平衡懸架殼蓋結(jié)合面漏油因素分析及改進(jìn)

周蓓蓓 祝司濤 肖亮

摘要：平衡懸架是重型汽車的重要部件，球面軸承式平衡軸需要為軸承加注潤滑油防止軸承磨損。針對平衡軸殼蓋結(jié)合面處漏油問題，分析了漏油問題的產(chǎn)生因素和現(xiàn)有的應(yīng)對措施，根據(jù)當(dāng)前情況進(jìn)一步探究原因，深入分析漏油問題，提出了O形圈密封措施。通過計算，確定了O形圈的選型。售后驗證結(jié)果表明，故障率為0，改進(jìn)效果顯著。

關(guān)鍵詞：平衡懸架；漏油；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

平衡懸架是重型汽車保持車橋穩(wěn)定性的重要部件之一，近年來，其殼蓋結(jié)合面處漏油問題多發(fā)，短期內(nèi)雖對整車無影響，但漏油問題會加劇平衡軸內(nèi)軸承磨損，進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，影響行車安全。另外，漏油問題也會影響車輛外觀，降低主機廠品牌影響力。

密封領(lǐng)域方面，有大量的文獻(xiàn)可供參考，何劍飛等[1]利用TRIZ理論分析了平衡軸漏油問題，降低了懸架系統(tǒng)平衡軸故障率。楊銳等[2]對三角密封結(jié)構(gòu)中O形橡膠密封圈的應(yīng)力及變形進(jìn)行了非線性仿真分析，反映出不同壓縮率和氣壓作用下的密封性能。王傳鴻等[3]設(shè)計了一種錐面對球面密封的螺紋密封結(jié)構(gòu)，通過有限元模擬和室內(nèi)試驗，驗證了有限元仿真模型的正確性以及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的合理性，有效解決了井下安全閥螺紋聯(lián)接氣密性問題，同時為氣密封螺紋結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了一個新的方向。房桂芳等[4]通過模擬計算分析了工作參數(shù)對接觸式機械密封端面接觸特性的影響，隨著密封介質(zhì)壓力的增大，彈性接觸面積比增大，彈塑性接觸面積比和塑性接觸面積比減小。田孝帥等[5]推導(dǎo)了密封結(jié)構(gòu)泄漏率的計算公式，研究了粗糙度、自相關(guān)長度、密封比壓對表面特征的影響，以及粗糙度、密封面接觸寬度對泄漏率的影響。

重型汽車平衡懸架密封相關(guān)的研究較少，左志強[6]研究了裝配過程、零部件本身缺陷、產(chǎn)品防護(hù)不當(dāng)三種因素對平衡軸漏油的影響，并提出了解決方案。上官望義等[7]對工程車后平衡懸架密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和失效因素進(jìn)行分析并給出了系統(tǒng)性解決方案，密封系統(tǒng)核心零件油封的故障率下降55.6%。劉航瑜等[8]針對越野車平衡軸滲漏問題，進(jìn)行了零部件結(jié)構(gòu)分析和滲漏機理分析，提出了防止平衡軸滲漏的改進(jìn)思路與解決方法。

平衡懸架結(jié)構(gòu)及殼蓋結(jié)合面漏油故障

市面上平衡懸架主要為球面軸承式和橡膠襯套式兩種，兩者的區(qū)別在于球面軸承式平衡懸架使用球面軸承作為擺動執(zhí)行機構(gòu)，而橡膠襯套式則使用橡膠襯套作為擺動執(zhí)行機構(gòu)。由于重載及路況惡劣工況下，平衡軸需要更大的承載力和擺動角度，所以球面軸承結(jié)構(gòu)平衡懸架使用更為廣泛。

因為使用了球面軸承，所以需要加注潤滑油潤滑，這就產(chǎn)生了漏油問題，常見于殼蓋結(jié)合面處漏油，如圖1所示。

漏油因素分析及對應(yīng)措施

1.優(yōu)化結(jié)合面粗糙度

粗糙度是影響密封特性的重要因素，微觀上，金屬表面為凹凸不平形貌，兩接觸面之間存在許多大大小小的縫隙，潤滑油會從縫隙里流出。粗糙度與密封性能之間為非線性增大的關(guān)系[5]，如圖2所示。

平衡軸殼與殼蓋結(jié)合面處粗糙度值較大，產(chǎn)生的縫隙數(shù)量較多、尺寸較大，潤滑油更容易流出，導(dǎo)致漏油故障發(fā)生。為此，需減小平衡軸殼與殼蓋結(jié)合面處的粗糙度值，提高零件表面質(zhì)量，以減小滲漏率。

