变速器总成密封性试验

1、变速器总成密封性试验王玲生南亚变速箱厂摘要本文较完整地叙述了变速器总成密封性试验的两种方法气密法和浸水法，研究了漏气和漏油以及时间的关系，提出气密曲线无泄漏区的概念，指出变速器总成工作时的内腔压力是引起漏油的重要原因，内腔压力高于无泄漏区压力时，总成必然漏油。总结了气密参数确定的原则和方法并以本厂总成为例加以说明，计算了水密封试验中漏气量和气泡量的定量关系，认为密封性能检查时，气密法比浸水法好，浸水法应只用来寻找泄漏点。关键词密封性能试验气密试验浸水试验干空气粘度泄漏曲线临界曲线无泄漏区变速器工作时内腔压力漏气与气泡泄漏点汽车变速器在使用中不应有漏油甚至渗油现象，出厂前必须进行检查，现在一般都

2、采用气密封试验或浸水试验，气密封试验的方法是先封闭所有可能出气口，通入规定的无水压缩空气，切断气源后，在规定时间内，检查漏气情况。浸水法，是先堵住出气口，输入无水压缩空气，在不断气源的情况下，浸入水池中，观察气泡情况；浸水试验还有一个目的，是在气密试验中已查处有泄漏时，找出泄漏点。下面分别讨论两种方法。1气密封试验气密封试验的规范值目前国内外所有汽车制造厂家均采用这种试验方法，列举几家汽车厂的试验规范见表1：表1气密封试验规范厂家IBEZA西班牙PALLIO土耳其IVECO南京NJ1020（试行）南京EAGLE英格尔测试气压500毫克0.153bar0.25bar25KPa500毫克测试时间6

3、S2S6S6S6S允许泄漏5毫克6毫克40Pa4KPa5毫克我厂生产的英格尔汽车是由西班牙引进的产品，变速器总成气密试验参数采用西班牙IBEZA汽车的参数。从上表内容看，似乎各个厂家使用的参数差异很大，是否各变速器生产厂对漏气和漏油之间的定量关系各有看法？也有人说大批生产的的变速器总存在少量漏气，绝对一点不漏气难以做到，也不利于生产，因为油和气性质不一样，漏气不一定漏油，为此先对这两种物质作一简易介绍。压缩空气和润滑油我们使用的空气应该是不含水分的空气，也就是是干空气，干空气的部分性能和组成成分见表2表2表3可以看出，两种物质共有特性为粘度，故只列出两种物质的其余部分性能。这里只在粘度上加以讨

4、论。空气和油一样，流动时其分子间的摩擦阻力称为粘度，作为一种流体，其粘度只受温度变化的影响，而压力变化对其影响很小。从这两表中比较油的粘度比空气大得多，是空气的10多倍。粘度试验中，其运动粘度在温度为t时计算公式为：v-C-tt式中vt运动粘度mm2/sC粘度计常数mm2/stt试样的平均流动时间s表2干空气的组成成分和部分性能组成成分%兀素N2O2ArCO2其它体积组成78.0320.930.9320.030.078重量组成75.523.11.280.0460.074性能项目运动粘度（1000C）2.38(cst)润滑油部分技术指标见表3：表3机械变速器润滑油部分技术要求性能项目运动粘度（1

5、00。C）13.524.0(cst)成沟点-350C铜片腐蚀1级橡胶相容性抗锈蚀上式说明，粘度和流动时间成正比，粘度越大，通过相同的泄漏点时，流动时间越长。于是，我们可以说在相同压力下，变速器漏气必然漏油，只是空气泄漏表现快，而油表现得慢些，这也是用空气来检查变速器泄漏的原因。那么为什么所有国家气密试验时都允许一定的泄漏值那？漏气与时间为找出这个关系，以我厂生产的变速器做试验，经多次试验可得到如图1、图2所示曲线，图1的试验方法：固定输入测试气压，当内腔气压表显示达到该值时切断气源，考察漏气情况，用不同泄漏量的总成可得到不同的曲线。图1图2图2的试验方法：固定泄漏量即用同一个总成，用不同的输入

