電動汽車減速器油封漏油原因分析及解決措施

崔振陽，劉雪鋒

電動汽車減速器油封漏油原因分析及解決措施

崔振陽，劉雪鋒

（一汽奔騰轎車有限公司，吉林 長春 130000）

電動汽車車型開發(fā)過程中，減速器驅(qū)動軸油封處漏油會增加整車的開發(fā)周期及開發(fā)成本，給企業(yè)造成損失。文章從整車生產(chǎn)廠角度出發(fā)，根據(jù)減速器油封密封結(jié)構(gòu)及密封機理，從設(shè)計、加工及裝配等層面分析引起減速器油封漏油的原因，根據(jù)偶發(fā)問題及批量問題分別制定不同的排查方向，有助于提高減速器油封漏油問題排查效率，并依據(jù)漏油原因給出了幾條降低減速器油封漏油故障率的措施。

減速器；油封；漏油

1 減速器油封密封結(jié)構(gòu)簡介

電動汽車減速器與傳統(tǒng)燃油車變速箱類似，用于傳遞驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速及扭矩，一般通過固定速比單級減速，達到降速增扭的目的。減速器內(nèi)部需要潤滑油潤滑，良好的潤滑可提高減速器的傳動效率及工作壽命。傳統(tǒng)汽車變速箱多采用自密封結(jié)構(gòu)形式，而電動汽車的減速器多用敞開式油封結(jié)構(gòu)，其成本較低，但容易發(fā)生漏油問題。敞開式油封結(jié)構(gòu)的特點在于減速器油封與驅(qū)動軸直接接觸[1]，減速器油封主要用于防止減速器潤滑油的外泄，如圖1所示，驅(qū)動軸為旋轉(zhuǎn)運動部件，油封外徑通過過盈配合安裝在減速器殼體上，油封內(nèi)徑與驅(qū)動軸密封配合，起到封油效果。由圖1可知，油封處漏油點主要分為兩處，即油封與減速器殼體配合處及油封與驅(qū)動軸配合處。油封與減速器殼體配合處屬于靜密封，且減速器內(nèi)外壓差較低，只要保證油封與減速器配合部分無缺陷、壓縮量及表面粗糙度滿足要求，通常情況下此處不會發(fā)生漏油問題。油封與驅(qū)動軸配合處為動態(tài)密封，相比于靜態(tài)密封，動態(tài)密封的設(shè)計難度較高，更易于發(fā)生漏油問題。工程實際中減速器油封漏油多發(fā)生在驅(qū)動軸與油封配合處。

2 減速器油封漏油原因分析

發(fā)現(xiàn)減速器油封漏油時，首先應(yīng)確認發(fā)生泄漏的部位，有時是附著了油脂等油封漏油以外的原因而誤認為是油封漏油。首次發(fā)現(xiàn)漏油后應(yīng)將漏油部分清理干凈并持續(xù)跟蹤觀察其是否繼續(xù)漏油，若確為油封漏油，再進行油封漏油原因分析。結(jié)合車型開發(fā)過程中工程實際情況和減速器油封與驅(qū)動軸配合處的密封結(jié)構(gòu)及密封機理，歸納出其漏油原因主要有：

（1）減速器通氣塞堵塞；

（2）油封或驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu)損壞；

（3）油封單件尺寸不合格；

（4）驅(qū)動軸與油封配合處加工質(zhì)量不滿足要求；

（5）油封材料選擇不合理；

（6）油封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。

若減速器油封漏油問題為偶發(fā)問題，則重點排查第（1）到（4）條；若為批量問題，則主要排查第（5）到（6）條。對于偶發(fā)問題，錯誤的排查順序可能會破壞被排查零部件的狀態(tài)導(dǎo)致故障無法復(fù)現(xiàn)，難以鎖定發(fā)生故障的真正原因，故排查時應(yīng)按照本文所述先后順序逐一排查。

圖1 減速器與驅(qū)動軸密封處結(jié)構(gòu)

2.1 減速器通氣塞堵塞

油封發(fā)生漏油問題后，應(yīng)首先排查減速器通氣塞是否堵塞。減速器通氣塞分為常開型與常閉型兩種，常開型通氣塞始終保持減速器內(nèi)部壓力與外界大氣壓力相等；常閉型通氣塞一般開啟壓力為0.005～0.01 MPa。無論哪種通氣塞，只要通氣塞正常工作，減速器內(nèi)外壓差較低，即油封兩側(cè)壓差較低，但當通氣塞堵塞后，減速器工作時其內(nèi)部壓力會隨油溫升高而不斷升高，造成油封兩側(cè)壓差較大，容易引起油封漏油，但根據(jù)工程實際經(jīng)驗，通氣塞發(fā)生堵塞的概率較小。

