第八章_載貨汽車傳動系的徑向軸密封環(huán)

1、第八章載貨汽車傳動系的徑向軸密封環(huán)載貨汽車傳動系的徑向軸密封環(huán) 概述：概述：當用回轉接頭對在一定空間中的粘稠或液體物質進行密封時，必須采用徑向軸密封環(huán)。汽車，這里指載貨汽車，其任務與不行走的工作機器有明顯的區(qū)別，因此要尋求其它的解決方法。針對具體的應用場合，標準徑向軸密封環(huán)各組成部分的結構形式需要作相應的修正，以適應密封的各種特殊結構形式。密封環(huán)通常用高質量的材料制成。圖8-1 徑向軸密封環(huán)的標準結構形式和安裝狀態(tài)8.1 相關的問題相關的問題 在機械制造中應用的標準密封件應看作是機器組成部分的延伸擴展。軸密封環(huán)，如西默爾-徑向軸密封環(huán)或簡稱西默爾環(huán)或徑向軸密封環(huán)，以各種結構形式被大量生產。在普

2、通機器制造中不出現(xiàn)應用技術方面的問題，通?？筛鶕?jù)產品目錄選用8-1。圖8-1所示為安裝狀態(tài)下的西默爾環(huán)。汽車，特別是載貨汽車所要求的密封則完全不同。其原因是須考慮汽車行駛中的不穩(wěn)定性和隨機性所帶來的特別難以解決的問題和環(huán)境的強烈影響。此外，內燃機或活塞傳動機構的難題在于，它是一個復雜的振動系統(tǒng)。在傳動系和車輪軸承上，為滿足高密封性，以及有效隔絕外部異物、灰塵和水的要求，對密封件有更高的要求。 高的機械負荷、熱應力負荷及化學負荷再加上特殊的工作方式，決定了密封的結構形式和材料選擇。為滿足這一系列的技術要求，每個密封都必須與各自的工作狀況及部件的設計特點相適應。因此，根據(jù)產品目錄進行選擇是不可行的

3、，理想的解決方法只能由密封件及汽車制造商通過對具體情況的具體研究來實現(xiàn)。由此也帶來了不便，如修理時不能隨便選用密封件，而是要根據(jù)結構形式和材料選擇專用的密封件。 盡管如此，人們還是在努力追求通過對密封結構形式最低限度的標準化來達到最佳狀態(tài)。 研究表明，徑向軸密封環(huán)在發(fā)動機總成的使用壽命中起決定性作用，因為它是易損件，并且“只”能用橡膠制成，在整個傳動系統(tǒng)中是最薄弱的環(huán)節(jié)。受氣候及道路狀況的影響，徑向軸密封環(huán)在具體的工況下或多或少地承受一定的負荷。越野車、工程汽車及重型牽引車與長途運輸車的工作方式截然不同。近幾年來，維修間隔期和機油更換間隔期已提高到了100,000 km，這主要歸功于發(fā)動機機油

4、和密封材料研發(fā)水平的提高，這也使它們的相互依賴性增強。圖8-2 密封唇邊與軸間密封縫隙內的摩擦系統(tǒng) 如圖8-2所示，摩擦學這個新興學科知識的應用，為密封技術更廣闊的發(fā)展提供了前提條件。摩擦學是研究相對運動中的、相互影響的摩擦表面及相關問題的科學和技術。摩擦學知識的應用是實現(xiàn)機器和軸承也包括密封最佳功能的關鍵所在。所謂的彈性液體動力學潤滑膜，是以摩擦學的現(xiàn)象為基礎的，它可解決不利的橡膠-鋼摩擦副問題。8.2 軸密封環(huán)的結構和功能軸密封環(huán)的結構和功能 作為徑向軸密封環(huán)的一個主要部分，密封唇邊的結構外形是經過幾十年的研究開發(fā)形成的，也是實踐經驗積累的結果?，F(xiàn)在，應用有限元分析和弗羅伊登貝格開發(fā)的材料

5、模型，可以大大縮短特殊徑向軸密封環(huán)的開發(fā)時間。在實驗中，在徑向軸密封環(huán)密封唇邊附近的密封邊、軸表面和潤滑劑之間產生相互作用。在不利的摩擦副橡膠-鋼之間要有潤滑膜，該潤滑膜具有承載能力，可保護密封邊不因摩擦熱的作用而損壞。產生潤滑膜的其它條件是，密封邊無睱疵，安裝時無損傷，采用合適的潤滑劑及軸表面粗糙度最低。當所有這些條件都滿足時，幾秒鐘后開始啟動過程，經過預計的初期磨損，密封邊的線接觸將會變成如圖8-2所示的表面接觸。由毛細作用而立即產生的潤滑膜使磨損降低到正常程度。密封縫隙的密封機理在密封邊與軸間的0.10.4mm寬的狹長接觸區(qū)域起任用。這個環(huán)形接觸區(qū)又被分為充分潤滑區(qū)和不完全潤滑區(qū)。潤滑油

