变速箱总成的密封性要求及检测方法

魏子云

摘 要：首先介绍了气体泄漏量的检测方法及其检测原理，通过理论推理及计算获取到泄漏量的计算公式，计算出变速器气密检测时其泄漏量的大小、差压的数值等。以发生渗油的某变速器总成为例，验证了变速器内腔压力与充气时间是决定气密试验参数的重要数据，并且通过反复试验验证得到了新的气密试验参数及各参数的合理性，新的气密参数大大降低了变速器总成发生渗油、漏油的概率。

关键词：泄漏量;差压式检漏法;气体密封性

1 引言

密封性又称气密性、泄漏率，是影响产品质量的重要因素之一。随着科学技术的进步，人们对密封产品的质量及性能要求也随之提高，因此对于密封产品的检测手段要求也越来越严格。对于变速器来说，气密性的好坏可直接影响变速器总成的质量，因此在其生产过程中，具有严格的密封要求，以保证其气密性。当前国内外对汽车系统气密性的检测，主要是采用气体作为检测介质，以气体压力变化为基本原理进行测量。因此，差压式气密检测技术作为一种适用性较广的检测方法被越来越多的应用到生产及检测现场，对此检测方法的深入研究具有重要意义。

2 差压式气密泄漏检测方法

2.1 差压式检漏法

差压式检漏方法是将压缩气体同时充入被测零件与标准容腔内，保持一定时间，通过压力传感器检测压力的变化，将这种变化与标准样件（密封性完好）在同样工况条件下的压力值进行比较，以判断被测物是否存在泄漏。通过检漏仪器根据压力的变化定量地检测出被测物的气密性检测是否合格。该方法测试效率高，不受主观因素影响，而且测试后不需要对工件进行处理。因具有可执行性好、更易辨别密封性、不损伤污染工件、测试过程易于实现自动化等优点，实际生产中已得到普遍的应用[1]。

2.2 差压检漏法的检测原理

压差检漏法的整个工作过程包括四个阶段：充气阶段、稳压平衡阶段、检测阶段、排气阶段。充气阶段：通过调压阀设定系统测试压力为P，测试气体充满检漏仪内部气路、被测物与基准容腔内，充气阶段时间的具体长短需依据检测工况进行相应调整。稳压平衡阶段：被测物与基准容腔形成了两个独立的密闭空间。平衡阀关闭后需经一段时间，压力稳定后才能进行精确检测。检测阶段：该过程目的是检测差压传感器输出，由于泄漏产生的压降在测试压力附近与时间近似成比例，故可测量出一定时间内压差的变化值，从而判断被测物是否泄漏。排气阶段：检测完成后，两个容器内气体通过排气阀排出，完成一个检测周期[2]。

3 气体泄漏量计算

3.1 气体泄漏量的计算

实际生产应用中，需要将压差检测仪测得的差压转化为泄漏量值，以判断被测物泄漏情况，因此，需要计算待测件的气体泄漏量。根据理想气体状态方程PV=nRT，容器内气体的压强会因气体的泄漏而降低，假设检测充入气体压强为p0，环境温度不变的前提下，基准容腔内无泄漏，而待测件存在泄漏现象;现设定检测仪初始充入压力值为p0，待测件容积为V0，待测件产生泄漏，一段时间t后，气体体积增加到V0+△v，压力下降为p0-△p，根据气体状态方程可得[3]：

3.2 泄漏量与时间的关系

测试气体充入时，气体与管壁及容腔内部发生摩擦，气体分子间也有摩擦导致大量热量产生，气体温度升高，压力升高。测试压力较高时，充气过程产生的压缩热越多，充入气体的温度变化越大，不确定因素对检测结果的影响越明显[2]。

平衡和检测时间参数与被测物的体积、泄漏大小有关，适合的检测参数才能确保检测结果的稳定性与可靠性。为了保证差压在最佳测量范围，降低充气过程、平衡过程气体动力学及热力学的变化，需等待气体稳定后方可进行测量，检测时长不能太短;为满足实际生产要求，提高生产效率，测试周期又要尽可能缩短，因此，制定合理的检测参数非常有必要。

