一种新型摩托车发动机副轴油封

  油封的密封是靠一挠性密封元件与放置轴之间的过盈配合形成的,其密封机理是:油封唇部和轴之间的接触表面上同时并存干摩擦、边界润滑和流体润滑3种情况,并不断交替产生。干摩擦产生磨损,流体润滑产生泄漏,在边界润滑下,油封唇部与轴的界面间形成一层稳定的流体动压油膜,油膜厚度约0.0025mm,这层油膜除润滑外,还起密封作用。油膜太厚,流体会泄漏;油膜太薄,不能形成流体润滑膜,唇部就会磨损。因此,为了获得良好的密封性能和较长的工作寿命,要求技术人员在油封结构设计、橡胶配方设计和安装使用上,都要为形成薄而稳定的边界润滑油膜提供条件。由于国内在结构设计、安装使用方面对常用油封制定的条件非常苛刻,这为泄漏故障的频频发生埋下了隐患。

  1    副轴油封的结构及漏油原因分析

  1.1    副轴油封的结构

  目前,常用的副轴油封共有4种结构。第1种:橡胶内部装有1道金属弹簧箍,有1个封唇,只在单向防漏时使用;第2种:橡胶内部装有1道金属弹簧箍,有2个封唇,在双向防漏时使用,其中主封唇防止油液渗漏,副油唇防止泥沙或灰尘侵入;第3种:橡胶内部装有2道金属弹簧箍,有2个封唇,其中主封唇防止油液渗漏,副油唇防止泥沙或灰尘侵入;第4种:橡胶外部有1道弹簧箍,有1个封唇,单向防漏。常用的摩托车发动机副轴油封一般为第3种形式。

  在油封本体的中心孔孔壁上共设有4个斜面,从前往后依次为副唇外斜面、副唇内斜面、主唇外斜面、主唇内斜面,每2个相临的斜面彼此相交,其中副唇外斜面与副唇内斜面构成油封副唇口,起防尘作用,主唇外斜面与主唇内斜面构成油封主唇口,起防油外漏作用。

  摩托车副轴油封安装在曲轴箱副轴油封孔中,有字面朝外,油封端面与油封孔端面平齐,内孔套在副轴上。

  1.2    副轴油封漏油原因

  副轴油封可以防止机油从曲轴箱中漏出,具有较高的弹性和较低的泄漏率,耐热、耐压范围广,对耦合件的偏心振动不太敏感,加工精度要求也不高,但对副轴的表面粗糙度、圆度及油封安装有严格的要求。

  a)    副轴的圆度:副轴的不圆度很可能造成油封弹性体密封唇,按照轴的不规则运动而产生变形或推动弹性,从而引起疲劳破坏。

  b)    副轴表面粗糙度:一般规定为Ra1.6~3.2μm,表面太光滑,不利于形成保持油膜,造成密封圈干磨擦,容易烧伤,引起泄漏;太粗糙,摩擦磨损加剧,同样会造成油封早期失效。

  c)    安装使用不当:1)应确保被安装孔位状态良好,尺寸正确、表面光洁。副轴油封安装孔尺寸过大会导致过盈量小,引起外圈漏油或被油压挤出;安装孔尺寸过小,油封安装困难、易变形,直接导致漏油。2)安装前应检查油封,确保表面干净、完整,若配有弹簧箍,应检查弹簧箍是否疏密、均匀,限位是否牢靠。油封外圈及唇口如有异物或弹簧箍脱落,唇口对轴的抱紧力降低等,均会导致漏油。3)必须确定油封安装方向,油封唇(弹簧箍侧)应面向被封液体方向(如两侧有弹簧箍,有标识文字一侧朝外),否则主副唇口的作用将大幅降低;用清洁油脂轻擦油封唇部并平推,在周边均匀地用力轻敲至正确位置。4)在压推油封时,一定要平行于安装孔位轴线,为了保证油封安装正确到位,要求安装前必须先在副轴花键端套上一个光滑的圆锥套工装,防止油封唇口被副轴输出端的花键尖角损伤。另外,由于油封唇部相对副轴有一个过盈量,安装时必须注意和预防诸如密封唇部的扭转、挤出,否则容易把唇口划伤而影响密封效果。

  d)    副轴表面加工质量:现有油封对副轴表面的损伤较敏感,很轻微的损伤都可能对它的密封效果及工作寿命产生极大影响,甚至直接带来泄漏。另一方面在对油封安装位置的副轴表面进行磨削加工时,有可能产生轴向的细微磨削痕迹,也能引起油封漏油。

  从现有油封结构和工作条件看,当副轴表面质量较差或发动机工作一段时间后,机油质量下降,机油中的异物或未清除的铝屑等杂质很容易将主唇口划伤,加上安装使用方面的原因等,均会使副轴油封出现渗油现象而影响密封性能。因此,要求副轴油封完全不漏油显然不现实,但将这种油封漏油现象降到最低,设计一个新型油封结构是很有必要的。

  2    新型副轴油封的结构及特点

  为了解决副轴油封的漏油问题,笔者设计了一种在主唇口被划伤时能够有效防止渗油现象的新型摩托车副轴油封。

  2.1    新型副轴油封的结构特点

  在保证整体结构不变的前提下,在主唇口外斜面上按圆周均匀分布有倾斜设置的凸筋,所有凸筋相对于主唇口外斜面的高度为0.1~0.3mm,宽度为0.3~0.5mm,相对于油封本体轴心线的夹角为30°~60°,所有凸筋与油封本体为一体结构。

  2.2    新型副轴油封凸筋的作用

  a)    当主唇口出现划伤、唇边过度磨损、唇边处橡胶圈脱落或弹力不强油封橡胶老化等现象时,根据流体动力学原理,副轴油封会相对于副轴作顺时针旋转,外泄漏在主唇口外斜面两相临凸筋间的机油受到离心作用,会顺着凸筋返回油封内,从而防止了机油进一步向外渗漏,提高了密封性能。

  b)    主唇口外斜面上的凸筋相当于水泵叶轮上的叶片,在发动机工作时,副轴逆时针旋转,凸筋相对于副轴作顺时针旋转时,凸筋可以搅动周围的空气,带走主唇口与副轴之间的热量,使主唇口橡胶不致于升温过快,减缓了橡胶老化现象,提高了副轴油封的使用寿命。

  3    结束语

  目前,这个新型的摩托车发动机副轴油封已申请了专利,并投入批量生产,客户反映良好,再没有收到用户的质量投诉。随着人们对密封技术的重视,新油封结构不断涌现,特别是汽车工业的发展,我国油封行业已具有了不可替代的现实意义。在新的国际环境下,全球橡塑密封件制品制造基地将不断向我国转移,我国橡胶密封件产业也将迎来一个跨越式的发展时期(摩托车技术)