6、的平均厚度約為1m甚至更少。由于在彈性體上生成了一個與旋轉方向相關的表面結構，會有回油作用產生。盡管摩擦學致力于這種現(xiàn)象的研究，但對密封機理至今仍未完全認識清楚。 長時間運轉后，在軸上會形成所謂的磨合印痕，它對功能可靠性沒有負面影響。當出現(xiàn)泄漏以及必須更換密封件時，必須采用拋光的方法去除磨合印痕，或者安裝時注意不要將密封件安裝在原來的磨合印痕上。如果潤滑劑不潔凈或針對外部的密封保護不夠，密封唇邊和軸表面就會由于天然剛砂的作用而被破壞。密封件安裝和軸加工對密封性能及壽命的重要性可以從對徑向軸密封環(huán)損壞原因的統(tǒng)計分析中看出：l 30%由于安裝違反操作規(guī)程；l 30%取決于軸表面的加工；l 10%是

7、由于密封圈受損；l 15%是由于錯誤的診斷。8.2.1 主要組成部分及其種類主要組成部分及其種類 如圖8-1所示，軸密封環(huán)由4個主要部分組成，它們具有不同的作用。最佳密封效果是這些組成部分根據(jù)各自的功能共同起作用的結果。 密封唇邊密封唇邊:密封唇邊的作用是，防止密封介質沿著轉動的軸流出。它首先要承受上述機械負荷、熱負荷和化學負荷。 骨架骨架:骨架保證密封件具有所需的結構強度，并保證在殼體內有足夠的二級精度壓配合(德國國家標準)。它在殼體內具有重要的靜態(tài)密封作用。根據(jù)使用情況的不同，骨架配有橡膠外殼、鋼板或外圓周的部分橡膠，以此改善高溫及低粘度潤滑劑的密封狀況。 防塵唇邊或防異物唇邊防塵唇邊或防

8、異物唇邊:它們保護密封唇邊，安裝多個防塵唇邊或防異物唇邊可保護整個安裝空間不受環(huán)境影響。 彈性體材料或密封材料彈性體材料或密封材料: 它在較高熱負荷和化學負荷下保證密封性能的穩(wěn)定。對密封性能和密封件的使用壽命具有重要的影響。 圖8-1所示為典型的徑向軸密封環(huán)。載貨汽車上使用的徑向軸密封環(huán)結構原理與此相同，但受應用技術的限制，具有自身的特征。密封發(fā)展的最終目標是，形成稱作盒式密封件的密封系統(tǒng)。在這系統(tǒng)中，密封、防雜質密封系統(tǒng)和相互運動的表面組合成一個組件。 在載貨汽車上徑向軸密封環(huán)通常采用回油螺紋結構，使載貨汽車在負載大的情況下也能達到完全密封。如圖8-3所示，通過潤滑劑即發(fā)動機機油的附著作用，

9、在密封唇邊空氣一側機油在回油作用下流向被密封空間。與此同時，也有空氣從外部進入密封空間。因此，當圓周速度大于8m/s時，防塵唇邊將受到負壓(不與軸接觸)，這樣就不會產生真空，并且可防止密封唇邊變形。圖8-3所示的回油螺紋結構具有兩個旋轉方向的交叉螺紋，其回油作用較小，向內部導入的空氣也較少。圖8-3 回油螺紋結構 如圖8-4所示，當因異物侵襲或噴水嚴重而必須安裝多個保護唇邊時，常常在徑向軸密封環(huán)上將徑向保護唇邊及軸向保護唇邊組合在一起，在極端情況下，采用迷宮式預密封。采用這種方案，要保證在密封唇邊的后邊空腔能夠通風。這種形式的防雜質密封系統(tǒng)將會應用到傳動系的許多地方。圖8-4 帶防雜質密封裝置

10、的典型徑向軸密封環(huán)或西默爾環(huán)8.2.2 8.2.2 另一種工藝及一個新型的密封件另一種工藝及一個新型的密封件 現(xiàn)代柴油發(fā)動機熱負荷和機械負荷不斷增加，且換機油間隔周期不斷延長，這些都對發(fā)動機機油提出了新的要求。這就要求開發(fā)用聚四氟(PTFE)(如聚氟乙烯塑料)制成的新型密封件，其摩擦系數(shù)較小，在175的高溫下，具有較好的抗化學腐蝕性，在靜態(tài)使用情況下，具有更高的抗腐蝕性。聚四氟乙烯具有很高的化學穩(wěn)定性，在化學工業(yè)中早已廣泛用于密封件和模制件的制造。其優(yōu)點是穩(wěn)定性好，但與金屬加固板連接的新技術還需進一步研究。 這種材料的性能要求采用新的工藝。由于這種材料無彈性，因此開發(fā)了一種與這種材料相應的新型

11、密封唇邊結構，其密封機理遵循另外的規(guī)則。目前還沒有這種密封件與彈性密封件的比較數(shù)據(jù)(圖8-5)。 由于聚四氟乙烯較硬且沒有彈性，又由于曲軸特殊的工作環(huán)境，所以新近研制的用于曲軸密封的徑向軸密封環(huán)出現(xiàn)了另外的問題。由于曲軸的高頻振動，這種結構特別的密封唇邊不能很好地密封，為此，在在密封唇邊要壓制了鋸齒形螺紋。這種被稱作履帶式的密封唇邊具有較高的柔韌性。另外，這個螺紋也有較強的回油作用。 圖8-5所示為不同的螺紋結構，以及以相反的方式產生的回油作用。在彈性密封唇邊上，螺紋只到密封唇邊的密封邊為止，與此相反，聚四氟乙烯密封唇邊則必須將螺紋刻在密封唇邊上。采用弗羅伊登貝格研究的方法可以將聚四氟乙烯與橡

