新能源混動變速箱的清潔度檢測

殷曉旦

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車分公司）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，零部件的設(shè)計(jì)精度越來越高，工程師對零部件的質(zhì)量要求也越來越高，尤其是新能源汽車零部件。零部件清潔度是保證汽車性能和可靠性的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，和傳統(tǒng)零部件制造相比，很多新能源汽車的零部件都是在無塵、無靜電的環(huán)境下進(jìn)行裝配的，比如電池、電子電控箱等，這樣能夠更好地保證系統(tǒng)的清潔度。但是，很少有廠家選擇使用無塵車間來裝配新能源的變速箱，這就給清潔度的控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)絕大部分汽車主機(jī)廠以及零部件廠參考的清潔度標(biāo)準(zhǔn)為ISO 16232[1]以及VDA 19[2]。文章以這2個標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，論述了新能源混動變速箱的清潔度檢測方法。

1 清潔度檢測的目的

清潔度檢測的目的是為了盡可能地識別出生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的，以及運(yùn)輸、儲存過程中沾染的污染物。零部件清潔度是指零部件內(nèi)外表面在經(jīng)過有效清潔后殘留污染物的總質(zhì)量或殘留污染物顆粒的數(shù)目。當(dāng)殘留的污染物達(dá)到一定程度時會嚴(yán)重影響系統(tǒng)或零部件的功能，因此需要對零部件進(jìn)行清潔度控制。零部件清潔度通常設(shè)定為一個控制上限而非一個公差范圍，超過控制上限并不一定導(dǎo)致零部件出現(xiàn)功能失效，但是會大幅度提升零部件失效的風(fēng)險(xiǎn)，而發(fā)生問題的概率取決于零部件自身對于污染物的敏感性。零部件出現(xiàn)的功能失效包括：軸承和滑動面的堵塞、閥的卡滯、過濾器或噴嘴的堵塞、觸點(diǎn)短路等，如圖1所示。

圖1 清潔度導(dǎo)致的功能失效示例

2 新能源混動變速箱的清潔度檢測規(guī)范設(shè)定

清潔度檢測規(guī)范的設(shè)定需要通過3個步驟：1）定義系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件；2）確定單件清潔度的限值；3）確定系統(tǒng)清潔度的限值。在定義關(guān)鍵零部件的過程中，主要考慮零部件的構(gòu)造特點(diǎn)（例如：間隙、孔徑等）以及可能的失效模式（例如：類似的系統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)庫等），并且需要對標(biāo)目前行業(yè)內(nèi)的加工情況以及清潔水平。

清潔度的限值分為2個部分：質(zhì)量以及顆粒度大小。對于系統(tǒng)質(zhì)量限值來說，因?yàn)檎麄€系統(tǒng)只允許一定數(shù)量的雜質(zhì)，所以系統(tǒng)質(zhì)量限值為系統(tǒng)所有零部件的質(zhì)量之和。一般情況下，越大的零部件引入系統(tǒng)的雜質(zhì)越多，所以，單零部件的清潔度的限值可以通過表面積的面積比來得出，即零部件與系統(tǒng)的雜質(zhì)比等于零部件與系統(tǒng)的面積比。

對于系統(tǒng)顆粒度限值而言，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部是相互連接的，所以系統(tǒng)中對顆粒最敏感的組件的顆粒度限值為系統(tǒng)中所有組件的顆粒度限值的最低要求。比如，在一個液壓系統(tǒng)中，如果某個單向閥的顆粒度要求為300μm，超過這個大小的顆粒會使單向閥卡滯，那么對于液壓系統(tǒng)以及其組件的顆粒度要求也必須為不能有大于300μm的顆粒。顆粒的分級定義應(yīng)從50μm開始，通常50μm以上的顆粒才能在標(biāo)準(zhǔn)測試中測出。

除非有特殊說明，清潔度限值都來自零部件的總表面沖洗所獲得的雜質(zhì)。所謂零部件總表面是指零部件內(nèi)表面和外表面之和，而內(nèi)表面是和工作流體相接觸的關(guān)鍵表面(除非有特殊說明，通常指油道)。

以某混動變速箱總成為例，清潔度檢測規(guī)范如表1所示。

表1 某混動變速箱清潔度檢測標(biāo)準(zhǔn)

3 新能源混動變速箱的清潔度檢測方案選擇

區(qū)別于其他直接的檢測方式，清潔度檢測需要一個提取污染物的過程。根據(jù)零部件尺寸、形狀、材料和具體位置的不同，需要選擇不同的檢測方案如表2所示。

表2 清潔度檢測方法選擇示例

新能源混動變速箱內(nèi)部大零部件基本都采用噴洗的方式進(jìn)行清潔度檢測（注意電機(jī)總成在噴洗后需要報(bào)廢處理），個別極小的零部件需達(dá)到一定的數(shù)量級后使用超聲波檢測方式。對于冷卻水管以及存在貫通水道的模塊則使用沖洗的清潔度檢測方式。

在檢測方式確定后，還需進(jìn)行衰減試驗(yàn)。檢測方式的有效程度決定了零部件的清潔度水平是否被正確評價，而衰減試驗(yàn)是用來證明采用的清洗方式以及各項(xiàng)參數(shù)能否把全部可脫落的雜質(zhì)顆粒最大程度地提取下來。

