變速器總成密封性試驗

1、變速器總成密封性試驗王玲生南亞變速箱廠摘要本文較完整地敘述了變速器總成密封性試驗的兩種方法氣密法和浸水法，研究了漏氣和漏油以及時間的關(guān)系，提出氣密曲線無泄漏區(qū)的概念，指出變速器總成工作時的內(nèi)腔壓力是引起漏油的重要原因，內(nèi)腔壓力高于無泄漏區(qū)壓力時，總成必然漏油。總結(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明，計算了水密封試驗中漏氣量和氣泡量的定量關(guān)系，認(rèn)為密封性能檢查時，氣密法比浸水法好，浸水法應(yīng)只用來尋找泄漏點。關(guān)鍵詞密封性能試驗氣密試驗浸水試驗干空氣粘度泄漏曲線臨界曲線無泄漏區(qū)變速器工作時內(nèi)腔壓力漏氣與氣泡泄漏點汽車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、采用氣密封試驗或浸水試驗，氣密封試驗的方法是先封閉所有可能出氣口，通入規(guī)定的無水壓縮空氣，切斷氣源后，在規(guī)定時間內(nèi)，檢查漏氣情況。浸水法，是先堵住出氣口，輸入無水壓縮空氣，在不斷氣源的情況下，浸入水池中，觀察氣泡情況；浸水試驗還有一個目的，是在氣密試驗中已查處有泄漏時，找出泄漏點。下面分別討論兩種方法。1氣密封試驗氣密封試驗的規(guī)范值目前國內(nèi)外所有汽車制造廠家均采用這種試驗方法，列舉幾家汽車廠的試驗規(guī)范見表1：表1氣密封試驗規(guī)范廠家IBEZA西班牙PALLIO土耳其IVECO南京NJ1020（試行）南京EAGLE英格爾測試氣壓500毫克0.153bar0.25bar25KPa500毫克測試時間6

3、S2S6S6S6S允許泄漏5毫克6毫克40Pa4KPa5毫克我廠生產(chǎn)的英格爾汽車是由西班牙引進(jìn)的產(chǎn)品，變速器總成氣密試驗參數(shù)采用西班牙IBEZA汽車的參數(shù)。從上表內(nèi)容看，似乎各個廠家使用的參數(shù)差異很大，是否各變速器生產(chǎn)廠對漏氣和漏油之間的定量關(guān)系各有看法？也有人說大批生產(chǎn)的的變速器總存在少量漏氣，絕對一點不漏氣難以做到，也不利于生產(chǎn)，因為油和氣性質(zhì)不一樣，漏氣不一定漏油，為此先對這兩種物質(zhì)作一簡易介紹。壓縮空氣和潤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。空氣和油一樣，流動時其分子間的摩擦阻力稱為粘度，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。粘度試驗中，其運動粘度在溫度為t時計算公式為：v-C-tt式中vt運動粘度mm2/sC粘度計常數(shù)mm2/stt試樣的平均流動時間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性能項目運動粘度（1000C）2.38(cst)潤滑油部分技術(shù)指標(biāo)見表3：表3機械變速器潤滑油部分技術(shù)要求性能項目運動粘度（1

5、00。C）13.524.0(cst)成溝點-350C銅片腐蝕1級橡膠相容性抗銹蝕上式說明，粘度和流動時間成正比，粘度越大，通過相同的泄漏點時，流動時間越長。于是，我們可以說在相同壓力下，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，這也是用空氣來檢查變速器泄漏的原因。那么為什么所有國家氣密試驗時都允許一定的泄漏值那？漏氣與時間為找出這個關(guān)系，以我廠生產(chǎn)的變速器做試驗，經(jīng)多次試驗可得到如圖1、圖2所示曲線，圖1的試驗方法：固定輸入測試氣壓，當(dāng)內(nèi)腔氣壓表顯示達(dá)到該值時切斷氣源，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的試驗方法：固定泄漏量即用同一個總成，用不同的輸入

6、測試氣壓，當(dāng)總成內(nèi)腔達(dá)到測試氣壓時切斷氣源，觀察泄漏情況，也可得到不同的曲線，但圖中各曲線最終會重合成一條。實際上是一條曲線的左右移動。圖1、圖2都顯示，壓力越高漏氣越快，隨時間延長越來越緩慢，而趨于平行于時間軸的直線也就是不再泄漏，我們把這一段叫做無泄漏區(qū)。從兩圖中還可以看到，泄漏量一定時其泄漏曲線是唯一的。不難想象，當(dāng)變速器一定時，即內(nèi)腔容積固定，如果已知變速器工作時的內(nèi)腔壓力，可以從圖1曲線族中找到泄漏的臨界曲線，其無泄漏區(qū)壓力等于變速器工作時內(nèi)腔壓力，當(dāng)測試某變速器總成的氣泄漏曲線在臨界線以上時，該總成不會漏油，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。可以這樣說變速器工

7、作時能產(chǎn)生多大壓力呢？從設(shè)計來說，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)，能出氣而不會漏油。對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才能出氣，如何設(shè)計出氣孔結(jié)構(gòu)，不是本文討論范圍。測定變速器工作時內(nèi)腔壓力我廠變速器設(shè)計時內(nèi)腔和外界的空氣通道無阻擋，那么內(nèi)腔壓力是否能做到零呢？實際生產(chǎn)中不能每臺做到，這是由于潤滑油，清潔度以及各零件制造誤差，工作時的高溫，都可能使內(nèi)腔壓力升高，大多總成質(zhì)量較好，其內(nèi)部壓力會做到零。找出正常工作時內(nèi)腔可能產(chǎn)生允許的最高壓力這是比較難做的試驗，對我廠變速器做的5臺試驗數(shù)據(jù)如