12、膠牢固地結合在一起，這種方法可將聚四氟乙烯墊片直接硫化膠合在密封環(huán)殼體上，并貼上纖維密封墊圈以代替防塵唇邊。 帶聚四氟乙烯密封唇邊的徑向軸密封環(huán)的優(yōu)點不僅僅在于它適用于曲軸密封，而且還將逐步擴展到變速箱和軸的密封上。圖8-5 帶聚四氟乙烯密封唇邊的曲軸密封件及其螺紋結構比較8.2.3 多用途可變密封系統(tǒng)多用途可變密封系統(tǒng) 軸密封處的加工費用較高，在修理時會有很多問題。例如當必須去除主動軸殼體上的運行痕跡時，費用將會增加。因此人們希望設計一種新型徑向軸密封環(huán)，在這種結構形式中，相對運動表面成為密封系統(tǒng)的一部分。這樣密封件制造商確定最佳的表面形狀，而修理時使用者只需更換帶工作表面的密封件。通過對防

13、雜質密封系統(tǒng)的優(yōu)化，這種所謂的盒式密封系統(tǒng)是車輪軸承和軸的理想密封裝置。在這種特殊情況下，不管車輪是直接驅動或是由外行星齒輪裝置驅動，內部橡膠的工作表面就會如圖8-6所示向車軸套管移動，外部橡膠的加固板和主密封唇邊都固定在輪轂上。這種帶旋轉的密封件及固定的工作表面的解決方案是可行的，因為在這個區(qū)域圓周速度及離心力都很小。圖8-6 稱之為盒式密封的帶防雜質密封系統(tǒng)的西默爾環(huán) 盒式密封具有多種帶保護唇邊和迷宮式密封系統(tǒng)的主唇邊結構形式，適發(fā)動機、變速箱和主傳動的密封。在盒式密封裝置中采用聚四氟乙烯唇邊也是一種理想的選擇。聚四氟乙烯唇邊在安裝時易受損，這個缺點在盒式密封中可以克服，因為可以進行恰當?shù)?/p>

14、預安裝。在此，也可采用8.2.1中所述的與帶回油螺紋主唇邊共同作用的防雜質密封系統(tǒng)的設計準則，密封件制造商也要遵循這個準則。 這種密封裝置的缺點是，摩擦熱很少傳到軸上，因為內圓周橡膠阻礙了熱傳導。因此，采用盒式密封裝置的前提條件是，要么軸的圓周速度較低，要么密封處供油充足，以降低密封處的溫升。采用傳統(tǒng)的徑向軸密封環(huán)，密封處的熱量可通過軸傳導出去。 盒式密封裝置造價高，但可在整個系統(tǒng)的安裝過程中得到彌補。因為裝配過程簡單，節(jié)省了裝配和修理工序。除此之外，還能有效地阻止異物侵入。除了價格以外，另一個缺點是，對制動器進行維修時，如果鼓式制動器的輪轂或內側安裝鼓式制動器的輪轂必須拆卸時，則必須更換盒式

15、密封系統(tǒng)，這樣成本就太高了。8.3 對軸表面的要求對軸表面的要求 上面提及的彈性流體力學密封機理，對軸及軸承，尤其是密封處的軸表面提出了很高的要求。為了形成潤滑膜，對軸表面的粗糙度有一定要求。如果表面過于光滑，如拋光的表面，則會妨礙潤滑膜的形成，由于干摩擦，表面的摩擦損耗加劇。如果軸表面過于粗糙，則承載面積減小，同樣對潤滑產生不良影響，并使密封件嚴重磨損，影響密封件的使用壽命。在密封區(qū)域，表面應達到以下要求：u 無螺紋(允許向油腔回油的螺紋存在)u 不超過或不低于所給定的粗糙度u 無損壞u 具有足夠的耐磨性以抵御磨蝕的影響u 圓周運動速度高時要求淬火u 具有足夠的潤濕性表表8-1 軸密封區(qū)最常

16、見的加工方法軸密封區(qū)最常見的加工方法加工方法評價應用磨削僅用于穿孔，只有在滿足工藝參數(shù)情況下才能保證不出現(xiàn)螺紋廣泛應用車削所產生的“螺紋”必須具有回油作用(與旋轉方向相關)有條件地應用硬質車削走刀較慢；切削深度很??；回油作用最小；經濟性好發(fā)動機、變速器輸入端；變速器輸出端及軸輸入端精整提高表面硬度，改善旋轉的基本結構當滿足工藝參數(shù)時，推薦使用該方法噴丸處理提高表面硬度；“焰口”有利于潤滑及減少磨擦。當軸向運動強烈時存在一些問題適用于具有良好回油作用的密封用金剛砂研磨價格便宜，但產生有害的螺紋修理時有條件地應用 根據(jù)德國標準DIN3760和DIN3761的規(guī)定，推薦的軸表面粗糙度為： Rmax=

