重型液力自动变速器常用密封元件

杨超+王颖

摘 要：密封是液力变速器面临的难點之一，不同的部件需要的密封能力、密封压力、工作速度和温度不同，本文介绍几种重型液力变速器中常用的密封件。

密封的概念是非常广泛和多义的，因此密封的形式也多种多样，主要作用是阻止两个表面之间因为存在间隙而形成的泄漏。

液力自动变速器能够正常工作取决于液压回路能够保持设计的油压，而保持油压是基于液压回路良好的密封。在油压较高的离合器、电磁阀、控制回路等需要密封，在油压较低的润滑油路和油底壳也需要很好的密封，避免油液向外部泄漏，影响正常工作液位、污染环境。同时防止外部水汽和杂质进入变速器内部。

密封件的形状、尺寸多种多样，所采用的材料也不尽相同。密封件的选用主要基于以下因素：

a）密封件应用场合，是否用于运动部位（往复运动、旋转运动）；

b）工作介质及压力和温度范围，零部件的工作速度；

c）绝对密封或非绝对密封。非绝对密封是指控制油压，允许微量泄漏，微量泄漏的油液用于润滑运动部件。绝对密封是指一段时间内绝对禁止流体泄漏；

d）经济性，主要包括密封件本身的成本，安装和维护的经济性。

以下介绍几种重型液力变速器常用的密封件：

1. 唇形密封圈

唇形密封属于自封式紧密封，多种多样，共同点：均有唇缘，并以唇缘尖部紧贴密封面阻止液流通过，起到密封效果。唇形密封圈对密封面的作用力随着液体介质压力增大而增大，使之唇缘与密封面更紧密贴合，密封性进一步增强。唇形密封圈按截面形状可分为Y形圈、U形圈、C形圈、蕾形圈等。

1.1 Y形圈

Y形圈主要用于离合器活塞，吸油泵等这些运动部件。此类部件多为往复运动或少量旋转运动。油压作用到密封件上，使密封件紧密的与密封表面接触，起到良好的密封效果。此类密封在圆周方向上是弹性的，这一优点是其能更好的用于离合器的活塞上，其可在一定程度上补偿两零件由于同轴度及自身圆度在圆周表面上形成的间隙变化。

1.2 旋转密封

变速器上高速旋转的轴类零件必不可少，例如输出轴、输出法兰、变矩器泵轮毂处等。诸如此类位置的密封就需要旋转密封件，又称为油封。目前采用较多的为骨架油封，结构紧凑，骨架与橡胶一次压制而成。油封唇口内径略小于轴径，装配后有一定过盈，唇口较窄，一般为0.5mm或更窄。有时为弥补橡胶材料对轴径的收缩力不足，会在唇口上缘加装弹簧，加强油封抱轴力，克服轴在旋转状态下因摇摆、跳动造成的间隙。油封一般起到对内封油对外防尘的作用。

2 密封环

重型液力自动变速器在商用车上有着广泛的应用，其换挡的操作都是靠流体推动活塞进行的。旋转件间的密封成为变速器设计中的一个重要问题。

因旋转件转速相对较高，在设计中采用O形密封圈会被很快磨损。目前国内外采用较多的是密封环密封。密封环的密封原理为在流体流入端冲击密封环侧面和内径面。对密封环的一侧和内径面上形成压力。在压力作用下，密封环与零件的侧面和圆柱面贴合，起到密封作用。密封环工作原理，如下图所示。

理想状态的密封环工作方式为，密封环的侧面与固定部件贴合紧密没有相对旋转。但工作中密封环在旋转部件的带动下，会相对固定部件存在相对转动。即便在贴合紧密后没有相对转动，在贴合的开始阶段也是存在相对转动的。为减少磨损，在实际应用中此处采用流体润滑，密封环的产品在侧面会设置有润滑油的油道，这些油道的形状多种多样，形状的不同造成密封性能也不一样。

密封环是带开口的环，其接头（开口）形式也多种多样，大致分为平型接头，钩型接头、斜型接头、双L接头、双T接头等。

平型接头用于便于安装的设计。上述的其他接头形式属于自锁型接头，自锁型接头在装入到密封区域之前密封环接头处锁止，主要用于安装空间狭小，安装困难的部位。

密封环的原材料主要有金属和尼龙。采用金属的密封环成本相对较高，尼龙的密封环相对较软，容易被金属零件划伤，金属颗粒也会嵌入到尼龙里，因此要求低泄漏的密封设计不采用尼龙材料的密封环。对与检查失效的密封环，尼龙材料的密封环难以发现，金属密封环则便于发现，且不会被划伤。

3 O形密封圈

O形密封圈顾名思义，形状是截面为圆形的环形密封件。O形密封圈原材料主要为弹性材料，此外还有聚四氟乙烯（PTFE）及其它热塑性材料，空心和实心金属。其密封原理是主要靠材料的压缩变形使密封材料与被密封件紧密贴合，密封流体，来起到密封作用。

O形密封圈应用的压力和温度范围广、便于维护、安装需要空间小、低成本，此外为避免一些较大安装扭矩会造成薄壁类零件失效，此类零件的密封可选采用O形密封圈。

O形密封圈的初始压缩量对于密封性能的影响非常关键，初始压缩量可以确保密封功能的实现，补偿加工误差，补偿压缩变形，在动密封中还可以起到补偿磨损的作用。O形密封圈能广泛的用于静态密封和动态密封，但两者的压缩率不同，根据应用场合的不同其初始压缩量推荐值分别为：动密封6-20%，静密封15-30%。

在压力作用下的O形密封圈会发生不规则变形，与其接触的零件表面不允许出现划痕、凹坑、沟槽、径向或螺旋状的刀痕（加工痕迹）。且对于动密封结合其零件表面质量应高于静密封结合的零件表面质量。

选用O形密封圈应充分考虑安装时候避免划伤，使用温度，以及与液压油的相容性，确保长期在油液浸泡的情况下不会失效。

结论

液力自动变速器工作油压一般不会超过4Mpa，属于低压范围。上述介绍的密封件主要用于离合器、输出轴、油泵等位置上的密封件，此外在例如油底壳和壳体之间的连接面其位置基本为零油压，经常用到纸垫（钢垫）密封，本文未对纸垫做介绍。密封环和油封均用到旋转件的密封，不同的是密封环只防止油液泄漏，油封则内防油外防尘，所以油封经常应用于变速器的两端部位。