機(jī)油盤密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃伍剛，蒙文瑯，張世珍

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

機(jī)油盤俗稱油底殼，是發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的零件，內(nèi)部設(shè)有擋油板防止?jié)櫥瓦^(guò)分激蕩[1]。目前使用較多的有沖壓機(jī)油盤和鑄件機(jī)油盤，機(jī)油盤的密封性是設(shè)計(jì)者需著重考慮的要素。提高密封性除了關(guān)注密封膠的材料，還需要從結(jié)合面的密封結(jié)構(gòu)上考慮，密封結(jié)構(gòu)直接影響到密封膠密封效果，是設(shè)計(jì)者需重點(diǎn)考慮的因素。

1 現(xiàn)有鑄件機(jī)油盤密封結(jié)構(gòu)分析及臺(tái)架試驗(yàn)

現(xiàn)有機(jī)油盤安裝面密封結(jié)構(gòu)，為平面法蘭結(jié)構(gòu)密封，安裝機(jī)油盤時(shí)先在機(jī)油盤安裝面上涂上密封膠，在通過(guò)定位銷將機(jī)油盤準(zhǔn)確的裝到缸體上，最后上緊螺栓。機(jī)油盤在上緊時(shí)將密封膠擠向密封面兩邊，擠壓過(guò)程中密封膠填補(bǔ)密封面凹點(diǎn)、劃痕和不規(guī)則變形，并在密封面兩邊外側(cè)形成密封連續(xù)的膠帶，從而起到密封效果,如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有機(jī)油盤安裝面密封結(jié)構(gòu)

但此密封結(jié)構(gòu)存在以下不足之處：

（1）法蘭面平齊接觸，密封膠被擠出后容易形成薄片狀，難形成圓柱狀密封膠帶。薄片狀的密封膠容易出現(xiàn)斷裂的情況，影響密封性，被擠壓到機(jī)油盤內(nèi)部的密封膠帶是機(jī)油盤密封的第一道防線，對(duì)密封效果起到至關(guān)重要的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)試機(jī)時(shí)機(jī)油容易從薄片狀的密封膠處滲出。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的線上生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)油盤安裝工位到發(fā)動(dòng)機(jī)加機(jī)油、試機(jī)工位一般時(shí)隔40～50 min，在這時(shí)間里填充在機(jī)油盤安裝面的內(nèi)部的密封膠還沒(méi)干，只有被擠壓出來(lái)的密封膠先干了。此時(shí)機(jī)油盤的密封主要靠被擠出到內(nèi)側(cè)的密封膠形成的膠帶密封，如被擠壓出來(lái)的密封膠形成了片狀的膠帶，難以形成密封效果良好的第一道密封防線，機(jī)油可能會(huì)沖破密封膠滲出。

（2）垂直或平齊的溶膠結(jié)構(gòu)，在螺栓預(yù)緊力的作用下容易將擠壓出來(lái)的密封膠帶剪斷，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的密封效果。

（3）機(jī)油盤放油螺塞采用金屬平墊圈密封結(jié)構(gòu)（圖2），兩種金屬材質(zhì)接觸形成的密封面密封效果較差，通過(guò)螺栓壓緊力將金屬平墊圈和機(jī)油盤擠壓變形達(dá)到密封效果，需要對(duì)接觸面的粗糙度進(jìn)行嚴(yán)格控制，通常要求表面粗糙度Ra≤0.8，加大了安裝面的加工難度和成本。

圖2 金屬平墊圈密封結(jié)構(gòu)

2 密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了解決現(xiàn)有機(jī)油盤密封結(jié)構(gòu)上存在的不足，針對(duì)機(jī)油盤安裝面和放油螺塞密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 鑄件機(jī)油盤斜坡式密封結(jié)構(gòu)

斜坡式密封結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的平面密封結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于：斜坡式密封結(jié)構(gòu)在機(jī)油盤安裝面內(nèi)側(cè)邊緣增加一個(gè)倒斜角（圖3），斜角為30°，長(zhǎng)邊為2～3 mm。首先，這種結(jié)構(gòu)形成能在缸體和機(jī)油盤之間形成一個(gè)三角形的溶膠區(qū)域，機(jī)油盤安裝上緊時(shí)被擠壓出來(lái)的密封膠會(huì)填充三角形溶膠區(qū)域，在三角形溶膠區(qū)域內(nèi)形成一圈連續(xù)、嚴(yán)實(shí)的密封膠帶；其次，三角形溶膠區(qū)域也有效避免了密封膠被擠壓成片狀的情況，密封膠被擠出后會(huì)粘到溶膠區(qū)域的上下兩側(cè)留在溶膠區(qū)域內(nèi)；此外，該結(jié)構(gòu)還能避免面封結(jié)構(gòu)密封膠帶容易斷裂的問(wèn)題。

圖3 斜坡式

2.2 沖壓件機(jī)油盤圓弧倒角式密封結(jié)構(gòu)

圓弧倒角式的密封結(jié)構(gòu)（圖4）與斜坡式密封結(jié)構(gòu)類似，倒斜角結(jié)構(gòu)在沖壓件中會(huì)影響沖壓件機(jī)油盤的強(qiáng)度，且工藝上難實(shí)現(xiàn)，故沖壓件采用圓弧倒角的結(jié)構(gòu)比較合理。其密封原理與斜坡式結(jié)構(gòu)類似，都是通過(guò)在密封面邊緣做圓弧倒角使平齊的密封面邊緣形成溶膠槽，密封膠被擠出后填充進(jìn)入溶膠槽內(nèi)能形成連續(xù)的、不易斷裂的密封膠帶，形成第一道密封防線，密封效果如圖5所示。