17、6.3m 或RZ=14m 或Ra=0.20.8m(與ISO6194對應) 這種粗糙度保證了對潤滑油的良好利用。表8-1列舉了軸密封區(qū)的主要加工方法及應用范圍和條件。硬質車削的表面結構均勻，并形成非常良好的表面特性。盡管磨削是大多數(shù)密封件制造商推薦的加工方法，但這種加工方法有其弊端，不符合專業(yè)要求加工的表面是造成泄漏的最常見原因。上述問題在參考文獻8-3中進行了詳細的闡述。8.4 傳動系中的密封位置傳動系中的密封位置 軸由滑動軸承或滾動軸承支撐，它們需要脂潤滑或油潤滑。在發(fā)動機、變速器及主傳動中的軸承采用油潤滑，從動輪的輪軸承用脂潤滑。由內行星齒輪或外行星齒輪驅動的車輪，與主傳動一起，采用油潤滑

18、。具有單倍傳動比(einfache Uebersetzung)的雙曲線齒輪軸的軸承根據(jù)產品的不同采用脂潤滑或油潤滑。在所有這些安裝位置上，徑向軸密封環(huán)都能夠避免潤滑劑損耗，并能阻止異物及水侵入。汽車及其零部件的設計者對密封件的制造商提出了很高的要求，因為一般情況下密封件的使用壽命必須達到汽車及其零部件的使用壽命。在載貨汽車領域，為保證使用壽命而對車的組成部分進行潤滑已經是一個標準技術。用于長途運輸?shù)钠囈荒曛凶疃嘈?個停車日進行保養(yǎng)和維修，這就是為什么一定要避免密封失效的原因。在國際運輸途中，密封件失效可能給供貨商、接貨者及運輸商帶來違約或經濟損失。8.4.1 曲軸密封曲軸密封 曲軸是減緩振動

19、的組成部分，對其驅動側和從動側的徑向軸密封環(huán)提出了最高要求。這里不討論發(fā)動機內的其它密封件。由于活塞曲軸連桿機構的特性，各種各樣的曲軸承受交變載荷，因主軸承內需要有一定的間隙，所以交變載荷通過該間隙會導致曲軸的高頻彎曲振動。在曲軸和作為滑動軸承的主軸承間的潤滑膜，既有彈性作用，又有減振功能。在端軸承外的自由端作如圖8-7所示的擺動，離端軸承越遠，擺動對密封件的影響就越大。如圖8-7所示，軸頸的旋轉軸發(fā)生與轉速相關的偏移。在動力輸出端，端軸頸的擺動將由于飛輪的回轉效應而更為強烈，因此該處密封件承受的載荷最大。 對曲軸密封的要求也明顯區(qū)別于其它密封，這就是為什么在這里要賦予密封機理特別意義的原因。

20、表8-2列舉了目前及將來對彈性密封材料的要求。由此可見，在承受如此高的熱負荷的密封中，聚氟乙烯將扮演更為重要的角色。參數(shù)參數(shù)/應用范圍應用范圍現(xiàn)在現(xiàn)在將來將來工作溫度工作溫度-30150150-40175175換油間隔期換油間隔期15000km20000km最高最高100000km機油種類機油種類帶礦物油基、部分帶礦物油基、部分合成合成合成合成被改善了的粘度被改善了的粘度及溫度狀況及溫度狀況用添加劑改進粘度低的新鮮原油，以穩(wěn)用添加劑改進粘度低的新鮮原油，以穩(wěn)定粘度指數(shù)定粘度指數(shù)提高長期穩(wěn)定性提高長期穩(wěn)定性(運轉輕便及使用運轉輕便及使用壽命長壽命長)增加添加劑，防老化、防污染、防腐蝕增加添加劑，

21、防老化、防污染、防腐蝕及防泡沫；及防泡沫；添加環(huán)氧樹脂改善抗壓強度添加環(huán)氧樹脂改善抗壓強度分類分類SAE 5 W 30；API SH/SJSAE 0 W 40；API SJ/CG-4圖8-7 上邊：曲軸前端軸頸的擺動 下邊：當n=1500/min時，在V10-柴油機端軸頸上的曲軸中心偏移，左邊：前軸頸，右邊：后軸頸 當應用合成的高效潤滑劑時，一定要與密封件制造商協(xié)調好，以避免油底殼溫度達到150，更為了防止在夏季爬坡時損壞密封件。載荷特別大時宜采用帶聚四氟乙烯密封唇邊的徑向軸密封環(huán)。表表8-2 對發(fā)動機內密封材料越來越高的要求對發(fā)動機內密封材料越來越高的要求 8.4.1.1 對密封機理的特殊影

22、響對密封機理的特殊影響 由于高頻擺動，具有獨特特性的曲軸端軸頸產生的徑向力不再均勻分布在圓周上。在這種不均勻載荷的作用下，密封材料靠彈性進行密封的功能受到限制。端軸頸沿軸圓周的運行軌跡不再是線性的，而是如圖8-7所示的正弦形。回油螺紋將有效地防止泄漏，因為機油留在螺紋齒之間并被導回。通常情況下，從外部觀察，曲軸后端向左旋轉而前端向右旋轉；與此相應，曲軸后端、前端的密封件分別是左螺紋和右螺紋。這種特別的工作狀況與回油螺紋共同作用產生最佳的潤滑作用，可防止產生不正常的磨損。曲軸專用密封件的結構特征是：l 柔韌的密封唇邊。l 外圓周橡膠，具有橡膠外殼，以保證在機油因高溫而變稀的情況下仍達到良好的密封

