新能源混動變速箱的清潔度檢測

殷曉旦

（上海汽車集團股份有限公司乘用車分公司）

隨著汽車行業的發展，零部件的設計精度越來越高，工程師對零部件的質量要求也越來越高，尤其是新能源汽車零部件。零部件清潔度是保證汽車性能和可靠性的一項技術指標，和傳統零部件制造相比，很多新能源汽車的零部件都是在無塵、無靜電的環境下進行裝配的，比如電池、電子電控箱等，這樣能夠更好地保證系統的清潔度。但是，很少有廠家選擇使用無塵車間來裝配新能源的變速箱，這就給清潔度的控制帶來了巨大的挑戰。目前國內絕大部分汽車主機廠以及零部件廠參考的清潔度標準為ISO 16232[1]以及VDA 19[2]。文章以這2個標準為基礎，論述了新能源混動變速箱的清潔度檢測方法。

1 清潔度檢測的目的

清潔度檢測的目的是為了盡可能地識別出生產過程中出現的，以及運輸、儲存過程中沾染的污染物。零部件清潔度是指零部件內外表面在經過有效清潔后殘留污染物的總質量或殘留污染物顆粒的數目。當殘留的污染物達到一定程度時會嚴重影響系統或零部件的功能，因此需要對零部件進行清潔度控制。零部件清潔度通常設定為一個控制上限而非一個公差范圍，超過控制上限并不一定導致零部件出現功能失效，但是會大幅度提升零部件失效的風險，而發生問題的概率取決于零部件自身對于污染物的敏感性。零部件出現的功能失效包括：軸承和滑動面的堵塞、閥的卡滯、過濾器或噴嘴的堵塞、觸點短路等，如圖1所示。

圖1 清潔度導致的功能失效示例

2 新能源混動變速箱的清潔度檢測規范設定

清潔度檢測規范的設定需要通過3個步驟：1）定義系統中的關鍵零部件；2）確定單件清潔度的限值；3）確定系統清潔度的限值。在定義關鍵零部件的過程中，主要考慮零部件的構造特點（例如：間隙、孔徑等）以及可能的失效模式（例如：類似的系統、經驗庫等），并且需要對標目前行業內的加工情況以及清潔水平。

清潔度的限值分為2個部分：質量以及顆粒度大小。對于系統質量限值來說，因為整個系統只允許一定數量的雜質，所以系統質量限值為系統所有零部件的質量之和。一般情況下，越大的零部件引入系統的雜質越多，所以，單零部件的清潔度的限值可以通過表面積的面積比來得出，即零部件與系統的雜質比等于零部件與系統的面積比。

對于系統顆粒度限值而言，因為系統內部是相互連接的，所以系統中對顆粒最敏感的組件的顆粒度限值為系統中所有組件的顆粒度限值的最低要求。比如，在一個液壓系統中，如果某個單向閥的顆粒度要求為300μm，超過這個大小的顆粒會使單向閥卡滯，那么對于液壓系統以及其組件的顆粒度要求也必須為不能有大于300μm的顆粒。顆粒的分級定義應從50μm開始，通常50μm以上的顆粒才能在標準測試中測出。

除非有特殊說明，清潔度限值都來自零部件的總表面沖洗所獲得的雜質。所謂零部件總表面是指零部件內表面和外表面之和，而內表面是和工作流體相接觸的關鍵表面(除非有特殊說明，通常指油道)。

以某混動變速箱總成為例，清潔度檢測規范如表1所示。

表1 某混動變速箱清潔度檢測標準

3 新能源混動變速箱的清潔度檢測方案選擇

區別于其他直接的檢測方式，清潔度檢測需要一個提取污染物的過程。根據零部件尺寸、形狀、材料和具體位置的不同，需要選擇不同的檢測方案如表2所示。

表2 清潔度檢測方法選擇示例

新能源混動變速箱內部大零部件基本都采用噴洗的方式進行清潔度檢測（注意電機總成在噴洗后需要報廢處理），個別極小的零部件需達到一定的數量級后使用超聲波檢測方式。對于冷卻水管以及存在貫通水道的模塊則使用沖洗的清潔度檢測方式。

在檢測方式確定后，還需進行衰減試驗。檢測方式的有效程度決定了零部件的清潔度水平是否被正確評價，而衰減試驗是用來證明采用的清洗方式以及各項參數能否把全部可脫落的雜質顆粒最大程度地提取下來。

