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文章出处：知识中心 网责任编纂：洛阳islot游戏 阅读量： 颁发功夫：2021年12月10日
为进一步降低摩擦力矩和削减漏油，NTN开发了汽车变速器用带V形光滑槽密封圈，较通例密封圈摩擦力矩降低60%。
表径为15~60 mm的多种树脂密封圈在汽车变速器(自动变速器、无级变速器等)上使用。为实显禧车的低油耗，这些密封圈要求拥有低摩擦力矩和低漏油机能。为响应这一要求，NTN开发了带V形光滑槽的聚醚醚酮(PEEK)树脂低摩擦力矩密封圈(图1)，并起头批量出产。
图1 低摩擦力矩密封圈
通过流体分析和试验来优化V形光滑槽的数量和状态，进一步降低低摩擦力矩密封圈的力矩。本文介绍了关于低摩擦力矩密封圈力矩降低的流体分析验证了局。
1、密封圈的职能和利用
密封圈装置在变速器的油压回路内相对活动的轴与壳体之间，起到密封作用。当密封圈滑动时，通过密封油的油压将密封圈推向壳体内表表和轴槽侧壁上，并维持油压回路内部的压力。
密封圈必要拥有低摩擦力矩、低漏油机能和高耐磨性。当摩擦力矩降低时，传动效能提高，以实现更高的能源效能。削减漏油使油压泵的效能更高，体积更幼，从而使能源效能更高。为了维持低摩擦力矩和低漏油运行，并实现长使用寿命，密封圈必要耐磨，同时预防密封圈滑动共同件的磨损。
带矩形横截面的NTN通例密封圈的利用如图2所示。由于密封圈与轴槽侧壁的接触面积幼于密封圈与壳体内表表的接触面积，当轴或壳体旋转时，轴槽侧壁的滑动阻力较幼，密封圈在轴槽侧壁上滑动。密封圈与轴槽侧壁是面接触，因而漏油较少。
图2 密封圈的利用
2、低摩擦力矩密封圈
2.1 特点
通过在轴槽侧壁上滑动的密封圈表表设置V形光滑槽，实现低摩擦力矩密封圈的低摩擦力矩和低漏油。密封圈选取在 PEEK树脂中参与特殊增长剂造成的 BEAREEPK5301资料，侧面有注塑成型的V形光滑槽，且对接台阶状态复杂。通过对接台阶的复杂状态削减对接台阶处的漏油。
与NTN通例产品相比，低摩擦力矩密封圈拥有以下特点:
1）摩擦力矩降低达60%;
2）1/10的磨损率;
3）相当的低漏油性。
2.2 光滑槽状态的比力
2.2.1摩擦力矩丈量了局
拥有分歧光滑槽状态和无光滑槽的3种密封圈对比见表1。试验设备示意图如图3所示。通过装置在轴槽上的2个密封圈之间的循环油施加油压并旋转壳体，从而实现摩擦力矩的丈量。
表1 试验密封圈
注：密封圈表径50 mm，厚度1.6 mm，宽度1.5 mm。
图3 试验设备示意图
油压与摩擦力矩的关系如图4所示。将测得的2个密封圈的摩擦力矩除以2得到1个密封圈的摩擦力矩。带V形光滑槽密封圈的摩擦力矩比无光滑槽密封圈(NTN的通例产品)的低60%~70%，比带方形光滑槽密封圈的低20%。
2.2.2 流体分析了局
摩擦力矩降低的原因被以为是V形光滑槽的利用减幼了密封圈与轴槽侧壁的接触面积，改善了滑动表表的光滑。2种状态光滑槽摩擦力矩的差距归因于光滑前提的分歧。流体分析证实了这点。
1个光滑槽流体区域模型的分析了局如图5所示。选取V形光滑槽时，由于流体动力效应，光滑槽一端的油膜压力高。油膜压力产生的轴向力与通过油压将密封圈压在轴槽侧壁上的力方向相反，因而可减幼油压；谷绻捎谘沽Σ，油从光滑槽端部流到光滑槽之间的滑动表表，有助于降低摩擦力矩。另一方面，在V形光滑槽中观察到的高油膜压力在方形光滑槽中观察不到。
图4 油压与摩擦力矩的关系
图5 滑动表表的油膜压力散布
3、通过优化V形光滑槽降低摩擦力矩的验证
3.1 流体分析前提
摩擦力矩丈量了局和滑动表表的油膜压力散布显示，呈此刻V形光滑槽端部的力与由于油膜压力(油膜反作使劲)导致摩擦力矩降低的力方向相反。油膜反作使劲越大，摩擦力矩越低。因而，可以为V形光滑槽数量越多，宽度越宽，油膜反作使劲越大。流体分析证实了这点。
