节温器总成密封失效故障分析及优化设计.pdf

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1、节温器总成密封失效故障分析及优化设计王康崔权王艳军(上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804)【摘要】针对某小型汽油机在试验中出现的节温器总成泄露故障，全面分析可能导致失效的影响因素，逐一排查，并建立有限元模型加以分析，结合实验数据，提出优化方案加以改进，最终通过对比试验，确认优化措施得当，改进效果显著，有效解决了泄露问题。【Abstract】Aimingataleakofthermostatofasmallgasolineenginehappenedintesting，thefactorst

2、hatmayleadtothefailurearecomprehensivelyanalyzedandinvestigatedonebyone，andafi—niteelementmodelisestablishedtogetsomeresultsandcomparewithexperimentaldata．Thenoptimi—zationschemeisproposedtoimprovedesign．Ultimatelyoptimizationmeasuresarevalidatedtobere—m

3、arkable，andtheleakageproblemsareeffectivelysolved．【关键词】节温器汽油机汽车doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2011．06．120引言1故障原因排查某小型汽油发动机，在试验过程中出现节温1．1质量因素器总成泄露故障。故障总成共由4个零件组成：故障诊断通常首先要排查制造／装配因素。节温器罩壳、密封圈、螺栓及衬套。经检验，该节温器总成涉及的零件均不存在生产为正确找出故障原因，做鱼刺图(如图1)。质量问题，装机过程中也未见故障，因此，

4、节温器总成密封失效原因可排除质量因素。1．2设计因素安在排除质量因素后，设计因素成为了下一步工作的重点。如图1所示，设计因素可分为两个大的方面：密封圈设计和节温器罩壳设计。这两个大的方面涵盖了诸多影响因素，所涉及的影响因素均需逐一排查。1．2．1密封圈图1节温器总成泄露原因鱼刺图该密封圈材料为三元乙丙橡胶(EPDM)，是乙收稿日期：2011—03—02上海汽车2011．06·45·烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。EPDM玻纤，一定程度上提高了罩壳刚度，但刚度是否已是密度最小、颜色最浅、成本较低的新

5、品种。耐化足够尚待查证；学稳定性很好(仅不耐浓硝酸)，耐臭氧及耐候性·衬套长度略低于设计经验值，在一定自然优异，电绝缘性突出，耐热可达150c【=，耐极性溶剂时效后可能会导致螺栓夹持力丢失，需改进；但不耐脂肪烃及芳香烃。其他综合物理力学性能·罩壳形状设计复杂，需借用FEA手段考察仅略次于天然橡胶而优于丁苯胶。缺点是硫化缓罩壳在工作状态下的真实变形，待查。慢、粘着性差⋯。最终排查具体结果见表1。发动机节温器内冷却液温度通常在120oC以表1失效原因排查表下。有关研究表明，EPDM具有较好的耐过热水性排查项

6、生产装材料密封圈螺栓罩壳螺栓罩壳能，但与所用硫化系统密切相关。如以二硫化二配质量选择截面设计力矩材料衬套变形吗啡啉、TMTD为硫化系统的乙丙橡胶，在125℃排查不可排不可排f缺陷，不可排结果排除排除除排除过热水中浸泡15个月后，力学性能变化甚小，体，待查除，待查需整改除，待查积膨胀率仅0．3％。通过复查密封圈试验后样件，并未发现橡胶材料失效，因此可以排除密封圈材2有限元分析料选择不当的可能性。通常，类似于节温器总成的密封条件，O型圈建立节温器总成有限元模型，采用Abaqus／是较好的选择，但是由于该密封

7、圈空间形状复杂，Standard作为求解器，考察节温器罩壳及密封圈在O型圈难以满足生产要求，故将密封圈横截面设工作状态下的真实变形。计成图2所示形状。2．1模型介绍有限元模型如图3所示，包括：节温器罩壳、衬套、螺栓、橡胶密封圈以及缸盖上的安装法兰部分。密封圈位于缸盖和节温器罩壳之间，衬套嵌入在节温器罩壳螺栓孔内。由于要考察螺栓上紧过程中密封圈的接触和变形情况，因此初始模型中，缸盖和节温器罩壳法兰面之间留有一定间隙，该间隙等于密封圈安装初始高度。为了得到准确的密封圈变形，密封圈应采用比较细密的网格，这图2

8、密封圈截面状样既能保证密封圈不致过刚，又可以避免计算过在试验样件复查过程中，未发现密封圈褶皱程中密封圈网格变形过大导致发散。现象，该密封圈形状具有较好的适应性；通过测量，发现橡胶密封圈残余高度不足，因此不排除尺寸不当引起失效的可能性。1．2．2密封面设计密封面的设计影响因素较多。密封面压紧力和螺栓预紧力、衬套制造公差、罩壳材料选择以及罩壳刚度等因素均影响到密封面保持密封性能的能力。经分析可知：·安装螺栓预紧力符合常用螺栓预紧力设图3节温器总