變速器總成密封性試驗(yàn)

1、變速器總成密封性試驗(yàn)王玲生南亞變速箱廠摘要本文較完整地?cái)⑹隽俗兯倨骺偝擅芊庑栽囼?yàn)的兩種方法氣密法和浸水法，研究了漏氣和漏油以及時(shí)間的關(guān)系，提出氣密曲線無(wú)泄漏區(qū)的概念，指出變速器總成工作時(shí)的內(nèi)腔壓力是引起漏油的重要原因，內(nèi)腔壓力高于無(wú)泄漏區(qū)壓力時(shí)，總成必然漏油?？偨Y(jié)了氣密參數(shù)確定的原則和方法并以本廠總成為例加以說(shuō)明，計(jì)算了水密封試驗(yàn)中漏氣量和氣泡量的定量關(guān)系，認(rèn)為密封性能檢查時(shí)，氣密法比浸水法好，浸水法應(yīng)只用來(lái)尋找泄漏點(diǎn)。關(guān)鍵詞密封性能試驗(yàn)氣密試驗(yàn)浸水試驗(yàn)干空氣粘度泄漏曲線臨界曲線無(wú)泄漏區(qū)變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力漏氣與氣泡泄漏點(diǎn)汽車(chē)變速器在使用中不應(yīng)有漏油甚至滲油現(xiàn)象，出廠前必須進(jìn)行檢查，現(xiàn)在一般都

2、采用氣密封試驗(yàn)或浸水試驗(yàn)，氣密封試驗(yàn)的方法是先封閉所有可能出氣口，通入規(guī)定的無(wú)水壓縮空氣，切斷氣源后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，檢查漏氣情況。浸水法，是先堵住出氣口，輸入無(wú)水壓縮空氣，在不斷氣源的情況下，浸入水池中，觀察氣泡情況；浸水試驗(yàn)還有一個(gè)目的，是在氣密試驗(yàn)中已查處有泄漏時(shí)，找出泄漏點(diǎn)。下面分別討論兩種方法。1氣密封試驗(yàn)氣密封試驗(yàn)的規(guī)范值目前國(guó)內(nèi)外所有汽車(chē)制造廠家均采用這種試驗(yàn)方法，列舉幾家汽車(chē)廠的試驗(yàn)規(guī)范見(jiàn)表1：表1氣密封試驗(yàn)規(guī)范廠家IBEZA西班牙PALLIO土耳其IVECO南京NJ1020（試行）南京EAGLE英格爾測(cè)試氣壓500毫克0.153bar0.25bar25KPa500毫克測(cè)試時(shí)間6

3、S2S6S6S6S允許泄漏5毫克6毫克40Pa4KPa5毫克我廠生產(chǎn)的英格爾汽車(chē)是由西班牙引進(jìn)的產(chǎn)品，變速器總成氣密試驗(yàn)參數(shù)采用西班牙IBEZA汽車(chē)的參數(shù)。從上表內(nèi)容看，似乎各個(gè)廠家使用的參數(shù)差異很大，是否各變速器生產(chǎn)廠對(duì)漏氣和漏油之間的定量關(guān)系各有看法？也有人說(shuō)大批生產(chǎn)的的變速器總存在少量漏氣，絕對(duì)一點(diǎn)不漏氣難以做到，也不利于生產(chǎn)，因?yàn)橛秃蜌庑再|(zhì)不一樣，漏氣不一定漏油，為此先對(duì)這兩種物質(zhì)作一簡(jiǎn)易介紹。壓縮空氣和潤(rùn)滑油我們使用的空氣應(yīng)該是不含水分的空氣，也就是是干空氣，干空氣的部分性能和組成成分見(jiàn)表2表2表3可以看出，兩種物質(zhì)共有特性為粘度，故只列出兩種物質(zhì)的其余部分性能。這里只在粘度上加以討