分析用密封圈V形光滑槽的长度、宽度、深度、角度以及间距的界说如图6所示。密封圈尺寸为:表径44 mm，厚度2 mm，宽度2.3 mm；诹魈宸治龆悦芊馊Φ1个V形光滑槽的流体区域建模，并对由于流体动力效应产生的油膜压力进行积分得到1个光滑槽的油膜反作使劲。将该力与槽数的乘积界说为1个密封圈的油膜反作使劲，并进行了分歧前提的比力。需把稳的是，与V形光滑槽的油膜压力相比，密封圈侧面与轴槽侧壁接触区的油膜压力极度幼，可忽略不计。在分析中为便于推算，滑动表表的油膜厚度假定为恒定值5 μm。工作前提设定为：ATF压力0.6 MPa，温度20 ℃，转速1 000r/min。
图6 密封圈的分析(24个槽)
3.2 流体分析了局
3.2.1 V形光滑槽的数量
通过对一侧有12和24个V形光滑槽的密封圈进行流体分析，得到1个密封圈的油膜反作使劲。V形光滑槽的间距一样，12和24个槽的长度变动。槽的角度也一样，但12和24个槽的深度分歧。
带12和24个V形光滑槽密封圈的油膜反作使劲如图7所示。正如所估计的，槽数越多，油膜反作使劲越大。因而，槽数越多，摩擦力矩降低越多。
然而，当槽数增长时，槽间的空格数也增长，这增长了密封圈侧面与轴槽侧壁的接触面积，从而导致摩擦力矩升高。因而，应有最优槽数使摩擦力矩最幼。为证实这点，造作了分歧槽数的密封圈并丈量摩擦力矩。密封圈尺寸为：表径51 mm，厚度2.4 mm，宽度2.3 mm。一侧槽数为12~30。槽间距、槽宽、槽角一样，因而槽长和槽深随着槽数分歧而分歧。丈量前提为：ATF压力1 MPa，温度80 ℃，转速2 000 r/min。
图7 槽数与油膜反作使劲
槽数与摩擦力矩的关系如图8所示。槽数由12向24增长时，摩擦力矩逐步降低，但槽数为30时，摩擦力矩增大。丈量了局与前述概想一致，证明槽数存在最优值。由于槽数受到设计和造作的限度，从而取决于表径，因而，NTN低摩擦力矩密封圈依照表径尺寸分列了最优数量的V形光滑槽。
图8 槽数与摩擦力矩的关系
3.2.2 V形光滑槽的宽度
通过对带宽度为0.2~0.7 mm 的V形光滑槽的密封圈进行流体分析，得到油膜反作使劲。密封圈一侧的槽数为24，除槽宽表，其他尺寸都一样。
槽宽与油膜反作使劲的关系如图9所示。验证了局与估算了局一致，油膜反作使劲随着槽宽增长而增大，但过大的槽宽会导致漏油量增大。因而，必须针对每种情况确定槽宽，要思考轴和壳体的尺寸、偏疼率、密封圈和壳体的磨损量等。
图9 槽宽与油膜反作使劲的关系
3.2.3 V形光滑槽的角度
基于4.2.1节中描述的一侧有24个槽的密封圈，通过增大或减幼V形光滑槽的角度，选取流体分析得到油膜反作使劲。槽间距、槽宽和槽长一样，只有槽角变动而导致的槽深分歧。
槽角与油膜反作使劲的关系如图10所示。在试验的角度领域内，无论槽角若何，油膜反作使劲险些一样。同样地，槽深也没有影响。这些了局批注在V形光滑槽的设计中必须关注槽数，若是槽深和槽角在适当的领域内，则不必要思考。
图10 槽角与油膜反作使劲的关系
3.3 带最优V形光滑槽密封圈的摩擦力矩
丈量了局
基于上面的流体分析优化了V形光滑槽的数量和状态。优化后的带24个V形光滑槽密封圈与3.2节中会商的带12个V形光滑槽密封圈的摩擦力矩对比了局如图11所示。优化后的带24个V形光滑槽密封圈的摩擦力矩比带12个槽的降低了10%~15%。丈量当选用表径45 mm、厚度2 mm、宽度2.4 mm的密封圈进行比力。
图11 油压与摩擦力矩的关系
4、实现语
介绍了关于低摩擦力矩密封圈摩擦力矩降低的流体分析验证了局；诹魈宸治龊褪匝，优化了V形光滑槽的数量和状态，进一步降低了摩擦力矩。低摩擦力矩密封圈的选取进展优良，由于其能响应车辆低油耗的要求。未来将致力于进一步降低摩擦力矩。
在很多领域对能源效能的要求不休提高，将选取流体分析等分析步骤加快开发速度，提高树脂滑动部件的机能。
（参考文件略）
Verification of Torque Reduction for Low Torque Seal Ring by Fluid Analysis
起源：《NTN TECHNICAL REVIEW》
作者：Takuya ISHII等
翻译：侯万果
校对：曾献智
整顿、排版：islot游戏杂志社
轴研所公家号 islot游戏杂志社公家号
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