35t驅(qū)動橋橋殼與主減速器結(jié)合面漏油分析和改進(jìn)

胡順安，張 凱，尚國瑞，丁文山

（1.常熟理工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；2.山東蓬翔汽車有限公司，山東 煙臺 265600）

1 橋殼與主減速器結(jié)合面漏油綜述

近期市場反饋35t貫通傳動驅(qū)動橋在紫金礦業(yè)出現(xiàn)大批量的漏油問題，滲漏點(diǎn)在驅(qū)動橋橋殼與主減速器結(jié)合面之間，且滲漏點(diǎn)都在橋殼上下豁口處，如圖1和圖2所示.

結(jié)合面漏油的原因有很多，如潤滑油液溫度上升過高，達(dá)到或超過密封元件所能承受的最大值［1］、結(jié)合面的平面度［2］和粗糙度差造成密封不嚴(yán)［3］、螺栓間距布置不合理，受力線不好、螺栓預(yù)緊力不足、涂膠工藝不符合使用要求［4］、結(jié)合面的厚度和剛度不滿足要求［4］等因素都會造成結(jié)合面漏油.

圖1 驅(qū)動橋橋殼與主減速器結(jié)合面漏油情況

圖2 橋殼上下豁口

2 橋殼與主減速器結(jié)合面漏油因素排查和分析

2.1 結(jié)合面漏油因素排查

2.1.1 油液溫度上升造成密封失效原因

35t驅(qū)動橋橋殼在動錐齒輪背側(cè)鉆有通氣孔，用通氣膠管與外界大氣相連.若齒輪油油液溫度上升過高，會造成齒輪油霧化效果.由于驅(qū)動橋橋殼內(nèi)部溫度較外界高，油霧隨著驅(qū)動橋內(nèi)部氣體向外對流，遇到外界冷空氣后，冷凝成細(xì)小的油滴附著在驅(qū)動橋橋殼表面.從現(xiàn)場的反饋情況來看，驅(qū)動橋橋殼通氣孔附近未見異常，故可排除齒輪油油液溫度上升造成密封失效的因素.

2.1.2 螺栓間距布置和螺栓預(yù)緊力因素

初期市場反饋，35t貫通傳動驅(qū)動橋在紫金礦業(yè)這一地區(qū)普遍出現(xiàn)橋殼與主減速器結(jié)合面漏油情況，且有少數(shù)橋殼和主減速器間的緊固螺栓有松動和斷裂問題.由此可以判定，螺栓預(yù)緊力因素是結(jié)合面漏油的因素之一.

將橋殼和主減速器間的緊固螺栓由12個M16螺栓增大到M20帶導(dǎo)頸的螺栓，螺栓提供摩擦力矩由原來的29 252 N·m提高到75 200 N·m.假設(shè)主減傳動的扭矩全部由緊固螺栓來抵抗，則安全系數(shù)由原來的1.2增加到3.1.將第一次改進(jìn)后的5套35t貫通傳動驅(qū)動橋發(fā)至該礦區(qū)交付給用戶，使用20多天后，螺栓斷裂問題基本解決.但仍有少數(shù)緊固螺栓出現(xiàn)松動問題.將松動的螺栓緊固，并擰緊其他緊固螺栓，后期還會出現(xiàn)螺栓松動現(xiàn)象.另外采用施必牢螺栓［5］代替M20導(dǎo)徑螺栓，但漏油問題并未解決.由此判定，螺栓預(yù)緊力問題不是結(jié)合面漏油的主要因素.

由于結(jié)合面漏油主要出現(xiàn)在橋殼上下豁口處，可以考慮在橋殼豁口處增加一定數(shù)量的緊固螺栓，改變漏油處螺栓的分布間距.從礦區(qū)的反饋情況來看，在豁口處增加緊固螺栓，能夠改善結(jié)合面漏油的情況，但仍有部分結(jié)合面漏油情況發(fā)生.

2.1.3 涂膠工藝和涂膠質(zhì)量因素

35t貫通傳動驅(qū)動橋橋殼與主減速器結(jié)合面之間所涂的膠是比較成熟的產(chǎn)品，該產(chǎn)品同時應(yīng)用于發(fā)動機(jī)缸體間的密封.結(jié)合面涂膠的目的是彌補(bǔ)加工過程中的粗糙度以及平度面誤差.從庫存橋中抽出5套15天前已裝配完畢的橋總成，拆下主減速器總成對涂膠接合面進(jìn)行檢查，經(jīng)專家和主機(jī)廠送檢試驗(yàn)后，排除膠質(zhì)量本身的因素.

在紫金礦業(yè)出現(xiàn)結(jié)合面漏油問題后，在裝配過程中對涂膠工藝進(jìn)行細(xì)化，現(xiàn)場嚴(yán)格檢查，結(jié)合面漏油問題未見好轉(zhuǎn).因此也排除涂膠工藝造成結(jié)合面漏油的因素.

2.1.4 橋殼與主減速器結(jié)合面加工因素

在紫金礦業(yè)出現(xiàn)結(jié)合面漏油事件前，橋殼與主減速器結(jié)合面的加工工藝曾進(jìn)行過改動.為了提高橋殼加工的效率，將安裝主減速器的橋殼結(jié)合面以銑代車.銑削的刀痕與車削刀痕有所區(qū)別，銑削刀痕主要是沿圓的徑向方向，而車削刀痕主要是沿圓的圓周方向.從理論上來說，銑削更容易引起結(jié)合面漏油.但結(jié)合面間涂膠可以抵消銑削刀痕帶來的部分影響.通過恢復(fù)車削工藝，發(fā)至該礦區(qū)交付用戶使用，情況未見好轉(zhuǎn).因此銑削刀痕可能是影響結(jié)合面漏油的因素之一，但不是主要因素.

