洗衣機(jī)投放泵軸孔配合密封可靠性分析

湯 璐 楊 棟 湯 達(dá)

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

洗衣機(jī)自動投放功能作為洗衣機(jī)的核心賣點(diǎn)，投放泵與洗滌劑儲液盒的密封效果是實(shí)現(xiàn)自動投放功能的核心。但由于洗滌劑儲液盒采用群孔與投放泵上對應(yīng)的軸進(jìn)行配合（圖1），在加工精度影響下會存在部分軸孔不同心問題，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效漏液。

圖1 洗衣機(jī)投放泵與洗滌劑儲液盒配合圖

因此本文從軸孔配合方案設(shè)計(jì)、形位公差、加工工藝對于密封可靠性的影響進(jìn)行分析，提出解決投放泵軸孔配合密封漏液問題的方法。

1 軸孔配合結(jié)構(gòu)簡介

投放泵有兩個活塞腔，每個活塞腔連接兩個導(dǎo)液柱組成一個泵體。如圖2所示，在洗衣機(jī)工作過程中，投放泵內(nèi)部的電機(jī)帶動活塞腔進(jìn)行運(yùn)動，投放泵單個泵體的一個導(dǎo)液柱將洗滌劑儲液盒中的洗滌劑抽取到活塞腔內(nèi)，通過該泵體另一個導(dǎo)液柱將洗滌劑排放到洗衣機(jī)洗滌筒內(nèi)。

圖2 洗衣機(jī)投放泵與洗滌劑儲液盒零件圖

投放泵與洗滌劑儲液盒的密封結(jié)構(gòu)為投放泵導(dǎo)液柱與儲液盒安裝孔的軸孔配合。投放泵的四個導(dǎo)液柱在同一條線上，軸間距基本相同。在投放泵導(dǎo)液柱端部各有一個矩形溝槽，溝槽內(nèi)安裝有橡膠材質(zhì)的O型密封圈，O型密封圈與儲液盒安裝孔通過過盈配合實(shí)現(xiàn)有效密封。

當(dāng)投放泵導(dǎo)液柱在在儲液盒安裝孔內(nèi)居中時(shí)，O型密封圈在安裝孔受到均勻擠壓，密封效果最優(yōu)。但是由于投放泵與儲液盒的軸孔配合因尺寸、加工等問題，四個配合位置存在部分安裝孔內(nèi)存在部分位置過度擠壓、部分位置過盈量不足，此時(shí)就會導(dǎo)致密封不良，進(jìn)而造成密封失效漏液問題。

通過對配合位置進(jìn)行分析，主要影響投放泵與儲液盒密封效果的因素為投放泵導(dǎo)液柱與儲液盒安裝孔的同軸度不滿足要求，導(dǎo)致的O型密封圈密封不良。

2 投放泵與儲液盒配合尺寸分析

2.1 理論尺寸分析優(yōu)化

為保證投放泵導(dǎo)液柱與儲液盒安裝孔裝配后的同軸度，首先應(yīng)確保圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)四個軸之間的中心距分別與對應(yīng)的四個孔之間的中心距尺寸保持一致。

通過對圖3、4圖紙查詢可知，圖紙中對于軸、孔的尺寸中心距不同，導(dǎo)致裝配過程中就會導(dǎo)致密封圈的一側(cè)發(fā)生擠壓，另一側(cè)出現(xiàn)縫隙，進(jìn)而導(dǎo)致漏液，如圖5所示。因此需將投放泵與儲液盒圖紙上軸孔的中心距更改統(tǒng)一。

圖3 洗滌劑儲液盒安裝孔尺寸圖

圖4 投放泵導(dǎo)液柱尺寸圖

圖5 洗滌劑儲液盒與投放泵安裝示意圖

經(jīng)評估實(shí)物更改的難易程度，將儲液盒上群孔尺寸標(biāo)注參照投放泵的尺寸進(jìn)行修改，使孔的中心距與軸的中心距保持一致，保障在裝配后不會出現(xiàn)較大偏移，如圖6所示。

圖6 洗滌劑儲液盒安裝孔尺寸優(yōu)化圖

2.2 投放泵密封圈與溝槽選擇

O型密封圈制造簡單且密封性良好，應(yīng)用較廣泛[1]，其一般運(yùn)用在過盈配合時(shí)，此時(shí)O型密封圈出現(xiàn)彈性變形，對密封面產(chǎn)生接觸壓力，對于采用徑向密封的結(jié)構(gòu)一般采用O型密封圈，因此此處選擇O型密封圈。