6、测试气压，当总成内腔达到测试气压时切断气源，观察泄漏情况，也可得到不同的曲线，但图中各曲线最终会重合成一条。实际上是一条曲线的左右移动。图1、图2都显示，压力越高漏气越快，随时间延长越来越缓慢，而趋于平行于时间轴的直线也就是不再泄漏，我们把这一段叫做无泄漏区。从两图中还可以看到，泄漏量一定时其泄漏曲线是唯一的。不难想象，当变速器一定时，即内腔容积固定，如果已知变速器工作时的内腔压力，可以从图1曲线族中找到泄漏的临界曲线，其无泄漏区压力等于变速器工作时内腔压力，当测试某变速器总成的气泄漏曲线在临界线以上时，该总成不会漏油，在临界曲线之下必定漏油。这是变速器漏气与漏油的定性关系。可以这样说变速器工

7、作时能产生多大压力呢？从设计来说，为防止渗漏，希望变速器内腔工作压力越小越好，所以我厂设计的变速器总成出气孔不用压力弹簧顶出气孔盖，是靠迷宫式出气结构，能出气而不会漏油。对于用弹簧顶住出气孔盖的变速器，显然内腔压力大于弹簧力时才能出气，如何设计出气孔结构，不是本文讨论范围。测定变速器工作时内腔压力我厂变速器设计时内腔和外界的空气通道无阻挡，那么内腔压力是否能做到零呢？实际生产中不能每台做到，这是由于润滑油，清洁度以及各零件制造误差，工作时的高温，都可能使内腔压力升高，大多总成质量较好，其内部压力会做到零。找出正常工作时内腔可能产生允许的最高压力这是比较难做的试验，对我厂变速器做的5台试验数据如

8、表4：表4变速器工作时内腔压力被测总成输入转速转/分加载力矩N-m时间分档位温升C内腔压力毫巴1#500020154100202#450020124800+3#42000234900+4#500020204900+5#45000304900+被测总成(1#)运行约10分钟在温升到60OC时，内腔压力开始产生，表针抖动，后基本保持在20毫巴处摆动。其余总成均未测到内腔压力值，是否可以用计算的办法解得内腔压力值，假定出气口被堵塞且无泄漏，按查理定律，在容积不变的条件下，气体状态变化时，其压力与绝对温度T成正比。P1/Tl=P2/T2，当变速器温升由0C升到90C时，可解得内腔压力为329毫巴，这显

9、然是不实际，故一般采用试验法。1.5气密试验参数确定综上所述，一般气密试验参数确定仍以试验方法决定，参数选择的原则如下：试样，由于容积大小直接影响压力变化的快慢，而变速器内腔复杂，齿轮、拨叉等零件又占据空间，模拟其实际容积很困难，通常以实物做试验。由变速器工作时内腔压力决定临界曲线的无泄漏区压力。实际取用时无泄漏区压力一定要大于变速器工作内腔压力，一般取3倍。由生产节拍决定测试气压的高低，测试气压高，相同时间内压降变化大，测量结果精确，生产节拍快。在满足生产节拍要求前提下，测试气压不能无限取高，以利试验机元件选#，同时避免损坏总成。按这个原则，以我厂变速器总成进行气密试验参数确定为例，进一步说

10、明以上原则的应用。由上节知本变速器工作时最高内腔压力为20毫巴，因为测试数量有限，刚装成的总成内部较清洁，故取临界曲线的无泄漏区压力为70毫巴。按我厂生产节拍为50秒，气密试验机为人工上下料，节拍分配：上、下料30秒，自动夹紧5秒，充气10秒，测试时间只能为5秒，试验结果：测试压力应为500毫巴，这是下限值，低于这个压力就不能满足生产节拍。试验数据见表5、表6，表中数据是在测试时间为1000秒之内的数值，表5为无泄漏标准总成数据，表6为总成泄漏曲线无泄漏区压力为70毫巴的数据，图3是这两组参数的描点图，图中上一条曲线为标准总成泄漏曲线，是一条略倾斜直线，这是因为系统泄漏的原故。下一条曲线为表6

11、数据，非常清楚地描述了漏气情况，当其变化的斜率与上一条标准总成斜率一致时，我们认为已达到不泄漏的状况，压力刚好为70毫巴。这是一条我厂总成泄漏值为下限时的曲线。表5标准无泄漏总成试验参数压力：毫克时间：秒压力时间压力时间压力时间压力时间5008450245400550350855490394403164905913409514801054303543806763351000470139420429370720460208410470360809表6临界无泄漏区压力为70毫克的总成试验参数压力：毫克时间：秒压力时间压力时间压力时间480034011520027547063301231902894

