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电动汽车减速器油封漏油原因分析及解决措施

时间:2022-07-27来源:汽车实用技术

导语:电动汽车车型开发过程中,减速器驱动轴油封处漏油会增加整车的开发周期及开发成本,给企业造成损失。文章从整车生产厂角度出发,根据减速器油封密封结构及密封机理,从设计、加工及装配等层面分析引起减速器油封漏油的原因,根据偶发问题及批量问题分别制定不同的排查方向,有助于提高减速器油封漏油问题排查效率,并依据漏油原因给出了几条降低减速器油封漏油故障率的措施。

  电动汽车车型开发过程中,减速器驱动轴油封处漏油会增加整车的开发周期及开发成本,给企业造成损失。文章从整车生产厂角度出发,根据减速器油封密封结构及密封机理,从设计、加工及装配等层面分析引起减速器油封漏油的原因,根据偶发问题及批量问题分别制定不同的排查方向,有助于提高减速器油封漏油问题排查效率,并依据漏油原因给出了几条降低减速器油封漏油故障率的措施。

  一、减速器油封密封结构简介

  电动汽车减速器与传统燃油车变速箱类似,用于传递驱动电机的转速及扭矩,一般通过固定速比单级减速,达到降速增扭的目的。减速器内部需要润滑油润滑,良好的润滑可提高减速器的传动效率及工作寿命。传统汽车变速箱多采用自密封结构形式,而电动汽车的减速器多用敞开式油封结构,其成本较低,但容易发生漏油问题。敞开式油封结构的特点在于减速器油封与驱动轴直接接触,减速器油封主要用于防止减速器润滑油的外泄,如图 1 所示,驱动轴为旋转运动部件,油封外径通过过盈配合安装在减速器壳体上,油封内径与驱动轴密封配合,起到封油效果。由图 1 可知,油封处漏油点主要分为两处,即油封与减速器壳体配合处及油封与驱动轴配合处。油封与减速器壳体配合处属于静密封,且减速器内外压差较低,只要保证油封与减速器配合部分无缺陷、压缩量及表面粗糙度满足要求,通常情况下此处不会发生漏油问题。油封与驱动轴配合处为动态密封,相比于静态密封,动态密封的设计难度较高,更易于发生漏油问题。工程实际中减速器油封漏油多发生在驱动轴与油封配合处。

图 1 减速器与驱动轴密封处结构

  二、减速器油封漏油原因分析

  发现减速器油封漏油时,首先应确认发生泄漏的部位,有时是附着了油脂等油封漏油以外的原因而误认为是油封漏油。首次发现漏油后应将漏油部分清理干净并持续跟踪观察其是否继续漏油,若确为油封漏油,再进行油封漏油原因分析。结合车型开发过程中工程实际情况和减速器油封与驱动轴配合处的密封结构及密封机理,归纳出其漏油原因主要有:

  (1)减速器通气塞堵塞;

  (2)油封或驱动轴的密封结构损坏;

  (3)油封单件尺寸不合格;

  (4)驱动轴与油封配合处加工质量不满足要求;

  (5)油封材料选择不合理;

  (6)油封结构设计不合理。

  若减速器油封漏油问题为偶发问题,则重点排查第(1)到(4)条;若为批量问题,则主要排查第(5)到(6)条。对于偶发问题,错误的排查顺序可能会破坏被排查零部件的状态导致故障无法复现,难以锁定发生故障的真正原因,故排查时应按照本文所述先后顺序逐一排查。

  减速器通气塞堵塞:油封发生漏油问题后,应首先排查减速器通气塞是否堵塞。减速器通气塞分为常开型与常闭型两种,常开型通气塞始终保持减速器内部压力与外界大气压力相等;常闭型通气塞一般开启压力为 0.005~0.01 MPa。无论哪种通气塞,只要通气塞正常工作,减速器内外压差较低,即油封两侧压差较低,但当通气塞堵塞后,减速器工作时其内部压力会随油温升高而不断升高,造成油封两侧压差较大,容易引起油封漏油,但根据工程实际经验,通气塞发生堵塞的概率较小。