衰減試驗的具體步驟是通過對零部件進行重復清洗，來確定每次提取到的雜質是否逐漸減小，如圖2所示。如果在衰減曲線上的某一點提取到的雜質是之前所有提取到的雜質的10%，如公式1所示，即證明檢測方式正確有效。這個點之前所有點的檢測合集即為完整的清潔度檢測方案，此方案至少能夠清洗掉90%的雜質。如果一直得不到正確的衰減曲線，則需要對關鍵參數進行調整（關鍵參數見表2）。注意，如果零部件在清洗過程中遭到腐蝕或破壞，也可能會造成衰減曲線結果不穩定。另外，對于雜質含量特別低的零部件，也可能很難展現出衰減曲線，此時需要改變測量方案，比如提高測量樣機的數量來達到清潔度檢測效果的驗證。

圖2 清潔度檢測衰減曲線圖

4 新能源混動變速箱的清潔度檢測方法

清潔度檢測即通過對測試樣品進行清洗，以及收集清洗測試樣品后的清洗液，通過過濾設備收集沉淀物，稱重并記錄沉淀物總質量及進行顆粒物分析的操作方法，大致步驟見圖3。

圖3 清潔度檢測步驟

圖3 中，中間3個步驟最為重要：1）提取顆粒：通過清洗介質從零部件表面帶走顆粒物，提取方式基于檢測對象的特征而定；2）過濾顆粒：通過選用適當的濾膜來截取清洗介質中的顆粒物，濾膜的選擇需要依據檢測對象的清潔度規范；3）顆粒分析：根據相關特性來分析顆粒的質量以及大小數量級。

清潔度檢測工作必須在干燥、清潔和安全的室內進行。保持檢室溫20～24℃，相對濕度45%～65%。所有取樣工具和盛放測試樣品的容器均應清洗干凈，目測無異物。

清潔度檢測涉及測試設備包括但不限于：電子顯微鏡、濾膜、超聲波清洗機、帶有溫度計的烘干箱、分析天平（分度值≤0.1 mg）、帶有可清洗并可排疏的不銹鋼沖洗收集槽的清洗機、干燥器、真空泵或真空過濾設備、過濾漏斗、量杯、清洗瓶。

零部件的清潔度檢測可能存在將外部雜質引入到分析結果的風險。所以檢測前需進行空白紙試驗，來保證清潔度檢測系統的可靠性。一般通過噴淋以及沖洗的方式，用清洗液徹底沖洗設備內壁，經真空泵以及干燥后的空白濾膜過濾所有的清洗液，最后測量空白濾膜的質量。通?？瞻字挡荒艹^待檢測零部件所要求的雜質質量的10%。如超過該要求，則必須對清洗設備重新清洗并再次進行系統清潔度測試，直至系統清潔度小于空白值要求，方可進行后續測試。

下面以某新能源混動變速箱為例，具體的清潔度檢測步驟為：

1）準備空白的過濾膜，將濾膜放入清洗液中浸泡后取出，用鑷子夾取，置于清潔后的培養皿中，放入烘箱內烘干，之后放入干燥器中冷卻。將干燥后濾膜連帶培養皿一起用分析天平稱重，記為G1；

2）將混動變速箱總成運至密閉房間或者試驗室中，打開放油螺栓，收集殘油至清潔的量杯中；

3）將總成拆解為散件及小總成。注意拆解過程需佩戴干凈無紡布手套、使用干凈拆解工具，避免引入二次污染；

4）按照順序將拆散后的零部件放入清洗槽，使用圓形噴射流分別噴淋各個小總成。如無特殊要求，外露零部件，如連接螺栓、開關、傳感器等無需進行拆解清洗；暴露在箱體外部的齒軸、軸端和端蓋等外表面無需進行清洗；

5）清洗零部件所有的加工內表面、孔、溝槽及其他功能重要的位置；

6）附著在零部件上的殘屑（如在殼體內的）應通過觀察，用鉤子（無磁性）挑落收集于清洗液中；

7）將量杯中的油與清洗液1:1混合，倒入清洗槽；

8）將量杯口朝下，用噴槍對其內部進行沖洗，并將殘留在里面的清洗液倒出；

9）打開清洗機沖洗清洗槽內壁，同時用噴槍對清洗槽壁從上到下進行掃射式沖洗；

10）從過濾設備上移出濾膜。在烘箱內烘干取出，放入干燥器中冷卻后，置于分析天平上稱重，記為G2；

11）計算質量清潔度G=G2-G1；

12）用顯微鏡(或自動顆粒計數器)對最大顆粒尺寸進行觀察并記錄；

13）可根據變速箱總成情況，將要沖洗的小總成分批單獨檢測，最終按照匯總數據評價總成清潔度。

5 結論

文章通過對清潔度檢測的研究，總結了新能源混動變速箱清潔度檢測的一般方案以及實際操作方法。通過文章可以快速制定新能源混動變速箱的清潔度檢測規范，也可以為后續研究新能源三電系統零部件清潔度檢測提供參考。