CN113484176A - 一种油封可靠性验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油封可靠性验证方法，本发明所述的油封可靠性验证方法，其包括如下步骤：S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合；S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，所述设定的试验条件为待测油封的工作温度＞实际使用工况下油封的平均工作温度、待测油封的弹簧刚度＞实际车辆使用油封弹簧刚度、待测油封的初始径向压紧量为＞1.5mm中的至少一种。其能够提高油封可靠性验证效率，提升了油封可靠性验证的可行性。

Description

一种油封可靠性验证方法
技术领域
本发明涉及密封结构领域，具体涉及油封可靠性验证方法。
背景技术
减速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分，通过转轴与输入输出部件进行连接。为了保证减速器中的齿轮结构得到有效的润滑，同时防止减速器里的润滑油出现泄露，需要保证减速器的输入输出轴得到良好的密封。油封作为减速器密封的常用部件，具有结构简单、密封性能好、安装方便等特性，可以有效的将需要润滑的旋转部件与外界隔离的部件。
油封通过唇口与转轴的过盈配合以及弹簧的紧箍力阻止内部油液的流出，从而起到密封的作用。在转轴转动过程中，油封的唇口会与转轴相互摩擦，会对油封造成磨损，影响油封的密封性能。为了验证油封在产品使用寿命内的密封性能，可靠性试验的结果提供了重要的评判依据。然而对于减速器使用的油封，使用寿命大多要求超过十年，如果验证工况没有进行加速和强化，无法进行可靠性试验。
发明内容
本发明的目的是提供一种油封可靠性验证方法，其能够提高油封可靠性验证效率，提升了油封可靠性验证的可行性。
本发明所述的油封可靠性验证方法，其包括如下步骤：
S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合；
S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，所述设定的试验条件为待测油封的工作温度＞实际使用工况下油封的平均工作温度、待测油封的弹簧刚度＞实际车辆使用油封弹簧刚度、待测油封的初始径向压紧量为≥1.5mm中的至少一种。
进一步，所述待测油封的工作温度为120～150℃。
进一步，所述待测油封的弹簧刚度为实际车辆使用油封弹簧刚度的1.5～2.5倍。
进一步，所述待测油封的初始径向压紧量为1.5～4.5mm。
本发明通过设定待测油封的工作温度＞实际使用工况下油封的平均工作温度，温度升高屈服强度下降，从油封的磨损公式中能够得出滑移距离与材料的屈服强度成正比，进而在保持磨损量不变的情况下，提升待测油封的工作温度能够达到同比缩小滑移距离的目的，进一步减少了试验时间，提高了油封可靠性验证效率。同理从油封的磨损公式中得出滑移距离与油封弹簧的刚度和油封的初始径向压紧量均成反比，通过设定待测油封的弹簧刚度＞实际车辆使用油封弹簧刚度、待测油封的初始径向压紧量为＞1.5mm，实现了保持磨损量不变的情况下，提升待测油封的工作温度能够达到同比缩小滑移距离的目的，进一步减少了试验时间，提高了油封可靠性验证效率。
附图说明
图1是本发明所述待测油封的结构示意图；
图中，1—金属骨架，2—橡胶密封体，3—密封唇部，4—弹簧，5—唇口，6—转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
参见图1，待测油封包括金属骨架1和包覆于金属骨架1表面的橡胶密封体2，所述橡胶密封体2上设有密封唇部3，该密封唇部3背面设有弹簧4，正面设有与与试验台上的转轴6过盈配合的唇口5。
油封的唇口与转轴接触，在转轴的旋转过程中，由于摩擦力的作用会对唇口造成磨损，磨损量在油封的使用过程中会不断增加，最终造成油封的可靠性失效。为了验证油封的可靠性，需要对油封单体进行可靠性验证试验，按照当前车辆可靠性要求，即使按照最高转速持续运行油封单体的可靠性验证试验仍需要持续1700小时，约为70天。为了更进一步缩短试验的周期，提升油封可靠性验证的效率，我们需要对试验工况进行强化。
油封的可靠性失效模式主要为磨损失效，磨损理论认为两个光滑表面接触作用，其真实接触面存在于大量微米级的微凸起上，由于局部应力集中，微凸起会发生塑性变形。
对于两个相互接触的微凸面，假设接触面所受的法向载荷为F，磨损距离为S，材料的屈服强度为σs，磨损的体积为ΔV，通过Archard黏着磨损定律，得到
Figure BDA0003129659400000021
其中：ks为黏着磨损常数，与材料的种类有关。
由此可见，对于油封结构，唇口的磨损量与磨损距离、接触面的法向压力和材料的屈服强度有关。其中，法向压力F与油封的法向弹簧刚度有关，也随着磨损量变化，则磨损量与磨损距离呈线性关系。
基于以下两个假设推导得到油封的磨损公式：
假设条件一：油封磨损属于微量变形，整个过程中认为弹簧的刚度K为常量，则根据胡克定律得到法向压力F与油封压紧量h0的关系表示为：F＝K·h0，K为油封弹簧的径向刚度。