4、論?？諝夂陀鸵粯樱鲃?dòng)時(shí)其分子間的摩擦阻力稱(chēng)為粘度，作為一種流體，其粘度只受溫度變化的影響，而壓力變化對(duì)其影響很小。從這兩表中比較油的粘度比空氣大得多，是空氣的10多倍。粘度試驗(yàn)中，其運(yùn)動(dòng)粘度在溫度為t時(shí)計(jì)算公式為：v-C-tt式中vt運(yùn)動(dòng)粘度mm2/sC粘度計(jì)常數(shù)mm2/stt試樣的平均流動(dòng)時(shí)間s表2干空氣的組成成分和部分性能組成成分%兀素N2O2ArCO2其它體積組成78.0320.930.9320.030.078重量組成75.523.11.280.0460.074性能項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)粘度（1000C）2.38(cst)潤(rùn)滑油部分技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3：表3機(jī)械變速器潤(rùn)滑油部分技術(shù)要求性能項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)粘度（1

5、00。C）13.524.0(cst)成溝點(diǎn)-350C銅片腐蝕1級(jí)橡膠相容性抗銹蝕上式說(shuō)明，粘度和流動(dòng)時(shí)間成正比，粘度越大，通過(guò)相同的泄漏點(diǎn)時(shí)，流動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。于是，我們可以說(shuō)在相同壓力下，變速器漏氣必然漏油，只是空氣泄漏表現(xiàn)快，而油表現(xiàn)得慢些，這也是用空氣來(lái)檢查變速器泄漏的原因。那么為什么所有國(guó)家氣密試驗(yàn)時(shí)都允許一定的泄漏值那？漏氣與時(shí)間為找出這個(gè)關(guān)系，以我廠生產(chǎn)的變速器做試驗(yàn)，經(jīng)多次試驗(yàn)可得到如圖1、圖2所示曲線，圖1的試驗(yàn)方法：固定輸入測(cè)試氣壓，當(dāng)內(nèi)腔氣壓表顯示達(dá)到該值時(shí)切斷氣源，考察漏氣情況，用不同泄漏量的總成可得到不同的曲線。圖1圖2圖2的試驗(yàn)方法：固定泄漏量即用同一個(gè)總成，用不同的輸入

6、測(cè)試氣壓，當(dāng)總成內(nèi)腔達(dá)到測(cè)試氣壓時(shí)切斷氣源，觀察泄漏情況，也可得到不同的曲線，但圖中各曲線最終會(huì)重合成一條。實(shí)際上是一條曲線的左右移動(dòng)。圖1、圖2都顯示，壓力越高漏氣越快，隨時(shí)間延長(zhǎng)越來(lái)越緩慢，而趨于平行于時(shí)間軸的直線也就是不再泄漏，我們把這一段叫做無(wú)泄漏區(qū)。從兩圖中還可以看到，泄漏量一定時(shí)其泄漏曲線是唯一的。不難想象，當(dāng)變速器一定時(shí)，即內(nèi)腔容積固定，如果已知變速器工作時(shí)的內(nèi)腔壓力，可以從圖1曲線族中找到泄漏的臨界曲線，其無(wú)泄漏區(qū)壓力等于變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力，當(dāng)測(cè)試某變速器總成的氣泄漏曲線在臨界線以上時(shí)，該總成不會(huì)漏油，在臨界曲線之下必定漏油。這是變速器漏氣與漏油的定性關(guān)系?？梢赃@樣說(shuō)變速器工

7、作時(shí)能產(chǎn)生多大壓力呢？從設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，為防止?jié)B漏，希望變速器內(nèi)腔工作壓力越小越好，所以我廠設(shè)計(jì)的變速器總成出氣孔不用壓力彈簧頂出氣孔蓋，是靠迷宮式出氣結(jié)構(gòu)，能出氣而不會(huì)漏油。對(duì)于用彈簧頂住出氣孔蓋的變速器，顯然內(nèi)腔壓力大于彈簧力時(shí)才能出氣，如何設(shè)計(jì)出氣孔結(jié)構(gòu)，不是本文討論范圍。測(cè)定變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力我廠變速器設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)腔和外界的空氣通道無(wú)阻擋，那么內(nèi)腔壓力是否能做到零呢？實(shí)際生產(chǎn)中不能每臺(tái)做到，這是由于潤(rùn)滑油，清潔度以及各零件制造誤差，工作時(shí)的高溫，都可能使內(nèi)腔壓力升高，大多總成質(zhì)量較好，其內(nèi)部壓力會(huì)做到零。找出正常工作時(shí)內(nèi)腔可能產(chǎn)生允許的最高壓力這是比較難做的試驗(yàn)，對(duì)我廠變速器做的5臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如

