變速箱總成的密封性要求及檢測方法

魏子云

摘 要：首先介紹了氣體泄漏量的檢測方法及其檢測原理，通過理論推理及計算獲取到泄漏量的計算公式，計算出變速器氣密檢測時其泄漏量的大小、差壓的數(shù)值等。以發(fā)生滲油的某變速器總成為例，驗證了變速器內(nèi)腔壓力與充氣時間是決定氣密試驗參數(shù)的重要數(shù)據(jù)，并且通過反復(fù)試驗驗證得到了新的氣密試驗參數(shù)及各參數(shù)的合理性，新的氣密參數(shù)大大降低了變速器總成發(fā)生滲油、漏油的概率。

關(guān)鍵詞：泄漏量;差壓式檢漏法;氣體密封性

1 引言

密封性又稱氣密性、泄漏率，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對密封產(chǎn)品的質(zhì)量及性能要求也隨之提高，因此對于密封產(chǎn)品的檢測手段要求也越來越嚴(yán)格。對于變速器來說，氣密性的好壞可直接影響變速器總成的質(zhì)量，因此在其生產(chǎn)過程中，具有嚴(yán)格的密封要求，以保證其氣密性。當(dāng)前國內(nèi)外對汽車系統(tǒng)氣密性的檢測，主要是采用氣體作為檢測介質(zhì)，以氣體壓力變化為基本原理進行測量。因此，差壓式氣密檢測技術(shù)作為一種適用性較廣的檢測方法被越來越多的應(yīng)用到生產(chǎn)及檢測現(xiàn)場，對此檢測方法的深入研究具有重要意義。

2 差壓式氣密泄漏檢測方法

2.1 差壓式檢漏法

差壓式檢漏方法是將壓縮氣體同時充入被測零件與標(biāo)準(zhǔn)容腔內(nèi)，保持一定時間，通過壓力傳感器檢測壓力的變化，將這種變化與標(biāo)準(zhǔn)樣件（密封性完好）在同樣工況條件下的壓力值進行比較，以判斷被測物是否存在泄漏。通過檢漏儀器根據(jù)壓力的變化定量地檢測出被測物的氣密性檢測是否合格。該方法測試效率高，不受主觀因素影響，而且測試后不需要對工件進行處理。因具有可執(zhí)行性好、更易辨別密封性、不損傷污染工件、測試過程易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，實際生產(chǎn)中已得到普遍的應(yīng)用[1]。

2.2 差壓檢漏法的檢測原理

壓差檢漏法的整個工作過程包括四個階段：充氣階段、穩(wěn)壓平衡階段、檢測階段、排氣階段。充氣階段：通過調(diào)壓閥設(shè)定系統(tǒng)測試壓力為P，測試氣體充滿檢漏儀內(nèi)部氣路、被測物與基準(zhǔn)容腔內(nèi)，充氣階段時間的具體長短需依據(jù)檢測工況進行相應(yīng)調(diào)整。穩(wěn)壓平衡階段：被測物與基準(zhǔn)容腔形成了兩個獨立的密閉空間。平衡閥關(guān)閉后需經(jīng)一段時間，壓力穩(wěn)定后才能進行精確檢測。檢測階段：該過程目的是檢測差壓傳感器輸出，由于泄漏產(chǎn)生的壓降在測試壓力附近與時間近似成比例，故可測量出一定時間內(nèi)壓差的變化值，從而判斷被測物是否泄漏。排氣階段：檢測完成后，兩個容器內(nèi)氣體通過排氣閥排出，完成一個檢測周期[2]。

3 氣體泄漏量計算

3.1 氣體泄漏量的計算

實際生產(chǎn)應(yīng)用中，需要將壓差檢測儀測得的差壓轉(zhuǎn)化為泄漏量值，以判斷被測物泄漏情況，因此，需要計算待測件的氣體泄漏量。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，容器內(nèi)氣體的壓強會因氣體的泄漏而降低，假設(shè)檢測充入氣體壓強為p0，環(huán)境溫度不變的前提下，基準(zhǔn)容腔內(nèi)無泄漏，而待測件存在泄漏現(xiàn)象;現(xiàn)設(shè)定檢測儀初始充入壓力值為p0，待測件容積為V0，待測件產(chǎn)生泄漏，一段時間t后，氣體體積增加到V0+△v，壓力下降為p0-△p，根據(jù)氣體狀態(tài)方程可得[3]：

3.2 泄漏量與時間的關(guān)系

測試氣體充入時，氣體與管壁及容腔內(nèi)部發(fā)生摩擦，氣體分子間也有摩擦導(dǎo)致大量熱量產(chǎn)生，氣體溫度升高，壓力升高。測試壓力較高時，充氣過程產(chǎn)生的壓縮熱越多，充入氣體的溫度變化越大，不確定因素對檢測結(jié)果的影響越明顯[2]。

平衡和檢測時間參數(shù)與被測物的體積、泄漏大小有關(guān)，適合的檢測參數(shù)才能確保檢測結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性。為了保證差壓在最佳測量范圍，降低充氣過程、平衡過程氣體動力學(xué)及熱力學(xué)的變化，需等待氣體穩(wěn)定后方可進行測量，檢測時長不能太短;為滿足實際生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率，測試周期又要盡可能縮短，因此，制定合理的檢測參數(shù)非常有必要。