4 某变速器总成气密检测参数的确定

4.1 某变速器总成的泄漏量计算

目前变速器总成气密性检测的方法有很多，有水检法、肥皂液涂抹法、气密探测法等，用气体泄漏检测法检测变速器总成泄漏情况是目前最佳方法，变速器生产行业普遍使用这个方法。实际生产变速器总成气密检测时主要参数指标包括：充气压力、充气时间、保压时间、测试时间以及允许泄漏量。变速器总成的气密参数设计之初会依据经验先锁定一版数据，实际生产后最终仍以试验方法决定最终的参数值。

现以某款电动车变速器总成为例，介绍其气密检测参数的制定过程及并验证参数的合理性。电动车变速器总成体积较小、质量较轻、内部零件数量偏少，一般其气密检测标准为：总成输入压力0-50kpa，泄漏率在30-50cc/min。本文中所述的变速器总成体积Ve为6.606L，气密检测参数初步定为：充气压力25kPa，充气时间5s，气压平衡+检测时间20s，测试过程中，压降≤16Pa，泄漏量约为20 cc/min。在变速器总成开发阶段使用该气密检测参数检测泄漏量符合技术要求，同时采用水密检测复检，未发现产生气泡，但是在台架试验过程中发现变速器总成存在渗油现象。为解决渗油问题，需提高气密出厂检测规范要求，将泄漏量要求由20cc/min提高至10cc/min，同时对其他气密检测指标逐一验证合理性。

对渗油变速器总成进行反复气密检测，当测试压力为25kpa时，压降实测：13-14pa（泄漏量≈18cc/min），当把测试压力提高后，压降与泄漏量变化很大，测试压力为35kpa时，压降实测：22-23pa（泄漏量≈28cc/ min）。对比测试结果，并结合变速器腔体工作压力，以及生产节拍要求，将测试压力锁定为35kpa。

充气压力不变，将充气时间由5s改为10-15s，避免充气时间过短造成腔内气压未达到指定压力，通过测试发现同一变速器总成测得的泄漏量值差异很大;充气时间为13s时，泄漏量值变化非常小，故最终锁定充气时间为13s。

采用充气压力35kPa、充气时间13s的参数，变更平衡+检测时间，发现泄漏量变化并不明显，故认为目前的20s检测要求较为合理。

综上，最终锁定气密检测参数为：充气压力35kPa，充气时间13s;气压平衡时间10s，检测时间10s;测试过程中泄漏量 < 10cc/Min。

根据2-1公式计算，得出对应的压降△p：

10=6606*△p*60/（1.1013*105*10）

计算得出压降（差压）△p=27.8Pa，四舍五入后，压降最终锁定为28pa。

针对新气密参数的合理性的检测通过如下措施进行反复验证：校验台加载运转2小时 ，静止24小时，观察无渗油;水密检测，观察无气泡。

4.2 小结

通过反复试验验证过程可以看出，充气时间、检测时间与变速器内腔压力是影响气密结果的主要因素。通过调整充气压力，加强了总成气密检测的敏感性;通过调整充气时间，增长了腔内气体平衡时间，以降低气密检测的不确定性;通过调整测试时间，提高气密检测的准确性，新的气密参数大大降低了变速器总成发生渗油、漏油的概率。

5 总结

文章首先介绍了气体泄漏量的检测方法及其检测原理，然后通过理论推理及计算获取到泄漏量的计算公式，从而计算出变速器做气密检测时其泄漏量的大小、差压的数值等。然后以发生渗油的某变速器總成为例，验证了变速器内腔压力与充气时间、检测时间是决定气密试验参数的重要数据，并且通过反复试验验证得到了新的气密试验参数及各参数的合理性。新的气密参数大大降低了变速器总成发生渗油、漏油的概率。

参考文献：

[1]周虎军.汽车燃油系统的气密性和通气性检测，毕业论文，2004.

[2]曾成洲.基于压差原理的泄漏检测方法研究及系统开发，毕业论文，2012.

[3]刘春，王兴.一种典型检测仪的气密性检测原理[J]。液压与气动，2008（12）：20-23.