8、表4：表4變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力被測(cè)總成輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分加載力矩N-m時(shí)間分檔位溫升C內(nèi)腔壓力毫巴1#500020154100202#450020124800+3#42000234900+4#500020204900+5#45000304900+被測(cè)總成(1#)運(yùn)行約10分鐘在溫升到60OC時(shí)，內(nèi)腔壓力開(kāi)始產(chǎn)生，表針抖動(dòng)，后基本保持在20毫巴處擺動(dòng)。其余總成均未測(cè)到內(nèi)腔壓力值，是否可以用計(jì)算的辦法解得內(nèi)腔壓力值，假定出氣口被堵塞且無(wú)泄漏，按查理定律，在容積不變的條件下，氣體狀態(tài)變化時(shí)，其壓力與絕對(duì)溫度T成正比。P1/Tl=P2/T2，當(dāng)變速器溫升由0C升到90C時(shí)，可解得內(nèi)腔壓力為329毫巴，這顯

9、然是不實(shí)際，故一般采用試驗(yàn)法。1.5氣密試驗(yàn)參數(shù)確定綜上所述，一般氣密試驗(yàn)參數(shù)確定仍以試驗(yàn)方法決定，參數(shù)選擇的原則如下：試樣，由于容積大小直接影響壓力變化的快慢，而變速器內(nèi)腔復(fù)雜，齒輪、撥叉等零件又占據(jù)空間，模擬其實(shí)際容積很困難，通常以實(shí)物做試驗(yàn)。由變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力決定臨界曲線的無(wú)泄漏區(qū)壓力。實(shí)際取用時(shí)無(wú)泄漏區(qū)壓力一定要大于變速器工作內(nèi)腔壓力，一般取3倍。由生產(chǎn)節(jié)拍決定測(cè)試氣壓的高低，測(cè)試氣壓高，相同時(shí)間內(nèi)壓降變化大，測(cè)量結(jié)果精確，生產(chǎn)節(jié)拍快。在滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求前提下，測(cè)試氣壓不能無(wú)限取高，以利試驗(yàn)機(jī)元件選#，同時(shí)避免損壞總成。按這個(gè)原則，以我廠變速器總成進(jìn)行氣密試驗(yàn)參數(shù)確定為例，進(jìn)一步說(shuō)

10、明以上原則的應(yīng)用。由上節(jié)知本變速器工作時(shí)最高內(nèi)腔壓力為20毫巴，因?yàn)闇y(cè)試數(shù)量有限，剛裝成的總成內(nèi)部較清潔，故取臨界曲線的無(wú)泄漏區(qū)壓力為70毫巴。按我廠生產(chǎn)節(jié)拍為50秒，氣密試驗(yàn)機(jī)為人工上下料，節(jié)拍分配：上、下料30秒，自動(dòng)夾緊5秒，充氣10秒，測(cè)試時(shí)間只能為5秒，試驗(yàn)結(jié)果：測(cè)試壓力應(yīng)為500毫巴，這是下限值，低于這個(gè)壓力就不能滿足生產(chǎn)節(jié)拍。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5、表6，表中數(shù)據(jù)是在測(cè)試時(shí)間為1000秒之內(nèi)的數(shù)值，表5為無(wú)泄漏標(biāo)準(zhǔn)總成數(shù)據(jù)，表6為總成泄漏曲線無(wú)泄漏區(qū)壓力為70毫巴的數(shù)據(jù)，圖3是這兩組參數(shù)的描點(diǎn)圖，圖中上一條曲線為標(biāo)準(zhǔn)總成泄漏曲線，是一條略?xún)A斜直線，這是因?yàn)橄到y(tǒng)泄漏的原故。下一條曲線為表6

