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节温器总成密封失效故障分析及优化设计 王康，蒲大宇，崔权 （上海汽车集团股份有限公司乘用车分公司，上海201804 ） 摘要：本文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，并运用 Abaqus/Standard 作为主要工具，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。 1 引言 某小型汽油发动机，在试验过程中出现节温器总成泄露故障。故障总成共由 4 件零件组成：节温器罩壳、密 封圈、螺栓及衬套。 为正确找出故障原因，做鱼刺图如下： 密封面设计 衬 套 设 计 不 安装螺栓预紧力设计不 节温器罩壳形状设计 节温器罩壳材料选用不 节温器总成 泄露 密封圈材料不佳 零件生产缺 密封圈截面 密封圈尺 形状设计不 装配缺陷 寸设计不 密封圈设 质量因素 图 1-1 节温器总成泄露原因鱼刺图 2 故障原因排查 2.1 质量因素 故障诊断问题通常首先要排查制造/装配原因。经检验，该节温器总成涉及的零件均不存在生产质量问题，装 机过程中也未见故障，因此，节温器总成密封失效原因可排除质量因素。 2.2 设计因素 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 1-1 所示，设计因素可分为两个大的方面：  密封圈设计；  节温器罩壳相关设计。 以上两个大的方面涵盖了诸多影响因素，如图 1-1 示，所涉及的影响因素均需逐一排查。 2.2.1 密封圈 该密封圈材料为三元乙丙橡胶（EPDM ），是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，其最主要的特性就 是具有优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力，并具有极好的硫化特性。 发动机节温器内冷却液温度通常在 120degC 以下。有关研究表明，EPDM 具有较好的耐过热水性能，但与所 用硫化系统密切相关。如，以二硫化二吗啡啉、TMTD 为硫化系统的乙丙橡胶，在 125℃过热水中浸泡 15 个月后， 力学性能变化甚小，体积膨胀率仅 0.3% 。通过复查密封圈试验后样件，并未发现橡胶材料失效，因此可以基本排 除密封圈材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 型圈是较好的选择，但是由于该密封圈空间形状复杂 ，o 型圈难以 满足生产要求，故将密封圈横截面设计成图 2- 1 所示形状 。 图 2-1 密封圈截面状 在试验样件复查过程中 ，未发现密封圈褶皱现象，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。 2.2.2 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计，未见不当 ，可排除 ；  节温器罩壳材料为 PA66 ，并添加一定比例玻纤，一定程度上提高了罩壳刚度 ，但刚度是否已足够尚待查证 ；  衬套长度略低于设计经验值 ，在一定自然时效后可能会导致螺栓夹持力丢失 ，需