12、6014320134180304450193101411703154403030015516033743036290166150348420452801761403724104927018313038540062260198120413390672502061104283807824022210046037086230230904773609422024780518350103210256705401.6气密试验小结用气密试验检查变速器泄漏情况是目前最佳方法，各国变速器生产厂都使用这个方法。变速器工作时内腔压力是决定气密试验参数的重要数据，若我们把这个压力称为临界压力的话，那么在临界压力以下变

13、速器漏气必定漏油，测试压力一定要高于这个压力，究竟高到什么程度是由生产节拍来决定的，生产节拍快，测试压力就高。另外表1中各种变速器使用参数表面上不一样，其实只看表中参数在不了解其总成的体积、工作时内腔压力等数据时不宜下结论，也无法评定，但参数制定的原则及方法是一致的02水密封试验水密封试验就是浸水法，这种试验简单直观，但不易操作，很难根据气泡情况进行判断，例如我厂变速器一差速器总成技术条件密封性检查中浸水法规定：将压力为2125KPa之滤水压缩空气平缓送人总成内，在不断气的情况下将总成浸入具有防锈功能的水中，经10秒钟后应无明显气泡溢出。何为不明显?这就很难定量判断。泄漏气量和气泡为便于讨论，

14、仍用上述气密封试验的参数，即测试气压500毫巴，测试时间6秒，允许泄漏5毫巴，分两种情况进行分析。在不切断气源条件下观察气泡观察气泡时，气压保持在500毫巴，因为气密封试验是切断气源后，气压允许降低5毫巴，那么一直保持在500毫巴压力时，允许泄漏量是多少?在相同时间内当然应大于切断气源的泄漏量，但这个值很难计算。因为测试时间很短，允许泄漏量又很少，计算时总是假定在测试时间内，变速器内腔压力下降时所损耗的气量来计算，这实际上是切断气源条件下的气泡量。本人根据长期试验情况，认为在密封性能检查时，应以切断气源为好，在观察气泡的同时，还可以参看压力表的变化情况。切断气源条件下观察气泡根据波义耳定律，在

15、温度不变的条件下，气体状态变化时，其压力P与体积V成反比：piv1=p2v2，体积大压力变化就小，在气密试验时，强调试样内腔容积就是这个原因。我厂变速器总成试验参数：内腔容积V1=480000mm3输入气压P1=500毫巴=50000Pa允许损耗后气压P495毫巴=49500Pa那么VP4800000495001=2=VPV50000212可得允许损耗后体积V=4848484mm32则体积应变化AV=V-V=4848mm321AV48484单位时间压缩空气损耗量Q=8080mm3/st6t测试时间压缩空气损耗量换算为自由空气损耗量的计算公式为Q二Q（P+P）/PZdd式中Q每秒自由空气损耗量m

16、m3/sZQ每秒压缩空气损耗量mm3/s一般取0.1MPa）P工作压力MPaP大气压力0.1033MPad所以Q=8080（0.04975+0.1）/0.1=12099mm3/s式中工作压力P取测试压力均值P=（P+P）/212若以直径为3毫米的气泡数溢出泄漏总成，可形成的气泡数量应为3气泡体积V=兀d3=14.12mm3球6则X二Q/V二855（个/秒）Z球不同直径气泡与气泡数量见表7，该表对试验者判断总成性能有一定帮助。表7每秒钟不同大小的气泡与数量直径（mm）345678数量（个）8553611841066745*测试压力500毫巴，泄漏5毫巴2.3气泡图相法类似于金属金相图，摄影成册各

17、种泄漏情况形成气泡图集，以帮助操作者判断总成性能好坏，但这项工作周期长，拍摄难度较大，各种泄漏情况复杂，除有泄漏量大小还有单点泄漏和多点泄漏情况，并且拍摄环境、水的透明度、灯光等都会使摄影失败。但气泡图法直观方便，有利于试验者操作。2.4水密试验小结水密试验不如气密试验，大批量检查变速器密封性能时，一般不采用。但水密试验装置简单，小批量单件生产时，是较理想的试验方法。密封性能检查时，以切断气源观察气泡为好。从气密试验讨论结果可知压力在无泄漏区以上总成必然漏气，必定有气泡溢出，且试验压力取得高气泡数量就多，越不利于观察，故浸水试验压力不应与气密试验压力取得一样高，一般取比无泄漏区压力稍高即可，这时基本无气泡溢出。我厂取100毫巴10秒钟内无气泡，这和气密参数是一致的。泄漏点检查，这时希望一直有气泡，所以测试中不应切断气源，保持气泡不断溢