11、數(shù)據(jù)，非常清楚地描述了漏氣情況，當(dāng)其變化的斜率與上一條標(biāo)準(zhǔn)總成斜率一致時(shí)，我們認(rèn)為已達(dá)到不泄漏的狀況，壓力剛好為70毫巴。這是一條我廠總成泄漏值為下限時(shí)的曲線。表5標(biāo)準(zhǔn)無(wú)泄漏總成試驗(yàn)參數(shù)壓力：毫克時(shí)間：秒壓力時(shí)間壓力時(shí)間壓力時(shí)間壓力時(shí)間5008450245400550350855490394403164905913409514801054303543806763351000470139420429370720460208410470360809表6臨界無(wú)泄漏區(qū)壓力為70毫克的總成試驗(yàn)參數(shù)壓力：毫克時(shí)間：秒壓力時(shí)間壓力時(shí)間壓力時(shí)間480034011520027547063301231902894

12、6014320134180304450193101411703154403030015516033743036290166150348420452801761403724104927018313038540062260198120413390672502061104283807824022210046037086230230904773609422024780518350103210256705401.6氣密試驗(yàn)小結(jié)用氣密試驗(yàn)檢查變速器泄漏情況是目前最佳方法，各國(guó)變速器生產(chǎn)廠都使用這個(gè)方法。變速器工作時(shí)內(nèi)腔壓力是決定氣密試驗(yàn)參數(shù)的重要數(shù)據(jù)，若我們把這個(gè)壓力稱(chēng)為臨界壓力的話，那么在臨界壓力以下變

13、速器漏氣必定漏油，測(cè)試壓力一定要高于這個(gè)壓力，究竟高到什么程度是由生產(chǎn)節(jié)拍來(lái)決定的，生產(chǎn)節(jié)拍快，測(cè)試壓力就高。另外表1中各種變速器使用參數(shù)表面上不一樣，其實(shí)只看表中參數(shù)在不了解其總成的體積、工作時(shí)內(nèi)腔壓力等數(shù)據(jù)時(shí)不宜下結(jié)論，也無(wú)法評(píng)定，但參數(shù)制定的原則及方法是一致的02水密封試驗(yàn)水密封試驗(yàn)就是浸水法，這種試驗(yàn)簡(jiǎn)單直觀，但不易操作，很難根據(jù)氣泡情況進(jìn)行判斷，例如我廠變速器一差速器總成技術(shù)條件密封性檢查中浸水法規(guī)定：將壓力為2125KPa之濾水壓縮空氣平緩送人總成內(nèi)，在不斷氣的情況下將總成浸入具有防銹功能的水中，經(jīng)10秒鐘后應(yīng)無(wú)明顯氣泡溢出。何為不明顯?這就很難定量判斷。泄漏氣量和氣泡為便于討論，

14、仍用上述氣密封試驗(yàn)的參數(shù)，即測(cè)試氣壓500毫巴，測(cè)試時(shí)間6秒，允許泄漏5毫巴，分兩種情況進(jìn)行分析。在不切斷氣源條件下觀察氣泡觀察氣泡時(shí)，氣壓保持在500毫巴，因?yàn)闅饷芊庠囼?yàn)是切斷氣源后，氣壓允許降低5毫巴，那么一直保持在500毫巴壓力時(shí)，允許泄漏量是多少?在相同時(shí)間內(nèi)當(dāng)然應(yīng)大于切斷氣源的泄漏量，但這個(gè)值很難計(jì)算。因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間很短，允許泄漏量又很少，計(jì)算時(shí)總是假定在測(cè)試時(shí)間內(nèi)，變速器內(nèi)腔壓力下降時(shí)所損耗的氣量來(lái)計(jì)算，這實(shí)際上是切斷氣源條件下的氣泡量。本人根據(jù)長(zhǎng)期試驗(yàn)情況，認(rèn)為在密封性能檢查時(shí)，應(yīng)以切斷氣源為好，在觀察氣泡的同時(shí)，還可以參看壓力表的變化情況。切斷氣源條件下觀察氣泡根據(jù)波義耳定律，在