衰減試驗(yàn)的具體步驟是通過對零部件進(jìn)行重復(fù)清洗，來確定每次提取到的雜質(zhì)是否逐漸減小，如圖2所示。如果在衰減曲線上的某一點(diǎn)提取到的雜質(zhì)是之前所有提取到的雜質(zhì)的10%，如公式1所示，即證明檢測方式正確有效。這個點(diǎn)之前所有點(diǎn)的檢測合集即為完整的清潔度檢測方案，此方案至少能夠清洗掉90%的雜質(zhì)。如果一直得不到正確的衰減曲線，則需要對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整（關(guān)鍵參數(shù)見表2）。注意，如果零部件在清洗過程中遭到腐蝕或破壞，也可能會造成衰減曲線結(jié)果不穩(wěn)定。另外，對于雜質(zhì)含量特別低的零部件，也可能很難展現(xiàn)出衰減曲線，此時需要改變測量方案，比如提高測量樣機(jī)的數(shù)量來達(dá)到清潔度檢測效果的驗(yàn)證。

圖2 清潔度檢測衰減曲線圖

4 新能源混動變速箱的清潔度檢測方法

清潔度檢測即通過對測試樣品進(jìn)行清洗，以及收集清洗測試樣品后的清洗液，通過過濾設(shè)備收集沉淀物，稱重并記錄沉淀物總質(zhì)量及進(jìn)行顆粒物分析的操作方法，大致步驟見圖3。

圖3 清潔度檢測步驟

圖3 中，中間3個步驟最為重要：1）提取顆粒：通過清洗介質(zhì)從零部件表面帶走顆粒物，提取方式基于檢測對象的特征而定；2）過濾顆粒：通過選用適當(dāng)?shù)臑V膜來截取清洗介質(zhì)中的顆粒物，濾膜的選擇需要依據(jù)檢測對象的清潔度規(guī)范；3）顆粒分析：根據(jù)相關(guān)特性來分析顆粒的質(zhì)量以及大小數(shù)量級。

清潔度檢測工作必須在干燥、清潔和安全的室內(nèi)進(jìn)行。保持檢室溫20～24℃，相對濕度45%～65%。所有取樣工具和盛放測試樣品的容器均應(yīng)清洗干凈，目測無異物。

清潔度檢測涉及測試設(shè)備包括但不限于：電子顯微鏡、濾膜、超聲波清洗機(jī)、帶有溫度計(jì)的烘干箱、分析天平（分度值≤0.1 mg）、帶有可清洗并可排疏的不銹鋼沖洗收集槽的清洗機(jī)、干燥器、真空泵或真空過濾設(shè)備、過濾漏斗、量杯、清洗瓶。

零部件的清潔度檢測可能存在將外部雜質(zhì)引入到分析結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。所以檢測前需進(jìn)行空白紙?jiān)囼?yàn)，來保證清潔度檢測系統(tǒng)的可靠性。一般通過噴淋以及沖洗的方式，用清洗液徹底沖洗設(shè)備內(nèi)壁，經(jīng)真空泵以及干燥后的空白濾膜過濾所有的清洗液，最后測量空白濾膜的質(zhì)量。通?？瞻字挡荒艹^待檢測零部件所要求的雜質(zhì)質(zhì)量的10%。如超過該要求，則必須對清洗設(shè)備重新清洗并再次進(jìn)行系統(tǒng)清潔度測試，直至系統(tǒng)清潔度小于空白值要求，方可進(jìn)行后續(xù)測試。

下面以某新能源混動變速箱為例，具體的清潔度檢測步驟為：

1）準(zhǔn)備空白的過濾膜，將濾膜放入清洗液中浸泡后取出，用鑷子夾取，置于清潔后的培養(yǎng)皿中，放入烘箱內(nèi)烘干，之后放入干燥器中冷卻。將干燥后濾膜連帶培養(yǎng)皿一起用分析天平稱重，記為G1；

2）將混動變速箱總成運(yùn)至密閉房間或者試驗(yàn)室中，打開放油螺栓，收集殘油至清潔的量杯中；

3）將總成拆解為散件及小總成。注意拆解過程需佩戴干凈無紡布手套、使用干凈拆解工具，避免引入二次污染；

4）按照順序?qū)⒉鹕⒑蟮牧悴考湃肭逑床?，使用圓形噴射流分別噴淋各個小總成。如無特殊要求，外露零部件，如連接螺栓、開關(guān)、傳感器等無需進(jìn)行拆解清洗；暴露在箱體外部的齒軸、軸端和端蓋等外表面無需進(jìn)行清洗；

5）清洗零部件所有的加工內(nèi)表面、孔、溝槽及其他功能重要的位置；

6）附著在零部件上的殘屑（如在殼體內(nèi)的）應(yīng)通過觀察，用鉤子（無磁性）挑落收集于清洗液中；

7）將量杯中的油與清洗液1:1混合，倒入清洗槽；

8）將量杯口朝下，用噴槍對其內(nèi)部進(jìn)行沖洗，并將殘留在里面的清洗液倒出；

9）打開清洗機(jī)沖洗清洗槽內(nèi)壁，同時用噴槍對清洗槽壁從上到下進(jìn)行掃射式?jīng)_洗；

10）從過濾設(shè)備上移出濾膜。在烘箱內(nèi)烘干取出，放入干燥器中冷卻后，置于分析天平上稱重，記為G2；

11）計(jì)算質(zhì)量清潔度G=G2-G1；

12）用顯微鏡(或自動顆粒計(jì)數(shù)器)對最大顆粒尺寸進(jìn)行觀察并記錄；

13）可根據(jù)變速箱總成情況，將要沖洗的小總成分批單獨(dú)檢測，最終按照匯總數(shù)據(jù)評價總成清潔度。

5 結(jié)論

文章通過對清潔度檢測的研究，總結(jié)了新能源混動變速箱清潔度檢測的一般方案以及實(shí)際操作方法。通過文章可以快速制定新能源混動變速箱的清潔度檢測規(guī)范，也可以為后續(xù)研究新能源三電系統(tǒng)零部件清潔度檢測提供參考。