2.2 油封或驅(qū)動軸的密封結(jié)構(gòu)損壞

排除由于通氣塞堵塞造成減速器油封漏油后，應(yīng)小心拆除驅(qū)動軸，拆除過程注意不要損壞油封，檢查驅(qū)動軸與油封配合的部位是否存在異常磨損，并在減速器總成上觀察油封是否有損壞，若驅(qū)動軸或油封密封部位存在損壞，可鎖定漏油原因為密封結(jié)構(gòu)損壞。密封結(jié)構(gòu)的損壞可能由多種因素造成，主要包括生產(chǎn)裝配過程中造成的密封結(jié)構(gòu)損壞及減速器潤滑油失效或潤滑油選擇不合理造成密封結(jié)構(gòu)異常磨損。

2.2.1生產(chǎn)裝配過程中造成的密封結(jié)構(gòu)損壞

在整車生產(chǎn)廠中，減速器屬于外購件，油封隨減速器總成供貨，油封的安裝是在減速器自動化生產(chǎn)線上由專用工具壓裝，其安裝精度與一致性控制較好，且在運輸過程中會在油封處加裝保護蓋，油封損壞的可能性較小。但在整車裝配過程中，驅(qū)動軸插裝到減速器的工序為半人工插裝，插裝過程中可能存在驅(qū)動軸花鍵與卡簧等尖銳部位接觸油封的現(xiàn)象，可能會造成油封損壞。

2.2.2減速器潤滑油失效或潤滑油選擇不合理造成密封結(jié)構(gòu)異常磨損

若發(fā)現(xiàn)減速器油封及驅(qū)動軸密封部位異常磨損，應(yīng)檢查潤滑油油品是否失效以及是否加注減速器供應(yīng)商指定的潤滑油型號。車輛行駛里程過長或極端惡劣環(huán)境下，減速器潤滑油油品可能會失效，潤滑油油品失效后，油封及驅(qū)動軸間的潤滑效果降低，摩擦力增大，導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)異常磨損；減速器及油封的開發(fā)及驗證過程與潤滑油息息相關(guān)，通常減速器對于潤滑油的型號選擇有明確的要求，使用不同型號的潤滑油可能會造成油封與潤滑油不相容引起橡膠硬度增加，造成油封與驅(qū)動軸密封部位過早的老化及磨損。

2.3 油封單件尺寸不合格

若通氣塞及密封結(jié)構(gòu)無異常，則進行油封單件尺寸排查。應(yīng)對照油封圖紙，檢測漏油油封的相關(guān)尺寸是否滿足要求。由于油封材料為橡膠，材質(zhì)較軟，用游標卡尺測量其尺寸難以保證測量精度，宜用三坐標儀進行測量，受限于三坐標儀對被檢零件的要求，直接在減速器總成上檢測油封相關(guān)尺寸難以實現(xiàn)，而拆卸油封會對油封造成破壞導(dǎo)致被檢尺寸無效。因此應(yīng)檢測至少10件與漏油減速器油封同批次的新油封，檢測密封唇口直徑尺寸、外徑尺寸、密封唇口圓度、外徑圓度及內(nèi)外徑的同軸度等是否滿足設(shè)計要求。并挑選合格品正確安裝到漏油減速器上進行實車驗證密封效果，若漏油故障消失，可鎖定漏油原因為油封單件尺寸不合格；若保證合格油封安裝正確的情況下仍然漏油，繼續(xù)排查其他原因。

2.4 驅(qū)動軸與油封配合處加工質(zhì)量不滿足要求

驅(qū)動軸與油封配合處加工質(zhì)量也是影響減速器油封密封效果的因素之一[2]。若發(fā)生漏油問題后，檢測油封無異常，需檢測漏油車輛驅(qū)動軸與油封配合處的尺寸、加工精度及硬度等是否滿足設(shè)計要求。若存在不合格項，應(yīng)挑選合格驅(qū)動軸裝配到漏油車輛上，驗證密封效果，若漏油故障消失，可鎖定漏油原因為驅(qū)動軸與油封配合處加工質(zhì)量不滿足要求；若仍然漏油，繼續(xù)排查其他原因。

2.5 油封材料選擇

減速器油封的使用要求主要有：溫度?30 ℃～150 ℃、耐磨、耐各種介質(zhì)（機油、潤滑油、齒輪油、液壓油、燃油、酸、堿、鹽、水、灰塵、泥漿）、耐老化、變形小、回彈性好、高拉伸強度、對密封面不損傷，與骨架材料粘合性好，加工性能好[3]。目前，汽車減速器油封橡膠主要采用丁腈橡膠（NBR）、丙烯酸酯橡膠（ACM）和氟橡膠（FKM）[4]，幾種常見油封材料的特點及適用范圍如表1。由于北方冬季溫度較低，不宜采用耐寒性較差的氟橡膠（FKM）油封。