對于不同的密封場合，與之搭配的溝槽也不同（見表1），對于固定密封方式，一般采用矩形溝槽及V形溝槽。溝槽的選擇需要滿足加工容易、尺寸合理、O型密封圈拆裝較為方便的條件。V形溝槽相對于矩形溝槽應(yīng)力峰值更大，并且隨著流體壓力的增加，安裝在V形溝槽里的密封圈更易被破壞[2]。矩形溝槽相對加工容易、便于保障密封圈壓縮量，因此此處選擇矩形溝槽。

表1 溝槽形狀及應(yīng)用表

對于矩形溝槽，矩形截面面積大于密封圈截面面積的20 %左右[3]，以保證密封圈裝配壓縮時(shí)不脫出，計(jì)算[4]為：[2*1.05-π*（1.5/2）2]/[π*（1.5/2）2]=18.8 %，如圖7所示。

圖7 O型密封圈壓縮量示意圖

2.3 軸孔配合尺寸優(yōu)化

為進(jìn)一步對軸孔配合尺寸對實(shí)際的影響，對投放泵導(dǎo)液柱尺寸、儲液盒安裝孔尺寸進(jìn)行實(shí)測，見表2。

表2 儲液盒、投放泵尺寸測量表

經(jīng)過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，儲液盒安裝孔與投放泵裝配的最小過盈量（單邊含橡膠圈）理論為0.1 mm，但由于流道板孔徑模具設(shè)計(jì)需增加拔模斜度，導(dǎo)致流道板孔徑偏大，實(shí)際過盈量小有漏液隱患。

針對此問題需要增大軸孔配合過盈量（圖8），經(jīng)過測試單邊過盈量至少在0.25 mm才可保障密封效果，經(jīng)過評估通過調(diào)整儲液盒安裝孔直徑來增大過盈量。經(jīng)過調(diào)整將安裝孔與O型密封圈密封位置直徑由φ（9.5±0.1） mm更改為φ（9.2±0.1）mm，軸部包括密封圈直徑尺寸為φ（10±0.2）mm，安裝孔與O型密封圈密封單邊過盈量理論值為（0.25～0.55）mm。

圖8 優(yōu)化后投放泵與洗滌劑儲液盒配合圖

3 零件質(zhì)量管控

3.1 O型密封圈質(zhì)量管控

O型密封圈上存在較大的毛刺、溢料時(shí)，會產(chǎn)生引流的效果。當(dāng)其余裝配條件無異常時(shí)仍會存在一定幾率的漏液問題。

針對此問題在O型密封圈加工過程中對模具狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)較大毛刺（圖9）、溢料時(shí)，及時(shí)對模具修模，保障產(chǎn)品質(zhì)量。在O型密封圈使用過程中對于較大的毛刺、溢料進(jìn)行手動去除，也可有效避免引流導(dǎo)致的漏液問題。

圖9 O型密封圈毛刺圖

3.2 儲液盒質(zhì)量管控

由于儲液盒是采用注塑工藝生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)零件變形、模具分型面臺階、零件毛刺等問題，當(dāng)此類注塑故障出現(xiàn)在儲液盒安裝孔與O型密封圈配合面上時(shí)，會導(dǎo)致密封不良漏液。

針對此類問題，要求在模具開制時(shí)避免分型面出現(xiàn)在配合面位置。并在儲液盒生產(chǎn)時(shí)將安裝孔的尺寸作為必檢項(xiàng)，管控安裝孔圓度、毛刺等問題，避免其出現(xiàn)橢圓變形、毛刺引流導(dǎo)致密封不良漏液。

3.3 投放泵質(zhì)量管控

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)投放泵在裝配過程中出現(xiàn)裝配卡扣扣不到位、導(dǎo)液柱O型密封圈安裝槽橢圓變形時(shí)均會導(dǎo)致密封不良漏液的問題。因此投放泵本身也需要對其質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。

針對以上為題，要求投放泵在裝配完成后進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)泵體卡扣裝配是否到位。并在圖紙中規(guī)范O型密封圈安裝槽圓度要求，避免因安裝槽自身橢圓變形導(dǎo)致O型密封圈過盈量不足造成的漏液。

4 結(jié)論

1）對于類似軸、孔密封配合的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)參數(shù)一致性、公差設(shè)計(jì)過盈量，避免因涉及問題導(dǎo)致的密封失效。

2）在實(shí)際生產(chǎn)中要結(jié)合零件的加工能力，加強(qiáng)對零部件一致性的保障，避免零件質(zhì)量異常、批次性差異導(dǎo)致密封失效。

3）對于關(guān)鍵密封配合零部件，首先要確保裝配面的質(zhì)量，要求表面光滑、無毛刺，還要保證圓度，避免出現(xiàn)局部間隙。