另外對橋殼和主減速器結(jié)合面的粗糙度和平面度進(jìn)行排查，均符合設(shè)計(jì)要求，加工精度也滿足使用要求.因此可以排除加工造成結(jié)合面漏油的因素.

2.1.5 橋殼與主減速器殼體剛度因素

在結(jié)合面漏油事件發(fā)生后，將與橋殼結(jié)合的主減速器結(jié)合面由16 mm加厚至20 mm.橋殼通過有限元分，在單倍靜載荷下，每米輪距的變形為0.7 mm，遠(yuǎn)小于橋殼的整體變形量在單倍載荷下每米輪距不超過1.5 mm的要求，即為安全范圍.因此可以排除橋殼和主減速器殼體自身剛度造成結(jié)合面漏油的因素.

2.2 結(jié)合面漏油主要因素分析

2.2.1 結(jié)合面自身變形量差值因素

在2.5倍載荷作用下，對橋殼總成進(jìn)行有限元分析，橋殼結(jié)合面處的變形云圖如圖3所示.

圖3 2.5倍載荷下橋殼結(jié)合面的變形云圖

從圖3可知，結(jié)合面圓周方向上的變形量大小并不一致，最大處為4.51 mm，最小處為4.20 mm.即橋殼結(jié)合面自身在2.5倍載荷作用下，變形量最大差值為0.31 mm，這是造成橋殼與主減速器結(jié)合面漏油的主要因素之一.

2.2.2 結(jié)合面間材料不同因素

橋殼材料采用ZG355-550，其彈性模量約在2.10×1 011 Pa.而主減速器殼體材料采用QT450-10，其彈性模量為1.69×1 011 Pa.由胡順安等人推導(dǎo)的公式［6］

式中，ΔL為單個零件的變形量；F為零件所有的外力；L為零件的長度尺寸；A為零件垂直受力方向的橫截面面積；E為零件材料的彈性模量.

由于橋殼結(jié)合面和主減速器結(jié)合面之間的接觸面受力、面積以及相關(guān)尺寸完全相同，只是材料的彈性模量有所不同，根據(jù)公式（1）的推導(dǎo)可知：在外界條件相同而材料不同的情況下，零件變形量與材料的彈性模量呈負(fù)相關(guān)，即彈性模量越大，變形越?。粡椥阅Ａ吭叫?，變形越大.由于橋殼材料的彈性模量大于主減速器殼體的彈性模量，在極限載荷下，兩個零件間的結(jié)合面變形量不統(tǒng)一，且載荷越大，變形量差值越大.故結(jié)合面材料不同也是造成結(jié)合面漏油的主要因素之一.

3 橋殼與主減速器結(jié)合面漏油改進(jìn)方案

3.1 結(jié)合面漏油因素分析

根據(jù)上述分析，影響結(jié)合面漏油的因素較多，如加工刀痕、零部件自身剛度、螺栓預(yù)緊力和螺栓布置間距等對結(jié)合面漏油都有影響，但都不是主要因素.

在載荷增大的情況下，橋殼和主減速器殼結(jié)合面各自自身的變形量差值會隨之增大，如橋殼結(jié)合面間差值為0.31 mm.另外，由于橋殼和主減速器殼的材料不同，其兩個零件間的變形量差值也會隨著載荷的增大而增大.在這兩個因素的影響下，通過增加緊固螺栓預(yù)緊力和減小螺栓布置間距方法并不能有效解決結(jié)合面漏油問題.

3.2 改進(jìn)方案

目前，在結(jié)合面處進(jìn)行密封方法通常有結(jié)合面涂膠、結(jié)合面間增加紙墊或鋼墊等方式.但這幾種方式不能解決載荷增大后帶來的結(jié)合面間的間隙增大問題.

張芳［7］提出在結(jié)合面間增加O型圈、張朝賀［8］提出一種基于梯形通道O型密封圈、焦金陽等提出的一種金屬波齒骨架與O型圈結(jié)合，石墨填充輔助密封的墊片結(jié)構(gòu)等方式［9］，在解決較小結(jié)合面時，此方法對于結(jié)合面漏油問題改善較好.而在橋殼與主減速器殼體之間的大結(jié)合面時，若采用O型圈密封方法，則在加工方面比較費(fèi)時，成本增加較高.另外對于雙端面機(jī)械密封對端面的精度要求較高［10］.對于端面較大的結(jié)合面，因?yàn)榧庸て矫娲?，其累積誤差一般也影響密封的效果。

為彌補(bǔ)結(jié)合面間存在較大變形量這一問題，可采用一種復(fù)合密封墊圈，其核心部分與鋼墊相同，只是在鋼墊的周邊澆注彈性密封材料.如圖4所示，復(fù)合密封墊圈高出金屬鋼墊2α的數(shù)值，在緊固橋殼和主減速器間的螺栓后，復(fù)合密封墊圈被壓縮，如圖4（b）所示.在較大載荷工作時，由于復(fù)合密封墊圈的彈性材料能夠釋放2α數(shù)值變形量來彌補(bǔ)結(jié)合面間變形量差值不同的影響，從而避免漏油事故的發(fā)生.

圖4 復(fù)合密封墊圈結(jié)構(gòu)原理

4 結(jié)束語

35t橋殼與主減速器結(jié)合面漏油的因素較多，而影響結(jié)合面漏油的根本原因是由于載荷的增大，造成結(jié)合面自身的變形量差值增大以及結(jié)合面間變形量差值增大.通過采用復(fù)合密封墊圈方式，在紫金礦業(yè)礦區(qū)試制5套車橋交付用戶使用，效果良好，采用該方法能夠從本質(zhì)上解決結(jié)合面漏油問題.