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将橡胶防尘罩改用TPE-E设计

时间: 2011-07-06 13:00 来源: 作者: 点击:
CVJ防尘罩位于汽车驱动轴的周围,用于保护联轴器,防止外部环境的侵袭。缩小CVJ防尘罩的尺寸是降低驱动轴系统成本的一种重要方式。本文主要讨论CVJ防尘罩的尺寸缩小。

防尘罩一般有两种:内侧防尘罩和外侧防尘罩(也称为CVJ防尘罩)。这两种防尘罩以及驱动系统中使用的其他保护性成型件(波纹管)的典型位置如图1所示。CVJ外侧和内侧防尘罩周围的环境条件如图2所示。

CVJ防尘罩需要能够耐受路上的泥浆和污垢所产生的极端磨蚀性的运行条件,还需要在极端温度条件下能够保持高度的挠性,以适应汽车可能发生的大角度急转弯。最低温度可能达到-40℃,使密封罩遭受极大的弯曲力,而弹性体材料不应当变脆,否则就可能导致故障。在测试中与CR相比,TPE-E具有较高的硬度,因而采用TPE-E的CVJ防尘罩将具有非常重要的设计差异。

汽车工业的一个典型的需求就是每年降低系统成本至少3%~ 5%。系统成本的降低可以采用各种方式。在一个驱动轴组件中,影响成本结构的因素有多种。当采用钢作为主要部件时,钢的费用对成本的影响占据着最高的整体百分比。第二重要的成本构成是护套(CVJ防尘罩)周围的润滑脂的费用。润滑脂的费用是波动的,与主导油价及期望的润滑脂质量(合成的还是天然的)有关。为了降低本系统的成本,有一种选择是降低材料的费用。但是,通过缩小波纹管的尺寸可以得到更大的收获,因为这样既可以降低塑料的费用(使用的材料减少),又可以相应地减少所需润滑脂的量。缩小尺寸的关键在于设计,需要保证该应用的所有机械要求得到满足。

最初,当CVJ防尘罩由橡胶转变为TPE-E时,这些防尘罩的设计相对较大,为的是补偿TPE-E密封罩的较高的硬度(93肖氏A),使它与较软的CR橡胶(70肖氏A)的弯曲性能相匹配。如果未做设计变更的话,缩小尺寸将会自动使防尘罩变硬。通过改变防尘罩的壁厚,可以达到期望的设计变更。但这将要求制造防尘罩的机器能够处理更多数目的控制点。(有关吹塑技术,请访问www.ossberger.com)。

缩小尺寸的另一个关键问题在于防尘罩内侧的轴接触。尽管设置了润滑,但这种类型的轴接触一般还是会造成一个较高位置的波纹面发生故障。

挑战在于在轴接触的风险与防尘罩最低可能的容积之间寻找一个良好的平衡,因为这样可以降低TPE-E和润滑脂的量,从而切实地降低成本。

改用TPE-E防尘罩设计的另一个关心领域是外侧波纹面区域的极端摩擦。一般来说,该区域会遭受很高的磨蚀。对于CR橡胶防尘罩来说,这并不是一个严重的问题,因为它对润滑脂的阻挡性能差,里面的润滑脂可以快速地通过防尘罩,而在表面上形成润滑剂。但DSM的Arnitel TPE-E等材料具有较高的润滑脂阻挡性能,不允许润滑脂穿过,从而造成外部波纹面区域发生摩擦和热量积聚,引起防尘罩性能变差,进而发生故障。

解决方案在于选择适当的防尘罩内的润滑剂、开发提高外表面润滑性质的方法、选择适当的生产防尘罩的材料。有一些共聚酯TPE-E等级,如DSM的Arnitel EB464-01,可以通过调节材料的物理性质从而防止表面上过度的磨蚀和热量积聚。

即将到来的挑战在于汽车操纵系统转弯角度的增大。如果转弯角度从目前的43~46度增大到50度,则防尘罩材料中的应力将会大大增加。由于缩小尺寸的连续作用,这种影响还将进一步放大。在这里,核心的挑战是寻找和开发新的材料,改进设计观念,克服防尘罩波纹面中增大的应力。(end)

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