圖4 圓弧倒角式

圖5 圓弧倒角式密封效果

2.3 橡膠墊密封結(jié)構(gòu)放油螺塞

橡膠墊密封結(jié)構(gòu)放油螺塞（圖6）與傳統(tǒng)依靠金屬平墊片密封的放油螺塞相比，密封性能有很大改善。傳統(tǒng)放油螺塞靠平墊片密封，不但對(duì)密封面的粗糙度有嚴(yán)格要求，而且需要較大的螺栓擰緊力矩才能起到密封效果。橡膠墊密封結(jié)構(gòu)放油螺塞從密封結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，在螺栓頭部增加橡膠密封墊的安裝凹槽，橡膠密封墊內(nèi)圈與螺栓通過(guò)過(guò)盈配合裝配，形成第一道密封密封結(jié)構(gòu)；在裝配時(shí)，橡膠密封墊受到螺栓頭部擠壓產(chǎn)生變形，變形的橡膠密封墊能緊貼在機(jī)油盤密封面形成密封結(jié)構(gòu)，變形后的橡膠墊片可將放油螺塞的凹槽填充滿，達(dá)到密封目的。橡膠結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)的密封效果優(yōu)于金屬與金屬接觸的剛性密封結(jié)構(gòu)。

圖6 橡膠墊密封結(jié)構(gòu)

在試制階段的一次發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)缸體試漏試驗(yàn)中，采用傳統(tǒng)金屬平墊圈密封結(jié)構(gòu)的部分發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生泄漏，泄漏的位置剛好為平墊圈與機(jī)油盤的安裝密封面。現(xiàn)場(chǎng)更換放油螺塞和平墊圈的方法，但未能解決泄漏問(wèn)題，最后通過(guò)加大放油螺塞的上緊力矩才通過(guò)長(zhǎng)缸體試漏試驗(yàn)。

3 優(yōu)化方案的效果

3.1 機(jī)油盤密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果

傳統(tǒng)的平面密封結(jié)構(gòu)與斜坡式密封結(jié)構(gòu)機(jī)油盤形成的密封膠帶對(duì)比如圖7、圖8。

圖7 傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)壓膠效果

圖8 斜坡式密封結(jié)構(gòu)壓膠效果

從圖7、圖8中能看出：傳統(tǒng)的平面密封結(jié)構(gòu)擠出的密封膠有較多片狀，在耐久試驗(yàn)中片狀密封膠處基本都出現(xiàn)斷膠的現(xiàn)象。在拆機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)圖7中標(biāo)注1的通孔處出現(xiàn)滲油，筆者分析原因是該處密封膠斷裂后機(jī)油從斷口處滲出。對(duì)比2種不同密封結(jié)構(gòu)可以得出結(jié)論：

（1）斜坡式溶膠結(jié)構(gòu)可以大大改善機(jī)油盤內(nèi)圈的密封膠待的質(zhì)量。

（2）片狀的密封膠帶在實(shí)際使用中易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，機(jī)油易從斷膠處滲漏。

（3）斜坡式的溶膠結(jié)構(gòu)可以提高機(jī)油盤內(nèi)圈密封膠帶的質(zhì)量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性能。

3.2 放油螺塞結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果

筆者用同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行在長(zhǎng)缸體油道試漏試驗(yàn)，試驗(yàn)氣壓為30.28 kPa，先使用傳統(tǒng)金屬平墊片密封放油螺塞試驗(yàn)，螺栓規(guī)格為M14，上緊力矩為40 N·m，顯示漏氣量為84.3 ml/min，結(jié)果不合格，用肥皂水檢查漏點(diǎn)發(fā)現(xiàn)是放油螺塞安裝面處漏氣。將放油螺塞力矩加到51 N·m后再進(jìn)行性試漏，漏氣量為8.2 ml/min，結(jié)果合格。接著更換相同規(guī)格的橡膠墊密封結(jié)構(gòu)放油螺塞，上緊力矩為40 N·m，漏氣量為7.5 ml/min，結(jié)果合格,見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)缸體試漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可得到的結(jié)論有：

（1）金屬平墊片密封結(jié)構(gòu)的放油螺塞密封性不如橡膠墊密封結(jié)構(gòu)的放油螺塞。

（2）金屬平墊片密封結(jié)構(gòu)的放油螺塞需要較大的上緊力矩才能起到密封效果，設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮螺栓的屈服極限。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)油盤是發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)存潤(rùn)滑油和散熱的零件，要求機(jī)油盤具有良好的密封性，密封膠和密封結(jié)構(gòu)決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性能。密封性只是機(jī)油盤設(shè)計(jì)工作中需要考慮的因素之一，在設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)機(jī)油盤時(shí)除了密封性外，還需要注意擋油板的擋油效果、放油螺塞的位置、機(jī)油盤容積和最高油面的校核等[2]。筆者在文章中主要分享了機(jī)油盤密封結(jié)構(gòu)對(duì)密封性的影響，希望能對(duì)廣大設(shè)計(jì)者在今后的設(shè)計(jì)工作中有所幫助。