4 某變速器總成氣密檢測參數(shù)的確定

4.1 某變速器總成的泄漏量計算

目前變速器總成氣密性檢測的方法有很多，有水檢法、肥皂液涂抹法、氣密探測法等，用氣體泄漏檢測法檢測變速器總成泄漏情況是目前最佳方法，變速器生產(chǎn)行業(yè)普遍使用這個方法。實際生產(chǎn)變速器總成氣密檢測時主要參數(shù)指標(biāo)包括：充氣壓力、充氣時間、保壓時間、測試時間以及允許泄漏量。變速器總成的氣密參數(shù)設(shè)計之初會依據(jù)經(jīng)驗先鎖定一版數(shù)據(jù)，實際生產(chǎn)后最終仍以試驗方法決定最終的參數(shù)值。

現(xiàn)以某款電動車變速器總成為例，介紹其氣密檢測參數(shù)的制定過程及并驗證參數(shù)的合理性。電動車變速器總成體積較小、質(zhì)量較輕、內(nèi)部零件數(shù)量偏少，一般其氣密檢測標(biāo)準(zhǔn)為：總成輸入壓力0-50kpa，泄漏率在30-50cc/min。本文中所述的變速器總成體積Ve為6.606L，氣密檢測參數(shù)初步定為：充氣壓力25kPa，充氣時間5s，氣壓平衡+檢測時間20s，測試過程中，壓降≤16Pa，泄漏量約為20 cc/min。在變速器總成開發(fā)階段使用該氣密檢測參數(shù)檢測泄漏量符合技術(shù)要求，同時采用水密檢測復(fù)檢，未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氣泡，但是在臺架試驗過程中發(fā)現(xiàn)變速器總成存在滲油現(xiàn)象。為解決滲油問題，需提高氣密出廠檢測規(guī)范要求，將泄漏量要求由20cc/min提高至10cc/min，同時對其他氣密檢測指標(biāo)逐一驗證合理性。

對滲油變速器總成進行反復(fù)氣密檢測，當(dāng)測試壓力為25kpa時，壓降實測：13-14pa（泄漏量≈18cc/min），當(dāng)把測試壓力提高后，壓降與泄漏量變化很大，測試壓力為35kpa時，壓降實測：22-23pa（泄漏量≈28cc/ min）。對比測試結(jié)果，并結(jié)合變速器腔體工作壓力，以及生產(chǎn)節(jié)拍要求，將測試壓力鎖定為35kpa。

充氣壓力不變，將充氣時間由5s改為10-15s，避免充氣時間過短造成腔內(nèi)氣壓未達到指定壓力，通過測試發(fā)現(xiàn)同一變速器總成測得的泄漏量值差異很大;充氣時間為13s時，泄漏量值變化非常小，故最終鎖定充氣時間為13s。

采用充氣壓力35kPa、充氣時間13s的參數(shù)，變更平衡+檢測時間，發(fā)現(xiàn)泄漏量變化并不明顯，故認(rèn)為目前的20s檢測要求較為合理。

綜上，最終鎖定氣密檢測參數(shù)為：充氣壓力35kPa，充氣時間13s;氣壓平衡時間10s，檢測時間10s;測試過程中泄漏量 < 10cc/Min。

根據(jù)2-1公式計算，得出對應(yīng)的壓降△p：

10=6606*△p*60/（1.1013*105*10）

計算得出壓降（差壓）△p=27.8Pa，四舍五入后，壓降最終鎖定為28pa。

針對新氣密參數(shù)的合理性的檢測通過如下措施進行反復(fù)驗證：校驗臺加載運轉(zhuǎn)2小時 ，靜止24小時，觀察無滲油;水密檢測，觀察無氣泡。

4.2 小結(jié)

通過反復(fù)試驗驗證過程可以看出，充氣時間、檢測時間與變速器內(nèi)腔壓力是影響氣密結(jié)果的主要因素。通過調(diào)整充氣壓力，加強了總成氣密檢測的敏感性;通過調(diào)整充氣時間，增長了腔內(nèi)氣體平衡時間，以降低氣密檢測的不確定性;通過調(diào)整測試時間，提高氣密檢測的準(zhǔn)確性，新的氣密參數(shù)大大降低了變速器總成發(fā)生滲油、漏油的概率。

5 總結(jié)

文章首先介紹了氣體泄漏量的檢測方法及其檢測原理，然后通過理論推理及計算獲取到泄漏量的計算公式，從而計算出變速器做氣密檢測時其泄漏量的大小、差壓的數(shù)值等。然后以發(fā)生滲油的某變速器總成為例，驗證了變速器內(nèi)腔壓力與充氣時間、檢測時間是決定氣密試驗參數(shù)的重要數(shù)據(jù)，并且通過反復(fù)試驗驗證得到了新的氣密試驗參數(shù)及各參數(shù)的合理性。新的氣密參數(shù)大大降低了變速器總成發(fā)生滲油、漏油的概率。

參考文獻：

[1]周虎軍.汽車燃油系統(tǒng)的氣密性和通氣性檢測，畢業(yè)論文，2004.

[2]曾成洲.基于壓差原理的泄漏檢測方法研究及系統(tǒng)開發(fā)，畢業(yè)論文，2012.

[3]劉春，王興.一種典型檢測儀的氣密性檢測原理[J]。液壓與氣動，2008（12）：20-23.