表1 幾種常見油封材料的特點及適用范圍

橡膠種類性能特點應(yīng)用場合適用溫度 丁腈橡膠（NBR）耐熱、耐磨性較好各種潤滑油、潤滑脂、油氣混合物等，但不能在磷酸酯系液壓油中及含極壓添加劑的齒輪油中使用?40 ℃～120 ℃ 丙烯酸酯橡膠（ACM）耐熱性能優(yōu)越，耐磨，抗臭氧，耐紫外線輻射耐含極壓液劑的潤滑油、齒輪油、馬達油、機油、石油系液壓油等?35 ℃～180 ℃ 氟橡膠（FKM）耐老化、耐熱、耐油，但耐寒性較差，永久壓縮變形較大幾乎適用于所有的潤滑油、燃料油、汽油，在含極壓添加劑的油中不易硬化?30 ℃～300 ℃

2.6 油封結(jié)構(gòu)設(shè)計

減速器油封的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由橡膠主體、金屬骨架和彈簧組成，在自由狀態(tài)下，油封的密封唇口直徑小于驅(qū)動軸的軸徑，屬于過盈配合，油封密封結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于油封廠家的核心技術(shù)，包括防塵唇的結(jié)構(gòu)設(shè)計、切修面角度設(shè)計、彈簧彈力大小、回流紋的結(jié)構(gòu)設(shè)計等，個別供應(yīng)商設(shè)計的減速器油封不包含防塵唇和回流紋結(jié)構(gòu)。站在整車生產(chǎn)廠角度，減速器宜選用帶有防塵唇和回流紋的油封，防塵唇可防止污染物、灰塵、沙粒等從空氣側(cè)進入密封部位[5]；回流紋可以提高油封的密封效果；減速器油封密封唇口的密封壓縮量通常為1～2 mm，壓縮量過小會導(dǎo)致密封不足，壓縮量過大會增加磨損，降低使用壽命。2019年一汽奔騰某款電動汽車批量發(fā)生減速器漏油問題，經(jīng)排查，減速器選擇的油封既無防塵唇也無回流紋，其密封壓縮量也略小，對油封供應(yīng)商進行深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)其研發(fā)經(jīng)驗及供貨經(jīng)驗較為欠缺，后更換了行業(yè)內(nèi)某知名油封供應(yīng)商后，減速器漏油問題得到徹底解決。

圖2　減速器油封的基本結(jié)構(gòu)

3 降低油封漏油故障率的措施

3.1 加強對油封供應(yīng)商的考核

通常情況下，減速器屬于整車生產(chǎn)廠的一級供應(yīng)商，油封隨減速器總成供貨，屬于二級供應(yīng)商，以往整車生產(chǎn)廠只重點管理和考核一級供應(yīng)商，對二級供應(yīng)商缺少關(guān)注。為降低減速器油封漏油故障率，在考察減速器供應(yīng)商時應(yīng)重點關(guān)注減速器廠對油封的選擇，要求減速器供應(yīng)商加強對油封供應(yīng)商的管理與考核，油封的供應(yīng)商應(yīng)選擇開發(fā)能力強，供貨經(jīng)驗豐富的行業(yè)內(nèi)知名企業(yè)，油封批量裝配前，應(yīng)進行充分的試驗驗證。

3.2 進行減速器密封性臺架試驗

要求減速器供應(yīng)商進行與油封相關(guān)的減速器臺架試驗，使油封可能發(fā)生的漏油問題在裝車前提前暴露，包括動態(tài)密封試驗、高溫試驗、低溫試驗、疲勞壽命試驗、高速試驗、鹽霧試驗等。臺架試驗按照相關(guān)國標、行標以及整車生產(chǎn)廠的要求執(zhí)行，盡量模擬整車的實際工況，且須在具備相應(yīng)資質(zhì)的第三方試驗機構(gòu)進行，所有試驗通過后才允許減速器量產(chǎn)裝車。

3.3 加強對驅(qū)動軸及減速器油封的入廠檢驗

加強對驅(qū)動軸及減速器油封的入廠檢驗。檢測驅(qū)動軸與油封配合處加工質(zhì)量是否符合要求，包括尺寸、加工精度及硬度等，且不允許有劃痕及銹蝕；檢查減速器油封，其密封唇口應(yīng)光滑、平整，不允許存在雜質(zhì)、氣泡、裂紋等缺陷，油封彈簧應(yīng)繞制均勻，不允許出現(xiàn)形變、扭曲、伸長等缺陷，接頭處不應(yīng)發(fā)生脫口現(xiàn)象，不允許生銹。對于存在不合格項的驅(qū)動軸及減速器不允許量產(chǎn)裝車。