15、溫度不變的條件下，氣體狀態(tài)變化時(shí)，其壓力P與體積V成反比：piv1=p2v2，體積大壓力變化就小，在氣密試驗(yàn)時(shí)，強(qiáng)調(diào)試樣內(nèi)腔容積就是這個(gè)原因。我廠變速器總成試驗(yàn)參數(shù)：內(nèi)腔容積V1=480000mm3輸入氣壓P1=500毫巴=50000Pa允許損耗后氣壓P495毫巴=49500Pa那么VP4800000495001=2=VPV50000212可得允許損耗后體積V=4848484mm32則體積應(yīng)變化AV=V-V=4848mm321AV48484單位時(shí)間壓縮空氣損耗量Q=8080mm3/st6t測(cè)試時(shí)間壓縮空氣損耗量換算為自由空氣損耗量的計(jì)算公式為Q二Q（P+P）/PZdd式中Q每秒自由空氣損耗量m

16、m3/sZQ每秒壓縮空氣損耗量mm3/s一般取0.1MPa）P工作壓力MPaP大氣壓力0.1033MPad所以Q=8080（0.04975+0.1）/0.1=12099mm3/s式中工作壓力P取測(cè)試壓力均值P=（P+P）/212若以直徑為3毫米的氣泡數(shù)溢出泄漏總成，可形成的氣泡數(shù)量應(yīng)為3氣泡體積V=兀d3=14.12mm3球6則X二Q/V二855（個(gè)/秒）Z球不同直徑氣泡與氣泡數(shù)量見(jiàn)表7，該表對(duì)試驗(yàn)者判斷總成性能有一定幫助。表7每秒鐘不同大小的氣泡與數(shù)量直徑（mm）345678數(shù)量（個(gè)）8553611841066745*測(cè)試壓力500毫巴，泄漏5毫巴2.3氣泡圖相法類(lèi)似于金屬金相圖，攝影成冊(cè)各

17、種泄漏情況形成氣泡圖集，以幫助操作者判斷總成性能好壞，但這項(xiàng)工作周期長(zhǎng)，拍攝難度較大，各種泄漏情況復(fù)雜，除有泄漏量大小還有單點(diǎn)泄漏和多點(diǎn)泄漏情況，并且拍攝環(huán)境、水的透明度、燈光等都會(huì)使攝影失敗。但氣泡圖法直觀方便，有利于試驗(yàn)者操作。2.4水密試驗(yàn)小結(jié)水密試驗(yàn)不如氣密試驗(yàn)，大批量檢查變速器密封性能時(shí)，一般不采用。但水密試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，小批量單件生產(chǎn)時(shí)，是較理想的試驗(yàn)方法。密封性能檢查時(shí)，以切斷氣源觀察氣泡為好。從氣密試驗(yàn)討論結(jié)果可知壓力在無(wú)泄漏區(qū)以上總成必然漏氣，必定有氣泡溢出，且試驗(yàn)壓力取得高氣泡數(shù)量就多，越不利于觀察，故浸水試驗(yàn)壓力不應(yīng)與氣密試驗(yàn)壓力取得一樣高，一般取比無(wú)泄漏區(qū)壓力稍高即可，這時(shí)基本無(wú)氣泡溢出。我廠取100毫巴10秒鐘內(nèi)無(wú)氣泡，這和氣密參數(shù)是一致的。泄漏點(diǎn)檢查，這時(shí)希望一直有氣泡，所以測(cè)試中不應(yīng)切斷氣源，保持氣泡不斷溢