23、效果。l 定向的回油螺紋，它只在一定的旋轉方向起作用。 用FPM或FKM作為彈性材料，在高溫和化學腐蝕條件下穩(wěn)定性好 (表8-3)。 采用彈性防塵唇邊或由無紡布制成的摩擦很小的密封墊圈可很好地進行密封，以阻擋外部液體。表8-3 用作發(fā)動機密封材料的氟橡膠(FPM)的特性u 氟橡膠的特性u 在所有測試過的機油中，氟橡膠的膨脹很小。能低抗燃油的侵蝕。u 在不超過160的使用溫度下，是適用于靜態(tài)密封及旋轉密封的極好密封材料。u 突出的耐磨性。u 在含胺的機油中，通過與胺的兩次聚合，標準氟橡膠的硬度提高50%，斷裂伸長降低了50%。采用特別的氟橡膠類型，這些性能明顯改善。 根據(jù)8.2.2所述，這些特性

24、基本上適合于帶聚四氟乙烯主唇邊的徑向軸密封環(huán)。聚四氟乙烯的抗熱能力及抗化學腐蝕能力較表8-3中所述的氟橡膠更好(表8-4)。表8-4 用于發(fā)動機密封的聚四氟乙烯密封材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯u 越來越廣泛應用的用于密封唇邊區(qū)的高效材料。u 適用于介質溫度不超過175高溫區(qū)域。u 目前使用的燃油及潤滑油中有十分突出的穩(wěn)定性：目前使用的潤滑劑包括部分合成或完全合成基礎上的潤滑劑和以菜油為基礎的可化學分解的潤滑劑和燃油。u 比氟橡膠密封件及聚丙烯酸脂橡膠密封件的摩擦損耗小。u 采用與材料相適應的設計(在密封唇邊上刻制螺紋)可以彌補彈性不足。u 不易與基質結合，所以需要特別的活性物質。8.4.1.2 故

25、障類型故障類型 在上述負荷狀態(tài)下，對曲軸密封以及密封材料或彈性體的要求特別高。隨著渦輪增壓發(fā)動機的廣泛應用，由于這種發(fā)動機承受的熱負荷較高，對上述的要求會更高。增壓一般指廢氣渦輪增壓，隨著歐1標準和歐2標準中排放標準的執(zhí)行，增壓是必不可少的，所有的載貨汽車發(fā)動機中已形成了從輕型載貨汽車到重型載貨汽車增壓的相關標準。因此，傳動機構上的機械負荷和熱負荷將增加。密封材料和潤滑油將達到所能承受負荷的極限值，如果超過這個允許的極限值，密封將受到損害，從而出現(xiàn)故障。其原因有以下幾點：l 長時間爬坡，且發(fā)動機未得到充分冷卻情況下的過度熱負荷。l 在城市交通及配送運輸中采用過低擋位行駛而引起的過度熱負荷。l

26、發(fā)動機里面油位過低而引起的過度熱負荷，其結果是彈性體變硬，引起泄漏。另外的原因是：另外的原因是：l 由于機油中有異物或機油循環(huán)中強烈的機械摩擦而產生過度的機械負荷。l 由于機油選用不當或未及時換油，在密封邊形成油積炭及油垢沉積，密封機理受到損害，密封材料受到過度的熱負荷。l 由于使用合成的高效潤滑劑產生了化學侵蝕，這種侵蝕對密封材料產生很大的影響(注意使用說明)。其結果是造成密封唇邊和軸的嚴重磨損。 總的來說，隨著發(fā)動機機油溫度的升高，對密封件的化學侵蝕會越來越嚴重，并且由于油位過低及因油道堵塞而造成的軸頸潤滑劑供給不足，會使熱負荷增加。在這種情況下，滑動軸承的使用壽命會大大縮短。密封件沒有直

27、接的機油供給，而是通過向四周噴射的循環(huán)油或油霧進行潤滑。 維修時要仔細裝配密封件，這對保證功能的高可靠性非常重要。密封唇邊不要被銳邊或螺紋劃傷，還必須防止加固板變形。重要的是密封件在安裝孔中安裝位置正確，避免斜置。更換密封件后，密封唇邊不能放在原密封件的運動痕跡上。8.4.2 在變速器內的徑向軸密封環(huán)在變速器內的徑向軸密封環(huán) 變速器通常是手動換擋，一些新型的變速器為半自動或全自動換擋。它們都有兩個地方需要進行密封，其軸徑不同，根據(jù)所掛擋位的不同，具有不同的轉速。表8-5是與徑向軸密封環(huán)相關的數(shù)據(jù)一覽表。 表8-5 變速器中徑向軸密封環(huán)的特性要求 輸入軸 輸出軸軸徑 4065mm 80115mm

28、圓周速度 915m/s 1218m/s旋轉方向 總是右旋 主要是左旋軸/跳動軸偏移 0.2mm機油溫度 110130，短時間出現(xiàn)150；重型載貨車的變速器通常與冷卻循環(huán)相連，以此減小熱負荷 輸入轉矩小或發(fā)動機功率小的變速器通常加入機油或自動變速器油，重型變速器同樣也是如此。在運行中，發(fā)動機功率大的重型變速器采用GL4和GL5發(fā)動機機油潤滑。根據(jù)不同的要求，發(fā)動機機油、變速器油及自動變速器油對密封件的潤滑特性是不同的。對于徑向軸密封環(huán)來說，用發(fā)動機機油比變速器油具有更好的潤滑特性。設計者必須考慮到，與使用循環(huán)油相比，變速器中的密封件在使用變速器油時，由于較高的摩擦損失，在密封唇邊接觸區(qū)會形成較高

