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新能源減速器PTFE高速油封的開發應用

2020-04-14
梁學禮
(長城汽車股份有限公司技術中心;河北省汽車工程技術研究中心)
   【摘 要】:受能源危機和環境保護等多重因素影響,目前全球新能源汽車發展迅速,新能源較傳統動力的顯著區別就是是驅動電機的高轉速,與之而來的技術難題就是傳動系統如何滿足高轉速要求。本文重點介紹新能源減速器的高速油封(PTFE)的創新開發及應用,從而解決了新能源高速油封的開發難題。
  新能源電驅動的發展方向是高轉速、小型化、集成化,目前很多電驅動總成集成化&小型化設計方案是同軸電橋(即電驅動的動力輸入和輸出在同一軸線上,半軸需從電機軸和減速器輸入軸中心中空穿過),減速器輸入軸軸徑加大,對應油封唇口直徑增大,則油封的最大線速度遠超傳統橡膠油封的極限水平(傳統油封線速度的極限約<20m/s,而同軸電橋的輸入軸油封線速度約30-40m/s)。油封的高速性能成為新能源電驅動發展的技術瓶頸。
  1 PTFE高速油封的創新開發應用
  通過行業不斷創新實踐,最終高速油封有了跨界的解決方案——PTFE(聚四氟乙烯),PTFE高速軸封原來大量成熟應用于工業壓縮機及航空航天事業,PTFE材料具備以下優點:
 ?、俪瑥姷目够瘜W性能;②極端的工作溫度(-50℃至200℃);③能承受40m/s線速度(強化后可達100m/s);④低摩擦,壽命長,可以在潤滑不足或無潤滑情況下運行。
  PTFE高速油封的缺點是價格貴,其大約是同尺寸規格的橡膠油封價格的10倍左右。
  PTFE高速油封已經成功應用于歐洲一款高性能的新能源同軸電驅動橋上。目前全球也僅有歐洲3家供應商具備生產PTFE高速軸封的能力。
  國內新能源市場也開始探索開發同軸電驅動橋,并且也陸續開始引入PTFE高速油封。相信在不久的將來,FTFE高速油封在國內新能源汽車領域將會大量開發應用。
  2 PTFE高速油封的產品介紹
 ?、佼a品結構與成型工藝:PTFE區別于傳統油封的生產加工工藝,傳統油封主要是硫化成型,PTFE油封各部件主要是機加工成型。主唇密封結構由PTFE棒料經機床加工成圓環性薄片,外殼和內圈為金屬材料由模具沖壓成型。大致如圖1。
主唇的成型工藝如圖2。
油封組件工藝大致如圖3。
  由于PTFE油封核心部分都是機加工成型,所以其具備尺寸可定制式設計和試制周期短等優點。在產品設計和驗證上都具有很大優勢。
 ?、赑TFE油封匹配設計的注意事項:
  1)軸/軸套表面粗糙度:Ra0.2um為最佳,可接受值不超過Ra0.4um。
  軸的推薦加工方式:徑向磨削加工,減小軸向泄露紋路。無泄露路徑定義為:+/-0.05度。
  具體定義如圖4所示。
  2)軸的硬度:>60HRC;可接受范圍:>55HRC。
  3)軸的圓度“OOR”:<=2個凸邊時,OOR<0.005mm;>2個凸邊時,OOR<0.0025mm。
  軸跳:<0.05mm。
  具體定義如圖5所示。
  4)孔的粗糙度:Ra0.8um為最佳,可接受值不好過Ra1.6um。
  5)孔的圓度“OOR”<0.05mm。
  具體定義如圖6所示。
 ?、塾头庋b配注意事項:
  1)外圈與殼體過盈壓裝,因為金屬與金屬過盈壓裝,為防止壓裝鐵屑產生,可以于外圈涂抹潤滑油便于裝配,壓裝完成后在外圈與殼體結合面外側可以打密封膠,防止外圈工作后滲油;
  2)內主唇與軸裝配時,注意導正,且要注意軸端倒角處是否有尖角毛刺,裝配到位處軸位是否有軸向可辨劃痕,防止油封裝配和工作時劃傷。
  與軸配合到位后,可在與軸配合處均勻涂抹潤滑脂,保證初期潤滑,降低主唇初期磨損,從而大大提高PTFE油封壽命。
 ?、躊TFE高速油封試驗驗證及注意事項。
  1)PTFE高速油封根據開發進度可以先安排零件單體試驗,注意油品及油線位置要與總成狀態一致,試驗轉速要與整車輸入吻合;
  2)電驅動總成臺架試驗:模擬整車極限高速工況,極限油溫工況,運轉整車高速耐久的里程,試驗過程中可以于總成樣箱油封附件外殼開孔,便于觀察試驗過程中是否油封有漏油、滲油等失效;
  3)試后分析:如試驗正常進行完成后,拆解油封后,觀察主唇是否有異常變形或磨損,可用投影儀測輪廓,用卡尺測主唇厚度等數據分析。
  3總結
  綜上:簡要介紹了PTFE高速油封在新能源汽車的減速器油封的應用開發注意事項,并介紹了PTFE的生產工藝及優缺點。
  目前新能源市場發展迅猛,而PTFE油封又能解決更高線速的的技術難題,相信在不久的中國新能源市場,PTFE高速油封一定會快速應用并大量推廣,也相信中國的新能源汽車一定會走在世界的最前列。
來源:《內燃機與配件》2019年07期