2.涂抹平面密封膠

為進(jìn)一步減小滲漏率，需要對結(jié)合面處涂抹平面密封膠。使用自動涂膠機，以保證膠線粗細(xì)均勻。根據(jù)《JB/T 7311－2016 工程機械 厭氧膠、硅橡膠及預(yù)涂干膜膠 應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，密封環(huán)帶尺寸要求不小于5mm，現(xiàn)結(jié)構(gòu)密封帶寬度為4mm，受限于結(jié)構(gòu)，密封帶寬度暫無法改變。

通過上述措施，對售后產(chǎn)品跟蹤，故障率降低至5%，依然沒有完全解決，繼續(xù)對售后大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，故障位置集中在3點鐘和9點鐘方向；且平衡懸架生產(chǎn)后短時間內(nèi)裝車比放置一段時間裝車漏油比例偏高，需要進(jìn)一步分析原因。

進(jìn)一步分析及改進(jìn)措施

1.整車裝配驗證

為進(jìn)一步探究原因，對平衡懸架的整車裝配進(jìn)行驗證，裝配騎馬螺栓后，軸殼內(nèi)孔變形量為0.09mm，平衡軸殼3點鐘和9點鐘方向出現(xiàn)較大變形，此為裝配騎馬螺栓時擰緊力過大導(dǎo)致的。

2.故障件拆解分析

對多件故障件進(jìn)行拆解，漏油部位均在3點鐘和9點鐘方向，上下位置均未出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。如圖3所示，平衡軸殼左右兩側(cè)的密封膠均呈魚鱗狀，上下位置的密封膠則分布均勻，說明兩側(cè)位置密封性能差。

結(jié)合整車裝配驗證與故障件拆解分析，密封膠在處于密封環(huán)境下，表干速度極慢，在涂抹密封膠后短時間內(nèi)裝配騎馬螺栓，密封膠在未干透的狀態(tài)隨平衡軸殼受力變形，導(dǎo)致了密封失效。

3.改進(jìn)措施

根據(jù)平衡軸殼端面變形，該處靜密封結(jié)構(gòu)，考慮O形圈具有彈性，能夠補償變形量，在平衡軸殼與殼蓋結(jié)合面處增加O形密封圈以防止漏油。

由O形圈規(guī)格表可知，O形圈截面尺寸d2=3.55mm時可同時滿足式（2）和式（3），查表可知溝槽寬度b=5mm，溝槽深度h=2.75mm。溝槽兩側(cè)共留有3mm的余量，因溝槽外側(cè)為螺栓孔，因此溝槽外側(cè)余量為2mm，溝槽內(nèi)側(cè)余量為1mm，那么溝槽外徑d7=184mm。

結(jié)語

1）通過一段時間的售后統(tǒng)計，故障率為0，效果顯著。

2）密封膠用于端面靜密封有很多優(yōu)點，但是要考慮結(jié)合面變形因素的影響，特別是像平衡懸架、橋殼端面等承載力較大的產(chǎn)品件，初始裝配后不漏油，但使用受力后容易發(fā)生漏油故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何劍飛，孫偉棟，侯京森.基于TRIZ理論的平衡軸密封改進(jìn)設(shè)計[J]. 汽車工藝師， 2021（3）：4.

[2] 楊銳，司曉闖，袁端鵬，等.基于三角密封結(jié)構(gòu)的高壓復(fù)合絕緣子密封性能研究[J].電瓷避雷器，2022（4）：245-252.

[3] 王傳鴻，鄢標(biāo)，周歆，等.井下安全閥特殊氣密封螺紋密封性能分析[J].石油機械，2022，50（7）：107-114.

[4] 房桂芳，劉其和，魏龍.工作參數(shù)對接觸式機械密封端面接觸特性的影響[J].液壓與氣動，2021（1）：105-110.

[5] 田孝帥，張冬林，楊勇，等.閥門密封結(jié)構(gòu)的滲漏特性數(shù)值分析[J].核動力工程，2022，43（3）：151-157.

[6] 左志強.淺談STR平衡軸漏油問題的產(chǎn)生及解決方法[J].汽車實用技術(shù)，2011（1）：47-50.

[7] 上官望義，楊銀輝，任娜，等.工程車后平衡懸架密封系統(tǒng)改進(jìn)[J].機械研究與應(yīng)用，2014，27（5）：108-111.

[8] 劉航瑜，尹文杰.SX2150K系列車型平衡軸密封改進(jìn)[J].汽車實用技術(shù)，2011（2）：10-13.