29、的過熱溫度。自動變速器主要用于市內公共汽車和工程車上，在自動變速器中，密封裝置還有這樣的輔助任務，即，將在變矩器零部件中的自動變速器油與多擋變速器中的變速器油分開。原則上在該分離點需要2個密封件，因為，徑向軸密封環(huán)由于自身產生的排吸作用，絕對不能將兩種液體分開。自動變速器油不可以與變速器中的機械零部件中的機油混合。自動變速器油承擔著將能量從泵傳遞到變矩器零部件的任務，它被添加了防泡沫添加劑。此外，自動變速器油具有良好的潤滑能力。 考慮到轉速、旋轉方向以及異物，比如說由離合器磨損產生的雜質，對變速器輸入端的軸密封環(huán)的要求要與動力輸出端的曲軸密封相適應。因此，這兩個密封件的密封唇邊及防異物裝置具有

30、相同的結構組成。輸入軸設計成共花鍵軸，可直接插入離合器。這種連接在裝配時要十分小心，這樣才不會造成任何損傷，也不會造成軸偏置。任何損傷都會影響變速器輸入軸上的密封功能。 這里舉一個有趣的例子，我們對橫穿南美安第斯山脈的載貨汽車列車上的重要機組進行溫度測量。測量結果表明，在爬坡和下坡時，在使用西默爾環(huán)的變速器中，機油溫度幾乎穩(wěn)定保持在170，這是由于變速器未與發(fā)動機的冷卻管路相連。 根據(jù)要求，采用特殊結構的徑向軸密封環(huán)，其主要組成部分如8.2.1所述。主要是對密封唇邊的摩擦性能進行了優(yōu)化，并在唇邊上設計了回油螺紋。從外部看，軸為右旋轉，回油螺紋也為右螺旋。附著部位采用全橡膠或局部橡膠的結構形式，

31、以適于靜態(tài)密封。如圖8-8所示，密封件的底部向前，安裝在端蓋上的安裝孔內，端蓋與離合器導向軸套連接在一起。這種裝配方式要求密封件底部外表面具有特殊的棱角結構。8.4.2.1 變速器輸入端密封結構舉例變速器輸入端密封結構舉例圖8-8 帶離合器導向軸套的變速器輸入軸及軸密封件的方案 如果裝配法蘭是鋁制的，由于熱膨脹系數(shù)高，只有當外表面全部采用橡膠結構時，密封件才能在安裝孔內保持可靠的配合。由于離合器導向軸套長，實際上進一步保護了徑向軸密封環(huán)免受外部異物侵入。盡管如此，為了防止細小的灰塵進入，也為了防止離合器磨損，已計劃采用帶單個或兩個防塵唇邊(與軸不接觸)的防雜質密封裝置并串聯(lián)一個迷宮式密封裝置。

32、最好是用無紡布透氣密封墊圈代替彈性防塵唇邊，由于無紡布摩擦系數(shù)小，工作時可與軸接觸。 作為徑向軸密封環(huán)的一個特點，在密封附近輸入端的變速器油經環(huán)形槽泵到旋轉主軸內，并被輸送到重要的潤滑點。通過恰當?shù)慕Y構避免了整個油壓作用到密封件上(圖8-8)。例如，可通過節(jié)流點降低壓力，以致既不會出現(xiàn)密封件缺乏潤滑、也不會出現(xiàn)密封件油壓過高的情況。 在變速器領域，高級氟橡膠適合作為密封的彈性材料，以適應所要求的行駛里程。在載荷特別大或行駛里程特別長的情況下，適于曲軸密封的聚四氟乙烯也是合適的選擇，當載荷小時，可選用耐熱性較低價格便宜的聚丙烯酸脂橡膠作密封材料。 在組裝變速器時，要在花鍵軸上套一個保護套管，這樣

33、不會損壞在法蘭內與離合器導向軸套裝配在一起的徑向軸密封環(huán)的密封唇邊。8.4.2.2 變速器輸出端密封結構舉例變速器輸出端密封結構舉例 變速器輸出端密封的要求 (圖8-9)與變速器輸入端明顯不同： 由于低擋位時轉矩提高，從動軸直徑較大。這樣，在額定轉速相同的情況下，直接擋對應的圓周速度較高。如果最高擋對應增速傳動比，則圓周速度可進一步提高。 旋轉方向可變，當然倒車路程占的比例很小。 輸出端的異物明顯增多，因此需要一個高級的異物密封系統(tǒng)。圖8-9 變速器輸出軸及其可供選擇的軸密封方案 主密封唇邊有回油螺紋，磨擦小。只有當?shù)管嚲嚯x較長時，在兩個旋轉方向下都起作用的回油螺紋才有意義。將8.2.1中所述