  油封或驱动轴的密封结构损坏:排除由于通气塞堵塞造成减速器油封漏油后,应小心拆除驱动轴,拆除过程注意不要损坏油封,检查驱动轴与油封配合的部位是否存在异常磨损,并在减速器总成上观察油封是否有损坏,若驱动轴或油封密封部位存在损坏,可锁定漏油原因为密封结构损坏。密封结构的损坏可能由多种因素造成,主要包括生产装配过程中造成的密封结构损坏及减速器润滑油失效或润滑油选择不合理造成密封结构异常磨损。

  1.生产装配过程中造成的密封结构损坏

  在整车生产厂中,减速器属于外购件,油封随减速器总成供货,油封的安装是在减速器自动化生产线上由专用工具压装,其安装精度与一致性控制较好,且在运输过程中会在油封处加装保护盖,油封损坏的可能性较小。但在整车装配过程中,驱动轴插装到减速器的工序为半人工插装,插装过程中可能存在驱动轴花键与卡簧等尖锐部位接触油封的现象,可能会造成油封损坏。

  2.减速器润滑油失效或润滑油选择不合理造成密封结构异常磨损

  若发现减速器油封及驱动轴密封部位异常磨损,应检查润滑油油品是否失效以及是否加注减速器供应商指定的润滑油型号。车辆行驶里程过长或极端恶劣环境下,减速器润滑油油品可能会失效,润滑油油品失效后,油封及驱动轴间的润滑效果降低,摩擦力增大,导致密封结构异常磨损;减速器及油封的开发及验证过程与润滑油息息相关,通常减速器对于润滑油的型号选择有明确的要求,使用不同型号的润滑油可能会造成油封与润滑油不相容引起橡胶硬度增加,造成油封与驱动轴密封部位过早的老化及磨损。

  油封单件尺寸不合格:若通气塞及密封结构无异常,则进行油封单件尺寸排查。应对照油封图纸,检测漏油油封的相关尺寸是否满足要求。由于油封材料为橡胶,材质较软,用游标卡尺测量其尺寸难以保证测量精度,宜用三坐标仪进行测量,受限于三坐标仪对被检零件的要求,直接在减速器总成上检测油封相关尺寸难以实现,而拆卸油封会对油封造成破坏导致被检尺寸无效。因此应检测至少 10 件与漏油减速器油封同批次的新油封,检测密封唇口直径尺寸、外径尺寸、密封唇口圆度、外径圆度及内外径的同轴度等是否满足设计要求。并挑选合格品正确安装到漏油减速器上进行实车验证密封效果,若漏油故障消失,可锁定漏油原因为油封单件尺寸不合格;若保证合格油封安装正确的情况下仍然漏油,继续排查其他原因。

  驱动轴与油封配合处加工质量不满足要求:驱动轴与油封配合处加工质量也是影响减速器油封密封效果的因素之一。若发生漏油问题后,检测油封无异常,需检测漏油车辆驱动轴与油封配合处的尺寸、加工精度及硬度等是否满足设计要求。若存在不合格项,应挑选合格驱动轴装配到漏油车辆上,验证密封效果,若漏油故障消失,可锁定漏油原因为驱动轴与油封配合处加工质量不满足要求;若仍然漏油,继续排查其他原因。

  油封材料选择:减速器油封的使用要求主要有:温度 −30 ℃~ 150 ℃、 耐磨、耐各种介质(机油、润滑油、齿轮油、液压油、燃油、酸、碱、盐、水、灰尘、泥浆)、耐老化、变形小、回弹性好、高拉伸强度、对密封面不损伤,与骨架材料粘合性好,加工性能好。目前,汽车减速器油封橡胶主要采用丁腈橡胶 (NBR)、丙烯酸酯橡胶(ACM)和氟橡胶(FKM),几种常见油封材料的特点及适用范围如表 1。由于北方冬季温度较低,不宜采用耐寒性较差的氟橡胶(FKM)油封。

表 1 几种常见油封材料的特点及适用范围

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  油封结构设计:减速器油封的基本结构如图 2 所示,主要由橡胶主体、金属骨架和弹簧组成,在自由状态下,油封的密封唇口直径 小于驱动轴的轴径,属于过盈配合,油封密封结构设计属于油封厂家的核心技术,包括防尘唇的结构设计、切修面角度设计、弹簧弹力大小、回流纹的结构设计等,个别供应商设计的减速器油封不包含防尘唇和回流纹结构。站在整车生产厂角度,减速器宜选用带有防尘唇和回流纹的油封,防尘唇可防止污染物、灰尘、沙粒等从空气侧进入密封部位;回流纹可以提高油封的密封效果;减速器油封密封唇口的密封压缩量通常为 1~2 mm,压缩量过小会导致密封不足,压缩量过大会增加磨损,降低使用寿命。2019 年一汽奔腾某款电动汽车批量发生减速器漏油问题,经排查,减速器选择的油封既无防尘唇也无回流纹,其密封压缩量也略小,对油封供应商进行深入调研发现其研发经验及供货经验较为欠缺,后更换了行业内某知名油封供应商后,减速器漏油问题得到彻底解决。