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

9、然是不實際，故一般采用試驗法。1.5氣密試驗參數(shù)確定綜上所述，一般氣密試驗參數(shù)確定仍以試驗方法決定，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，模擬其實際容積很困難，通常以實物做試驗。由變速器工作時內(nèi)腔壓力決定臨界曲線的無泄漏區(qū)壓力。實際取用時無泄漏區(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)拍決定測試氣壓的高低，測試氣壓高，相同時間內(nèi)壓降變化大，測量結(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，測試氣壓不能無限取高，以利試驗機元件選#，同時避免損壞總成。按這個原則，以我廠變速器總成進(jìn)行氣密試驗參數(shù)確定為例，進(jìn)一步說

10、明以上原則的應(yīng)用。由上節(jié)知本變速器工作時最高內(nèi)腔壓力為20毫巴，因為測試數(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，氣密試驗機為人工上下料，節(jié)拍分配：上、下料30秒，自動夾緊5秒，充氣10秒，測試時間只能為5秒，試驗結(jié)果：測試壓力應(yīng)為500毫巴，這是下限值，低于這個壓力就不能滿足生產(chǎn)節(jié)拍。試驗數(shù)據(jù)見表5、表6，表中數(shù)據(jù)是在測試時間為1000秒之內(nèi)的數(shù)值，表5為無泄漏標(biāo)準(zhǔn)總成數(shù)據(jù)，表6為總成泄漏曲線無泄漏區(qū)壓力為70毫巴的數(shù)據(jù)，圖3是這兩組參數(shù)的描點圖，圖中上一條曲線為標(biāo)準(zhǔn)總成泄漏曲線，是一條略傾斜直線，這是因為系統(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，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的曲線。表5標(biāo)準(zhǔn)無泄漏總成試驗參數(shù)壓力：毫克時間：秒壓力時間壓力時間壓力時間壓力時間5008450245400550350855490394403164905913409514801054303543806763351000470139420429370720460208410470360809表6臨界無泄漏區(qū)壓力為70毫克的總成試驗參數(shù)壓力：毫克時間：秒壓力時間壓力時間壓力時間480034011520027547063301231902894

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

13、速器漏氣必定漏油，測試壓力一定要高于這個壓力，究竟高到什么程度是由生產(chǎn)節(jié)拍來決定的，生產(chǎn)節(jié)拍快，測試壓力就高。另外表1中各種變速器使用參數(shù)表面上不一樣，其實只看表中參數(shù)在不了解其總成的體積、工作時內(nèi)腔壓力等數(shù)據(jù)時不宜下結(jié)論，也無法評定，但參數(shù)制定的原則及方法是一致的02水密封試驗水密封試驗就是浸水法，這種試驗簡單直觀，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的參數(shù)，即測試氣壓500毫巴，測試時間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，氣壓保持在500毫巴，因為氣密封試驗是切斷氣源后，氣壓允許降低5毫巴，那么一直保持在500毫巴壓力時，允許泄漏量是多少?在相同時間內(nèi)當(dāng)然應(yīng)大于切斷氣源的泄漏量，但這個值很難計算。因為測試時間很短，允許泄漏量又很少，計算時總是假定在測試時間內(nèi)，變速器內(nèi)腔壓力下降時所損耗的氣量來計算，這實際上是切斷氣源條件下的氣泡量。本人根據(jù)長期試驗情況，認(rèn)為在密封性能檢查時，應(yīng)以切斷氣源為好，在觀察氣泡的同時，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，其壓力P與體積V成反比：piv1=p2v2，體積大壓力變化就小，在氣密試驗時，強調(diào)試樣內(nèi)腔容積就是這個原因。我廠變速器總成試驗參數(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單位時間壓縮空氣損耗量Q=8080mm3/st6t測試時間壓縮空氣損耗量換算為自由空氣損耗量的計算公式為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/秒）Z球不同直徑氣泡與氣泡數(shù)量見表7，該表對試驗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）8553611841066745*測試壓力500毫巴，泄漏5毫巴2.3氣泡圖相法類似于金屬金相圖，攝影成冊各

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，但這項工作周期長，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泄漏和多點泄漏情況，并且拍攝環(huán)境、水的透明度、燈光等都會使攝影失敗。但氣泡圖法直觀方便，有利于試驗者操作。2.4水密試驗小結(jié)水密試驗不如氣密試驗，大批量檢查變速器密封性能時，一般不采用。但水密試驗裝置簡單，小批量單件生產(chǎn)時，是較理想的試驗方法。密封性能檢查時，以切斷氣源觀察氣泡為好。從氣密試驗討論結(jié)果可知壓力在無泄漏區(qū)以上總成必然漏氣，必定有氣泡溢出，且試驗壓力取得高氣泡數(shù)量就多，越不利于觀察，故浸水試驗壓力不應(yīng)與氣密試驗壓力取得一樣高，一般取比無泄漏區(qū)壓力稍高即可，這時基本無氣泡溢出。我廠取100毫巴10秒鐘內(nèi)無氣泡，這和氣密參數(shù)是一致的。泄漏點檢查，這時希望一直有氣泡，所以測試中不應(yīng)切斷氣源，保持氣泡不斷溢