34、組成部分結合在一起，即構成合適的防雜質密封系統(tǒng)。采用氟橡膠作為密封材料能滿足使用壽命長及耐磨損的要求。密封系統(tǒng)的選擇不僅要考慮最高的要求，還要考慮所需的件數(shù)。從價格因素考慮必須采取折衷方案。可供選擇的方案有：帶一個防塵密封唇邊的標準結構；帶多個徑向及軸向防塵唇邊的結構；將多個密封串聯(lián)在一起的組合（串聯(lián)布置）。對應軸徑向防塵唇邊有一個朝外的徑向防塵唇邊作為補充。當由于主密封唇邊螺紋而產生真空時，朝外的徑向防塵唇邊打開。軸徑向唇邊工作時或者不接觸軸，或者有排氣口(如孔)，以保持壓力平衡。圖8-10 變速器輸出端的盒式密封 在8.2.3中所述盒式密封同樣適和在變速器中批量使用。其安裝如圖8-10所示

35、，這樣從滾動軸承輸入足夠的機油，有效地導出摩擦熱。為了避免盒式密封件上的兩個組成部分產生軸向張力，安裝空間的形狀應保障工作表面軸向支承在軸環(huán)或滾動軸承內環(huán)上。8.4.2.3 變速器的發(fā)展趨勢變速器的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在人們正在設法延長變速器中的換油間隔期，而高質量的合成變速器油有助于這一目標的實現(xiàn)。前提是對機油進行有效的過濾，因為機械摩擦及機油中的老化產物會使密封唇邊很快磨損。變速器油冷卻器有助于密封的散熱，但由于結構復雜，成本高，現(xiàn)在正試圖放棄這種方案。一般來說，只有在高速公路上快速行駛時，行車風才有足夠的冷卻作用，在其它行駛狀況下，將會產生較高的溫升。如果放棄機油冷卻器的想法真正付諸實踐，那就要

36、對潤滑劑制造商及密封件制造商提出要求。密封唇邊采用聚四氟乙烯、防雜質密封系統(tǒng)采用特殊結構的軸密封環(huán)在發(fā)動機制造中得到了有效的應用，根據(jù)目前的技術發(fā)展水平，其最有可能 代表變速器制造的發(fā)展趨勢。帶自動操縱離合器的變速器有各種各樣的結構形式，并已開始推向市場。就徑向軸密封環(huán)而言，還沒有出現(xiàn)其它的使用情況。減小體積、重量及摩擦磨損的努力也影響到徑向軸密封環(huán)。今后將要求徑向軸密封環(huán)超微型化，盒式密封系統(tǒng)結構緊湊，密封系統(tǒng)附加其它輔助功能，如測轉速、測溫度等。8.4.3 驅動軸及輪轂的密封驅動軸及輪轂的密封 在載貨車傳動系中，軸上的密封屬于承受載荷最大的零部件。輪轂中和主傳動上的密封也是這樣。兩者從里到

37、外都承受著同樣的高負荷，從使用壽命的角度來看，它們是最薄弱的環(huán)節(jié)。盡管密封件是個磨損件，但根據(jù)汽車制造商和車型的不同，軸密封件的使用壽命還是達到500000km1500000km之間，這遠遠超出了20年前的想象。對密封件使用壽命的要求與車輛類型無關，而軸的設計則受車輛類型的限制。一個可靠的防雜質密封系統(tǒng)是至關重要的。8.4.3.1 小齒輪密封小齒輪密封 所謂小齒輪密封通常指主傳動輸入端的密封，它對差速器小齒輪短軸進行密封。由于動載荷大，所以密封很重要。密封件必須能夠克服軸套管區(qū)域的高圓周速度、來自外部的大量異物以及因加入很多添加劑而對密封材料有腐蝕作用的變速器油的影響。當一個軸驅動第二個軸時，

38、在軸的輸出端要采用同相的密封方法進行密封。 因此研制了各種各樣的密封系統(tǒng)，以更好地適應這些關鍵安裝點的要求。每個載貨汽車及軸制造商的觀念起作很重要的作用。與車輪軸承的密封件相比，更要注意的是，這里的密封系統(tǒng)在對異物進行良好密封的同時會有輕微的溫升。多級迷宮式密封系統(tǒng)由防異物密封系統(tǒng)的部件、殼體和離心片組成，具有良好的防雜質密封功能，摩擦功率小。快速旋轉軸上的離心片可作為粗密封。其密封處的密封狀況與變速器輸出端的密封狀況非常相似。 現(xiàn)在，普遍采用的小齒輪軸密封有多種形式： 傳統(tǒng)的徑向軸密封環(huán)，具有價格昂貴的防雜質密封系統(tǒng)，用于傳動法蘭的密封(各種變化形式見圖8-11)。 與軸承組合在一起的密封，

39、帶有防雜質密封系統(tǒng)，占用空間?。?多種結構形式的盒式密封。 大多數(shù)情況下，只有回油螺紋是單螺紋時，才能實現(xiàn)小齒輪所要求的良好密封效果。這里也會出現(xiàn)前面提及的較強的排吸作用，這就是為什么必須避免在密封裝置上產生真空的原因。防塵密封唇邊必須做到，或者帶負壓工作，并不與軸接觸，或者進行排氣。對軸向防雜質密封唇邊的要求是，當產生真空時防雜質密封唇邊可以自動打開。那些縫隙或減壓孔是如此之小，以至于粗微粒和水不能進入，因為用來潤滑的油脂也起到密封作用。 上述觀點同樣適用于盒式密封件。盒式密封件在8.2.3中已作了詳細的介紹。設計者在設計盒式密封件內部零部件時要考慮到，在離合器法蘭插入時， 要支撐在小齒輪軸

