油封在变速器上的应用及常见故障分析

田沛，宋楠，古婷，李建峰

（陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西 西安 710119）

前言

密封方式分为动密封、静密封，变速器静密封包含O型圈密封、密封垫密封等，动密封主要为油封密封。骨架油封为典型代表，一般作用是将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，防止润滑油渗漏的同时，又能防止水、尘土和其他有害物质从外部浸入。以下内容主要就骨架油封展开探讨。

1 油封的简介

1.1 油封分类

结构形式：单唇骨架油封和双唇骨架油封。双唇骨架油封的副唇起防尘作用 ，防止外界的灰尘，杂质等进入机器内部。

骨架型式：内包骨架油封，外露骨架油封和装配式油封。工作条件：旋转骨架油封、往返式骨架油封。

1.2 骨架油封结构

骨架油封由金属骨架、弹簧、橡胶密封部分组成。

1.3 骨架油封优缺点

※ 优点：

（1）重量轻、耗材少（都是薄壁金属件与橡胶件的组合）。

（2）安装位置小，轴向尺寸小，容易加工。

（3）密封性好，使用寿命长，对机器的振动和主轴的偏心有一定的适应性。

（4）拆卸容易，检修方便。

（5）价格便宜。

※ 缺点：

耐压能力差，一般用来做润滑油的密封，很少做其他密封。

图1

1.4 油封材料

油封的材料主要为氟橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶等，特殊情况用硅橡胶和聚四氟乙烯橡胶。其中丁腈橡胶耐油，聚氨酯橡胶耐磨，硅橡胶耐高温和低温，氟橡胶则较耐高温。平衡耐磨、耐介质 、耐高温等性能，变速器用油封一般选用氟橡胶。

2 变速器骨架油封工作原理

2.1 密封原理

动密封：轴或安装座孔在高速旋转下，油封唇口与轴之间会形成油膜，此油膜具有一定的液体润滑特性，在油封的作用下，油膜的刚度恰好使油膜与空气接触端形成一个新月面，防止了工作介质的泄漏，从而实现旋转轴的密封。

静密封：油封唇口与轴过盈配合，且油封弹簧进一步对密封唇口施加径向压紧力，进而防止润滑油的泄露。

图2

2.2 影响油封密封性能的因素

2.2.1 加油量对油封性能的影响

油封工作时接触润滑油种类很多，成分复杂，最常用的有机械油、透平油、齿轮油等。润滑油不同、油封的润滑状态不一样，摩擦热也有差异。其中加油量不同也会影响油封密封性能，多次试验证明，润滑油完全把轴淹没时油封的发热要比只淹没25%轴径时的大。所以设计油量以淹没50%轴径为限度。

2.2.2 油质对油封性能的影响

变速器未按保养手册定期更换润滑油，将致使油封整体密封性能下降，主要原因如下：

（1）润滑油在高温下发生氧化、变质、碳化，粘度变大，在轴及油封上形成沉积物，加剧对橡胶产品的腐蚀并形成一定杂质。

（2）变速器清洁度较差，颗粒较大的金属杂质损坏油封唇口。

（3）外界工况较差使杂质进入变速器内部。

多次试验发现，油中仅含 0.2μm的微小颗粒，就会使油封和轴明显磨损。因此，定期换变速器润滑油在对油封密封作用具有极其重要的作用。

2.2.3 轴、油封座对油封性能的影响

（1）轴表面粗糙度：一般中低速轴的表面粗糙度范围：Rz1.0～4.0μm；Ra0.2～0.8μm。旋转轴用油封，适用粗糙度：Ra 0.4μm。

（2）轴硬度：旋转轴的表面硬度一般取≥35HRC。清洁度较差时，或轴线速度>12m/s 时，表面硬度应为 50HRC以上，且建议表面淬火层深度>0.3mm。

（3）轴倒角：推荐值15°～30°。

（4）轴加工：适宜的轴加工方法是横向给进精研磨，金刚砂纸磨光。切勿车床精加工，超精加工，滚光加工等。

（5）轴材料：主要为普通碳素结构钢，如C35和C45，还有铸铁，陶瓷类，树脂塑料等。

（6）油封座设计：倒角推荐15°～30°，倒角深度建议1-3mm，过渡圆角建议 R0.3-0.5mm，腔体粗糙度建议 Ra≤3.2，腔体为轻合金或者树脂热膨胀系数较大的材质，则建议使外包胶油封。

3 变速器骨架油封装配

装配时需在唇口均匀涂抹适量润滑脂，如油封座为铸铁材质，建议在油封油封座腔体内涂抹一层润滑脂。

压装时需使用压力机水平压入，压装完成后检测油封平面度，（轴径为80-120，推荐平面度为≤0.3），无压力机情况下，应选用适当挡板作为工装，使用橡皮锤均匀施压，切勿以金属锤直接敲打，造成油封变形。

安装方向不同选择不同工装。

工装要有倒角，且加过渡圆角，避免安装时切伤，工装表面粗糙度Ra≤3.2。

4 变速器油封漏油常见故障原因分析

初期工作时，在油封唇口油膜形成过程中，唇口润滑脂因受热融化外流，在油封座表面形成轻微油渍，此现象称为“假渗”，非油封失效漏油。一般情况下油封漏油主要由以下原因导致：

（1）零件尺寸超差；

（2）轴、油封座粗糙度、硬度超差，油封或者轴磨损而漏油；

（3）工况恶劣、未定期更换润滑油，使内部清洁度较差，油封唇口及轴表面造成损坏、磨损；

（4）润滑脂失效致使轴与油封长时间处于干磨运转，导致油封、轴磨损；

（5）密封介质使橡胶溶胀，降低橡胶硬度，使油封过早的老化和磨损；

（6）在唇口处形成“油碳”污垢，使油封唇口被托起；

（7）油封唇口耐偏心差，或轴的跳动太大；

（8）轴窜动量太大；

（9）油封圆度超差、同轴度超差、包胶不均、车刀纹、外观缺陷等质量缺陷；

（10）油封压装平面度超差，或未压装到位；

（11）油封受到损坏；

（12）润滑脂涂抹过量，影响早期油膜形成。

5 小结

综上所述，油封质量水平直接关系变速器产品质量评定，故在油封设计、运输、装配、使用等各环节需密切关注，不仅要对油封产品本身质量进行严格管控，同时在设计相关匹配的轴及安装座孔时需关注油封的设计要求，避免出现装配不适等故障。