某輕卡車型離合助力器故障分析及整改

姚學(xué)森，遲玉華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

離合器是手動擋車型的關(guān)鍵零部件，使用頻次非常高，通過離合踏板的操作（踩踏板、松踏板），實(shí)現(xiàn)離合器的結(jié)合、分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛的起步、換擋、倒車等[1]。由于載貨汽車離合器規(guī)格遠(yuǎn)大于乘用車，離合器分離力比較大，為保證離合踏板力的舒適性，需增加離合助力器，借助氣壓助力，降低離合踏板力。如果離合助力器發(fā)生故障，失去助力作用，離合踏板力變大，甚至難以踩下離合踏板，無法有效完成離合器的分離與結(jié)合，導(dǎo)致無法選換擋，嚴(yán)重影響客戶使用，甚至?xí)l(fā)生安全隱患[2]。

1 問題來源

梳理質(zhì)量部保單系統(tǒng)，2021年下半年離合助力器保單390例，對390例故障現(xiàn)象進(jìn)行分解，主要有漏油、卡滯、異響、銷軸脫落等，其中漏油故障331例，占比高達(dá)84.9%，如圖1所示。對故障件現(xiàn)場調(diào)研，漏油部位為離合助力器排氣口處，如圖2所示，離合助力器缸體表面并沒有漏油痕跡。

圖1 故障統(tǒng)計(jì)分析圖

圖2 離合漏油區(qū)域

2 問題原因分析

首先從離合操縱系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，如圖3所示。踩離合踏板，在踏板力的作用下，將制動液擠壓進(jìn)入離合助力器的液壓腔（如圖3所示箭頭走向），在密封圈的作用下，液壓腔內(nèi)形成油壓，油壓一方面推動助力器的推桿移動，另一方面打開平衡活塞，讓氣壓進(jìn)入離合助力器，通過氣壓助力推動推桿移動，推桿與變速箱分離軸承硬性鏈接，進(jìn)而推動離合器工作[3]。從系統(tǒng)原理可知，離合操縱系統(tǒng)對離合助力器的輸入只有兩個(gè)，即制動液和液壓腔內(nèi)形成的油壓。其中油壓可以通過離合踏板力進(jìn)行換算。

圖3 離合操縱系統(tǒng)原理簡圖

針對離合助力器單個(gè)零部件分析，內(nèi)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示，制動液被擠壓進(jìn)入液壓腔后，是通過1區(qū)和2區(qū)的密封圈形成液壓壓力，油壓達(dá)到一定程度，才能打開平衡活塞，引進(jìn)氣壓助力。通過拆解故障件發(fā)現(xiàn)，2區(qū)平衡活塞處沒有油跡，只有 1區(qū)呼吸孔處漏油。因此可以得出，離合助力器漏油原因?yàn)?區(qū)密封失效。1區(qū)涉及三個(gè)零件：密封圈、柱塞和密封圈安裝槽。

圖4 離合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

找到問題癥結(jié)區(qū)域，從系統(tǒng)和零部件結(jié)構(gòu)原理逐級深入，制定排查圖，如圖5所示。

圖5 故障分析圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對離合助力器承受油壓過大問題，對故障車型離合踏板力進(jìn)行測試，通過踏板力，運(yùn)用油壓與離合踏板力公式計(jì)算離合助力器實(shí)際承受的油壓。

式中，ε為工作承受油壓；F為踏板力；S為總泵主缸截面積；I為踏板杠桿比；f為踏板回位力；η為力傳遞效率，取0.8。

與離合助力器所能承受的設(shè)計(jì)油壓進(jìn)行對比，如表1所示。工作油壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)油壓，不會產(chǎn)生因油壓過高而導(dǎo)致密封失效。

表1 故障離合器踏板壓力測試統(tǒng)計(jì)

對制動液選用不合理進(jìn)行確認(rèn)。經(jīng)過充分驗(yàn)證后，公司統(tǒng)一規(guī)定選用型號 HZY3的制動液。統(tǒng)計(jì)2021年主銷Top10的車型對比分析，同一種制動液 HZY3，采用不同離合助力器匹配不同車型，只有D8CD7型離合助力器漏油故障異常偏高。

對密封圈硬度、伸縮率、耐油性不滿足要求進(jìn)行確認(rèn)。對密封圈材料進(jìn)行檢測，如表2所示，密封圈硬度、伸縮率、耐油性等均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，為非關(guān)鍵因素。

表2 故障離合器踏板壓力測試統(tǒng)計(jì)

對密封圈唇口厚度不滿足要求進(jìn)行確認(rèn)。密封圈唇口厚度分為外唇口厚度和內(nèi)唇口厚度，如圖6所示，外唇口厚度為A，內(nèi)唇口厚度為B，外唇口厚度A影響密封圈與缸體內(nèi)腔安裝槽的過盈量，內(nèi)唇口厚度B影響密封圈與其內(nèi)配合的柱塞之間的過盈量，二者直接影響密封圈的密封效果。

圖6 密封圈結(jié)構(gòu)圖

參照市場表現(xiàn)較好的 E23S離合助力器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，唇口厚度A和B設(shè)計(jì)值為0.6～1.0 mm，與E523S離合助力器保持一致?，F(xiàn)對40套故障件拆解的密封圈進(jìn)行檢測（橡膠密封圈尺寸檢測工具是影響測量儀），檢測結(jié)果如表3、圖7所示。

圖7 密封圈測試分析圖

表3 故障離合器踏板密封圈檢測統(tǒng)計(jì)