40、的圓錐滾子軸承上，以避免盒式密封件的零部件互相擠壓。由于盒式密封件安裝在機油潤滑滾動軸承的旁邊，所以它有足夠的機油導出散摩擦熱。圖8-11 各種各樣的小齒輪密封系統(tǒng) 影響密封選擇的是小齒輪軸結構形式的兩個原則性區(qū)別：在歐洲，小齒輪軸上的驅動法蘭主要采用鋼制并淬火，這樣給小齒輪密封提供了一個合適的相對運動面。與此相反，在美國，小齒輪軸用灰鑄鐵GGG50和GGG60制成，并帶澆鑄而成的用于驅動的萬向軸聯(lián)軸節(jié)，它沒有適合密封相對運動面，因此在此優(yōu)先選用盒式密封件。這種美式特殊結構被稱作支座型 (圖8-12右圖)。圖8-12 安裝在在小齒輪旁(右圖)和在支座旁(右圖)的盒式密封結構圖例8.4.3.2

41、車輪輪轂密封車輪輪轂密封 徑向軸密封環(huán)作為車輪輪轂密封的任務是，一方面防止?jié)櫥瑒妮嗇炏蛲庖绯觯匾氖欠乐雇獠康囊后w流入。近幾年越來越多地使用的高壓凈化器在此起到非常重要的作用，但高壓凈化器的不當使用會引起密封出現(xiàn)問題。軸向和徑向保護唇邊的布置已考慮到了這個發(fā)展趨勢。在使用盤式制動器的車輪上，當制動過程較長時，密封件的熱負荷由于熱傳導和熱輻射作用特別高。 一般來說，密封系統(tǒng)中的保護唇邊越多，對外密封的效果就越好。但由此會產生較大的摩擦及密封系統(tǒng)溫升，這些熱負荷最終會導致彈性體自身損壞。由潤滑劑溫度過高而引起的油垢，沉積在密封唇邊的接觸區(qū)域，從而降低了密封效果。主唇邊和防塵唇邊是主要的熱量制

42、造源，如果安裝時將它們之間的相互距離盡可能拉遠一些，或者用防護性安裝的迷宮式密封和間隙組成一個密封系統(tǒng)來代替軸接觸式防塵唇邊，則可避免上述缺陷。此外，還可以利用組合在一起的離心片的離心力來防止水和異物。清洗汽車時，這種對蒸汽流和高壓水的防護作用受到限制，必須在研發(fā)階段找到合適的方案。 根據(jù)以上經驗，現(xiàn)在已經開發(fā)出了為各種情況量身定做的特殊解決方法，這些解決方法保證了理想的密封性能和使用壽命。由此而產生的產品不可避免地具有種類多樣性、件數(shù)較少和每件產品造價高的特點。 與歐洲市場相反，美國的軸和輪轂設計已達到了較高程度的標準化；在那里，只需15種尺寸的密封就可滿足所有前軸、掛車軸和驅動軸的密封需要

43、。因此，近年來采用專門的盒式密封件，也就是工作表面和防雜質密封都各自組合成一體的密封系統(tǒng)。所有密封件制造商都嚴格遵守內、外徑和寬度尺寸。有關設計和材料的專門知識的深化已不明顯。圖8-13上圖為兩種常見的前軸和圖8-13 車輪輪轂密封后軸車輪軸承密封，下圖為在美國市場上常見的盒式密封系統(tǒng)和組合成一體的軸承密封。 與美國相反，在歐洲，載貨汽車不是“部件組裝汽車”，各載貨汽車制造商將車軸的設計作為核心競爭力對待。軸承和密封件安裝位置的標準化對簡化倉庫管理、方便維修以及降低成本具有重要意義。在美國，對于車軸制造商來說標準化有雙重含義，因為車輪軸承安裝空間也是統(tǒng)一規(guī)定的。車輪軸承、密封件和潤滑可壓制成一

44、個模件，并已作為緊湊軸承或稱作輪轂單元在市場上出售。 在歐洲還沒有出現(xiàn)車輪輪轂密封件安裝空間標準化的趨勢，但已明顯呈現(xiàn)出采用輪轂單元(Hub Units)，特別是在脂潤滑的前軸上采用輪轂單元的趨勢?？梢酝ㄟ^車輪軸承結構空間的統(tǒng)一化來實現(xiàn)標準化。 從密封件制造商的角度來看，根本的區(qū)別在于，需要一個輔助密封件，在車輪轂上的車輪軸承內有個潤滑脂腔，輔助密封件的作用是從內部將這個潤滑脂腔與軸分開： 對非驅動軸，防漏氣 對驅動軸，防漏機油 為了保證模件的使用壽命長，必須繼續(xù)改善車輪輪轂兩邊的密封系統(tǒng)，以滿足不同的要求。表8-6列出軸和車輪軸承的發(fā)展趨勢及采用盤式制動器的影響。表8-6 驅動軸和車輪軸承的發(fā)展趨勢盤式制動器介紹盤式制動器介紹較高的溫度負荷較多的灰塵負荷要求密封件的使用壽命更長，因為在對制動裝置進行維護時，輪轂不必由軸來裝配。標準化車輪軸承系統(tǒng)的發(fā)展趨勢標準化車輪軸承系統(tǒng)的發(fā)展趨勢只有更換制動圓盤時才拆輪轂油脂潤滑高質量的潤滑脂可保證1106km或更長的行駛