3.4 優(yōu)化驅(qū)動軸裝配工藝

優(yōu)化驅(qū)動軸裝配工藝，驅(qū)動軸插裝到減速器前確保驅(qū)動軸與減速器密封配合處干凈、無異物，尤其是金屬顆粒異物[6]，插裝過程中避免驅(qū)動軸花鍵與卡簧等尖銳部位接觸減速器油封。驅(qū)動軸安裝宜采用專用工裝，既能降低裝配難度，提高工作效率，又能有效保護油封不被劃壞。

3.5 驅(qū)動軸及油封的拆裝

通常情況下，驅(qū)動軸及減速器油封為免維護件，在整車生命周期內(nèi)不需更換，特殊情況下需要拆卸驅(qū)動軸時應(yīng)小心拆下驅(qū)動軸，并存放在專用區(qū)域，避免驅(qū)動軸磕碰或沾染雜質(zhì)；拆卸油封時應(yīng)避免拆卸工具劃壞減速器殼體，油封主要為橡膠材料，材質(zhì)較軟，易變形損壞，拆下的油封不可重復(fù)使用，安裝新油封宜使用專用的油封安裝工裝，以保證油封正確安裝同時也能避免由于安裝不當造成的油封的損壞。驅(qū)動軸應(yīng)嚴格按照驅(qū)動軸裝配工藝進行安裝。驅(qū)動軸及油封的拆卸可能會造成減速器潤滑油流出，流出的潤滑油會沾染雜質(zhì)，不可重復(fù)使用，油封及驅(qū)動軸安裝完成后應(yīng)檢查潤滑油量是否滿足要求并根據(jù)需要補充新油，最后應(yīng)將減速器及驅(qū)動軸表面的油跡清理干凈，以免后續(xù)誤認為是油封漏油。

3.6 使用指定潤滑油并進行定期換油保養(yǎng)

按照減速器供應(yīng)商指定的潤滑油型號及油量加注潤滑油，若更換潤滑油型號應(yīng)進行充分驗證。按照換油保養(yǎng)周期進行換油保養(yǎng)，特別是首次換油保養(yǎng)，防止?jié)櫥褪櫥Ч档鸵饻p速器密封結(jié)構(gòu)損壞。放油螺栓安裝前應(yīng)清理由于磁吸作用吸附在放油螺栓上減速器加工殘留的或工作時磨損形成的鐵屑，嚴格按照擰緊力矩要求使用力矩扳手擰緊放油螺栓后再由注油口處加注潤滑油。

4 結(jié)論

本文在整車生產(chǎn)廠角度上對電動汽車減速器油封漏油的原因進行了分析，并結(jié)合減速器油封漏油原因給出漏油故障處理的方向，最后給出了幾條降低電動汽車減速器漏油故障率的措施，有助于整車生產(chǎn)廠解決減速器油封漏油問題。

[1] 馬潔高.自動變速器差速器油封漏油問題分析及解決措施[J].中國設(shè)備工程,2020(01):160-161.

[2] 陳威,楊程,謝宇,等.變速箱差速器油封漏油分析[J].汽車工藝與材料,2019(01):34-36.

[3] 張慶虎.汽車用橡膠油封的性能及材料選擇[J].世界橡膠工業(yè), 2002,29(1):27-36.

[4] 徐立志.汽車油封橡膠材料的研究進展[J].當代化工,2016,45(10): 2478-2479+2484.

[5] 張付英,郭威,水浩澈.雙唇型油封的密封性能及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].潤滑與密封,2020,45(7):41-45.

[6] 鄒林峰,王光亮.SC12M5變速器后油封漏油故障分析及解決[J].大眾科技,2016,18(5):42-44.

Cause Analysis and Disposal for Oil Leakage of Reducer Oil Seal of Electric Vehicle

CUI Zhenyang, LIU Xuefeng

（FAW Pentium Car Co., Ltd., Jilin Changchun 130000）

In the process of electric vehicle development, oil leakage of reducer oil seal which will increase the vehicle development cycle and cost, causing losses to enterprises.This article is from the perspective of vehicle manufacturers, according to the reducer oil seal structure and sealing mechanism, the causes of oil leakage of reducer oil seal are analyzed from three aspects of design, processing and assembly, develop different investigation directions due to occasional or batch problems,which is helpful to improve the efficiency of checking oil leakage of reducer oil seal,and according to the causes of oil leakage, several measures are given to reduce the oil leakage failure rate of reducer oil seal.

Reducer; Oil seal; Oil leakage

B

1671-7988(2021)22-05-04

U469.7

B

1671-7988(2021)22-05-04

CLC NO.:U469.7

崔振陽，工學(xué)學(xué)士、助理工程師，就職于一汽奔騰轎車有限公司，研究方向：新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)匹配開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.002