  

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图 2 减速器油封的基本结构

  三、降低油封漏油故障率的措施

  加强对油封供应商的考核:通常情况下,减速器属于整车生产厂的一级供应商,油封随减速器总成供货,属于二级供应商,以往整车生产厂只重点管理和考核一级供应商,对二级供应商缺少关注。为降低减速器油封漏油故障率,在考察减速器供应商时应重点关注减速器厂对油封的选择,要求减速器供应商加强对油封供应商的管理与考核,油封的供应商应选择开发能力强,供货经验丰富的行业内知名企业,油封批量装配前,应进行充分的试验验证。

  进行减速器密封性台架试验:要求减速器供应商进行与油封相关的减速器台架试验,使油封可能发生的漏油问题在装车前提前暴露,包括动态密封试验、高温试验、低温试验、疲劳寿命试验、高速试验、盐雾试验等。台架试验按照相关国标、行标以及整车生产厂的要求执行,尽量模拟整车的实际工况,且须在具备相应资质的第三方试验机构进行,所有试验通过后才允许减速器量产装车。

  加强对驱动轴及减速器油封的入厂检验:加强对驱动轴及减速器油封的入厂检验。检测驱动轴与油封配合处加工质量是否符合要求,包括尺寸、加工精度及硬度等,且不允许有划痕及锈蚀;检查减速器油封,其密封唇口应光滑、平整,不允许存在杂质、气泡、裂纹等缺陷,油封弹簧应绕制均匀,不允许出现形变、扭曲、伸长等缺陷,接头处不应发生脱口现象,不允许生锈。对于存在不合格项的驱动轴及减速器不允许量产装车。

  优化驱动轴装配工艺:优化驱动轴装配工艺,驱动轴插装到减速器前确保驱动轴与减速器密封配合处干净、无异物,尤其是金属颗粒异物,插装过程中避免驱动轴花键与卡簧等尖锐部位接触减速器油封。驱动轴安装宜采用专用工装,既能降低装配难度,提高工作效率,又能有效保护油封不被划坏。

  驱动轴及油封的拆装:通常情况下,驱动轴及减速器油封为免维护件,在整车生命周期内不需更换,特殊情况下需要拆卸驱动轴时应小心拆下驱动轴,并存放在专用区域,避免驱动轴磕碰或沾染杂 质;拆卸油封时应避免拆卸工具划坏减速器壳体,油封主要为橡胶材料,材质较软,易变形损坏,拆下的油封不可重复使用,安装新油封宜使用专用的油封安装工装,以保证油封正确安装同时也能避免由于安装不当造成的油封的损坏。驱动轴应严格按照驱动轴装配工艺进行安装。驱动轴及油封的拆卸可能会造成减速器润滑油流出,流出的润滑油会沾染杂质,不可重复使用,油封及驱动轴安装完成后应检查润滑油量是否满足要求并根据需要补充新油,最后应将减速器及驱动轴表面的油迹清理干净,以免后续误认为是油封漏油。

  使用指定润滑油并进行定期换油保养:按照减速器供应商指定的润滑油型号及油量加注润滑油,若更换润滑油型号应进行充分验证。按照换油保养周期进行换油保养,特别是首次换油保养,防止润滑油失效润滑效果降低引起减速器密封结构损坏。放油螺栓安装前应清理由于磁吸作用吸附在放油螺栓上减速器加工残留的或工作时磨损形成的铁屑,严格按照拧紧力矩要求使用力矩扳手拧紧放油螺栓后再由注油口处加注润滑油。

  四、结论

  本文在整车生产厂角度上对电动汽车减速器油封漏油的原因进行了分析,并结合减速器油封漏油原因给出漏油故障处理的方向,最后给出了几条降低电动汽车减速器漏油故障率的措施,有助于整车生产厂解决减速器油封漏油问题。

标签: 减速器

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