檢測結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，但是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并不可靠，查閱密封圈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《氣缸用密封圈安裝溝槽形式、尺寸和公差》（JB/T 6656）（以下簡稱JB/T 6656）可知，不同規(guī)格密封圈的內(nèi)、外唇口厚度要求并不一致，E523S離合助力器的密封圈配套柱塞規(guī)格：密封圈內(nèi)圈公稱直徑為19.8 mm，內(nèi)外唇口厚度標(biāo)準(zhǔn)為0.6～1.0 mm；而D8CD7離合助力器的密封圈配套柱塞規(guī)格為直徑25 mm，內(nèi)外唇口厚度標(biāo)準(zhǔn)0.8～1.2 mm。所以設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)不符，二者尺寸要求范圍不一樣，有交叉區(qū)間0.8～1.0 mm，所以市場表現(xiàn)并不是所有 D8CD7離合助力器都發(fā)生漏油現(xiàn)象，內(nèi)外唇口厚度在交叉區(qū)間內(nèi)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可能就不會發(fā)生漏油。從檢測結(jié)果來看，40套件沒有一套件的內(nèi)、外唇口厚度同時(shí)落在標(biāo)準(zhǔn)交叉區(qū)間內(nèi)，從理論上判定可能產(chǎn)生漏油，為進(jìn)一步確認(rèn)要因，隨機(jī)取三套離合助力器，更換滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的密封圈后，進(jìn)行抬價(jià)密封試驗(yàn)，均滿足要求。通過對比分析，密封圈唇口厚度不滿足要求，是離合器踏板故障的主要原因。

密封圈唇口粗糙度檢測主要通過影像放大后進(jìn)行目視對比，標(biāo)準(zhǔn)要求放大后觀察無明顯毛刺。通過影像測量儀觀察密封圈新舊件對比，唇口均圓滑無明顯毛刺，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。針對密封圈與安裝槽配合尺寸不合標(biāo)準(zhǔn)問題，密封圈安裝在缸體安裝槽內(nèi)，密封圈安裝外徑d1與安裝槽直徑D1應(yīng)滿足配合標(biāo)準(zhǔn)。對故障件安裝槽進(jìn)行檢測，由于是凹槽，不是平面，切開缸體后粗糙無法直接檢測，只能通過目視，與粗糙度對比樣塊進(jìn)行對比判定粗糙度，因?yàn)槭瞧茐臋z測，因此，在故障件中隨機(jī)抽取 4套進(jìn)行目視對比檢測。檢測結(jié)果密封圈安裝槽粗糙度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。針對密封圈安裝槽圓柱度大，密封圈安裝槽圓柱度大，影響與密封圈的貼合，進(jìn)而影響密封效果[4]。對密封圈安裝槽的圓柱度進(jìn)行測量，按照測量標(biāo)準(zhǔn)，用自制內(nèi)徑百分表分別測量三個(gè)不同截面上的直徑，測出的最大直徑與最小直徑差的一半即為圓柱度。標(biāo)準(zhǔn)要求密封圈安裝槽圓柱度≤0.1 mm，測量結(jié)果均滿足要求。針對柱塞表面粗糙度大，柱塞與密封圈內(nèi)孔配合，柱塞粗糙度大，也會導(dǎo)致內(nèi)圈密封不嚴(yán)，出現(xiàn)漏油[5]。粗糙度過小，不利于柱塞滑動。標(biāo)準(zhǔn)要求與密封圈內(nèi)孔配合的柱塞表面粗糙度為0.4～1.0 μm，檢測結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。針對柱塞圓柱度大，柱塞與密封圈內(nèi)孔配合，柱塞的圓柱度大，當(dāng)液壓推動柱塞在密封圈內(nèi)孔軸向滑動時(shí)，可能會產(chǎn)生漏油。故障件的柱塞圓柱度均小于0.1 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過以上分析，最終找到了離合助力器漏油問題的根本原因，即密封圈唇口厚度小。針對密封圈唇口厚度小問題，需要調(diào)整密封圈唇口厚度。密封圈是通過模具澆鑄成型，增大密封圈唇口厚度需要重新開模。在加工密封圈澆鑄成型時(shí)，唇口位置處于分型面上，唇口厚度尺寸是通過切割機(jī)進(jìn)行修剪的，人工操作控制，一致性差[6]。因此，在重新開設(shè)模具時(shí)，對模具型腔、型芯進(jìn)行優(yōu)化，使唇口厚度由模具保證，分型面設(shè)在不重要的尺寸上，唇口厚度尺寸一致性好，具體參數(shù)如表4所示。

表4 密封圈唇口厚度改進(jìn)后厚度

模具改進(jìn)后，對成型的密封圈唇口厚度進(jìn)行檢測，內(nèi)、外唇口厚度均滿足要求。對離合助力器密封檢測，為防止逃離點(diǎn)，隨機(jī)抽取 7個(gè)樣件全部按照試驗(yàn)大綱要求進(jìn)行相關(guān)密封性試驗(yàn)，如表5所示。（備注：原試驗(yàn)大綱要求3個(gè)樣件，而且是分別做不同的試驗(yàn)項(xiàng)目，不能夠有力反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量一致性，存在逃離點(diǎn)概率較大。）臺架試驗(yàn)結(jié)果全部合格，方案有效。

表5 密封性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

根據(jù)本次問題解決結(jié)果，從系統(tǒng)工作原理著手，鎖定故障區(qū)域，然后從故障區(qū)域零部件可能產(chǎn)生的問題因素進(jìn)行分析，從零部件尺寸分析、結(jié)構(gòu)逐一分析進(jìn)行，積累了大量的檢測數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并找到了問題的根本原因；通過對標(biāo)分析，找到了解決問題的方案：優(yōu)化結(jié)構(gòu)，修改模具，增加密封圈唇口厚度。問題的解決，提升了離合器助力器的可靠性，最終提升了產(chǎn)品競爭力及顧客滿意度。