設(shè)計結(jié)構(gòu)上可行，但在工藝上難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，需要對原設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的新結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了CAE分析滿足設(shè)計要求，在工藝裝配上進(jìn)行反復(fù)認(rèn)證，未出現(xiàn)質(zhì)量問題，順利通過了整車路試。