假设条件二：油封的微观磨损量假设为半球结构，则磨损量ΔV与油封压紧量的变化值Δh之间的关系表示为：Δh＝0.519*ΔV1/3。
基于以上两个假设推导出发生磨损后油封与转轴接触面所受的法向载荷Fn表示为：
Fn＝K·(h0-0.519ΔV1/3)。
将该表达式代入Archard模型，得到油封的磨损公式为
Figure BDA0003129659400000031
考虑到材料的屈服强度会随着温度的变化而变化，公式进一步表示为：
Figure BDA0003129659400000032
在推导出的油封的磨损公式中，滑移距离与转轴的转速和时间有关，能够通过调整磨损公式中的参数变量，在保持磨损量ΔV不变的情况下，缩短滑移距离，以达到减小验证时间的目的。
实施例一，一种油封可靠性验证方法，其包括如下步骤：
S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合。
S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，所述设定的试验条件为待测油封的工作温度为150℃。从油封的磨损公式中能够得出滑移距离S与材料的屈服强度σs(T)成正比，油封实际使用的工况温度为T1，将试验温度提升至T2，则油封材料的屈服强度由σs1减小为σs2，在保持磨损量ΔV不变的情况下可以将试验时间缩短为原来的σs2/σs1，使可靠性工况得到了强化加速。
油封的橡胶密封体2的材料为氟橡胶，它在不同温度下的物理机械性能变化较大，在150℃以内，随着温度的上升材料的屈服强度快速降低，在温度高于150℃后材料的屈服强度随温度的升高而降低地较为缓慢。通过大数据分析，用户实际使用工况下油封的平均工作温度为60℃，可靠性的试验将工作温度设置为150℃，相比于60℃材料的屈服强度缩小为原来的0.2倍，在保证所验证设计寿命不变的情况下将试验时间由1700小时缩短至340小时，试验周期缩短了约57天，大大提升了油封可靠性验证的效率。
实施例二，一种油封可靠性验证方法，其包括如下步骤：
S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合。
S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，所述设定的试验条件为待测油封的弹簧刚度为实际车辆使用油封弹簧刚度的2倍。从油封的磨损公式中能够得出滑移距离S与油封弹簧的刚度K成反比，通过试验工装改变油封弹簧的刚度，也可以实现在保持磨损量ΔV不变的情况下达到同比缩小移动距离的目的，进一步减少可靠性验证的时间，提高了验证效率。
油封的弹簧多为钢制弹簧，其刚度会随着材料硬度的增加而增加，为了对可靠性工况进行强化，对进行可靠性试验的油封弹簧进行特殊工艺处理来提升材料的刚度，如淬火等，或直接更换硬度更高的弹簧材料进行试验，通过设定待测油封的弹簧刚度为实际车辆使用油封弹簧刚度的2倍，则能够在保证所验证设计寿命不变的情况下将试验时间缩短一半至850小时，提升了验证效率。
实施例三，一种油封可靠性验证方法，其包括如下步骤：
S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合。
S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，设定的试验条件为待测油封的初始径向压紧量为3.5mm。为了防止漏油，油封在与转轴配合后处于压紧状态，设计初始径向压紧量为1.5mm，从油封的磨损公式中可以得出滑移距离S与油封的初始径向压紧量h0成反比，通过增大与油封接触的转轴的轴径来增加油封的初始径向压紧量，也能够实现在保持磨损量ΔV不变的情况下可以达到同比缩小移动距离的目的，进一步减少试验的时间。
本发明基于磨损理论推导出了油封的磨损公式，并基于该推导公式提出了三种油封可靠性工况强化加速的方法，为油封可靠性试验工况的制定提供了重要的依据，进一步提升了油封可靠性试验的可行性。实际在进行对油封的可靠性进行验证试验时，可根据实际情况采用上述三种强化方法中的一种或多种，从而达到油封可靠性工况的强化加速，缩短油封的可靠性试验验证周期。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种油封可靠性验证方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将待测油封装夹固定于试验台上，待测油封的唇口与试验台上的转轴过盈配合；
S2，在设定的试验条件下进行磨损试验，所述设定的试验条件为待测油封的工作温度＞实际使用工况下油封的平均工作温度、待测油封的弹簧刚度＞实际车辆使用油封弹簧刚度、待测油封的初始径向压紧量为≥1.5mm中的至少一种。
2.根据权利要求1所述油封可靠性验证方法，其特征在于：所述待测油封的工作温度为120～150℃。
3.根据权利要求1或2所述油封可靠性验证方法，其特征在于：所述待测油封的弹簧刚度为实际车辆使用油封弹簧刚度的1.5～2.5倍。
4.根据权利要求1或2所述油封可靠性验证方法，其特征在于：所述待测油封的初始径向压紧量为1.5～4.5mm。
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