王濤，李宏玲，孫晉松，李光明

潤(rùn)滑油對(duì)變速器傳動(dòng)效率的影響研究

王濤1，李宏玲2，孫晉松1，李光明1

（1.安徽江淮汽車股份有限公司，合肥230022；2.安徽新華學(xué)院，合肥230088）

變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，提升其效率可顯著改善傳動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。本文以某款兩軸5檔手動(dòng)變速器為研究對(duì)象，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)研究潤(rùn)滑油在相同工況下對(duì)變速器的效率影響。

變速器；傳動(dòng)效率；潤(rùn)滑油；臺(tái)架試驗(yàn)

隨著整車開發(fā)對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求越來(lái)越高，傳動(dòng)效率是其影響的一個(gè)關(guān)鍵因素。傳動(dòng)效率的高低可以反映傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合性能，包括傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平、制造水平及有關(guān)形成產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)程的多種因素。傳動(dòng)效率的提升，不僅對(duì)整車降低油耗和排放具有很明顯的效果，而且通過(guò)降低摩擦損失，可以減少傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱，防止溫度過(guò)高，進(jìn)而提高齒輪和軸承壽命，同時(shí)對(duì)NVH性能也會(huì)起到一定的效果［1］。變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，提升變速器效率可顯著改善傳動(dòng)系統(tǒng)的整體效率。本文以某款兩軸5檔手動(dòng)變速器為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究潤(rùn)滑油對(duì)變速器效率提升的影響。

1　潤(rùn)滑油的作用

變速器效率損失主要由以下幾個(gè)因素構(gòu)成：齒輪嚙合傳動(dòng)效率損失、齒輪攪油損失、軸承摩擦損失、惰輪轉(zhuǎn)動(dòng)能量損失、齒軸振動(dòng)能量損失等。其中，齒輪嚙合傳動(dòng)效率損失及齒輪攪油損失占主要部分；軸承摩擦損失通過(guò)合理選用軸承在一定程度上能提高整體的傳動(dòng)效率；惰輪轉(zhuǎn)動(dòng)能量損失主要表現(xiàn)為兩部分：惰輪空轉(zhuǎn)的攪油損失以及惰輪空轉(zhuǎn)時(shí)滾針軸承的摩擦損失；齒軸振動(dòng)的能量損失相對(duì)較小，其主要對(duì)NVH性能影響較大［2］。

經(jīng)過(guò)多年的研究表明，潤(rùn)滑油的主要作用包括［3］：

1）降低齒輪嚙合時(shí)的齒間磨損，這對(duì)保證齒輪裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)和延長(zhǎng)齒輪壽命是非常重要的。

2）降低齒輪嚙合時(shí)的齒面摩擦，從而降低功率損失。

3）保護(hù)同步器，提供良好的摩擦特性。

4）分散熱量，有冷卻作用。

5）防止齒輪腐蝕和生銹。

6）減少齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的噪聲、振動(dòng)和沖擊。

7）沖洗污染物，特別是沖洗齒面上的固體顆粒，以免造成磨粒磨損。

現(xiàn)在國(guó)外大都選用節(jié)能型潤(rùn)滑油，取得了顯著的節(jié)能效果。節(jié)能潤(rùn)滑油有三種類型：一是低粘度油；二是高粘度指數(shù)油；三是含有摩擦改進(jìn)劑的油。國(guó)際上普遍采用低粘度的多級(jí)齒輪油并輔以摩擦改進(jìn)劑，使變速器齒輪處于既有彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑又有邊界潤(rùn)滑的混合潤(rùn)滑狀態(tài)［4］。因此，目前手動(dòng)變速器油的發(fā)展和研究工作主要集中在以下兩方面：

1）注重發(fā)展低粘度、多級(jí)和長(zhǎng)壽命手動(dòng)變速器油，解決低粘度潤(rùn)滑油帶來(lái)的齒輪和軸承損壞的問(wèn)題。

2）致力提高燃料經(jīng)濟(jì)性的試驗(yàn)方法研究，包括臺(tái)架和行車試驗(yàn)［5］。

而粘溫性能是影響潤(rùn)滑油節(jié)能效果的重要性能之一。多級(jí)潤(rùn)滑油的特點(diǎn)是粘溫性能好，它能使汽車在低溫環(huán)境下或者起動(dòng)溫度低的時(shí)候，油的粘度不致太高；而在高溫環(huán)境下起動(dòng)或工作溫度較高時(shí)，油的粘度不致太低。這樣使得汽車齒輪變速器的工作溫升小、摩擦損失小、傳動(dòng)效率高，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗減少，排放降低；而對(duì)不同牌號(hào)的多級(jí)油而言，高溫粘度大，則消耗在攪拌和內(nèi)摩擦的功率就大，潤(rùn)滑油的節(jié)能效果就差；低溫表觀粘度低，則低溫環(huán)境下或者起動(dòng)溫度低的時(shí)候消耗在攪拌和內(nèi)摩擦的功率就小，其傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果就好［6］。

2　試驗(yàn)方法及結(jié)果

本次選用4種不同的潤(rùn)滑油進(jìn)行傳動(dòng)效率試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)架見圖1［7］。測(cè)試方法基本參照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車機(jī)械式變速器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法第一部分：微型》，步驟如下［8］：

1）將傳動(dòng)系統(tǒng)樣件連接在臺(tái)架上，驅(qū)動(dòng)軸兩端分別直接連接在負(fù)載電機(jī)上；變速器輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，箱體中油液應(yīng)與正常使用相當(dāng)。

2）變速器輸入軸轉(zhuǎn)速取2 400 r/min、3 600 r/min、4 800 r/min、6 000 r/min 4個(gè)。

3）扭矩取45 N·m、90 N·m、135 N·m、180 N·m4個(gè)。

4）油溫取80℃。

5）變速器檔位取1、2、3、4檔。

6）驅(qū)動(dòng)軸夾角設(shè)定為整車設(shè)計(jì)的夾角。

7）選取4種潤(rùn)滑油，用量均為2.0 L。

8）記錄變速器各工況點(diǎn)輸入端、左右輪端的扭矩、轉(zhuǎn)速及變速器的油溫等參數(shù)。

4種試驗(yàn)潤(rùn)滑油的相關(guān)特性參數(shù)見表1。

表1　試驗(yàn)油特性參數(shù)

將4種潤(rùn)滑油依次按臺(tái)架試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，注意每次換新油需先將變速器內(nèi)舊油放干，靜置30 min再換油［9］。部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析見圖2-圖5。

通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析可知，潤(rùn)滑油2在各種工況下效率都比另外3種油效率高。在1檔時(shí)潤(rùn)滑油2綜合效率高出潤(rùn)滑油4約0.6%，2檔時(shí)潤(rùn)滑油2綜合效率高出潤(rùn)滑油3約0.3%。在3、4檔時(shí)，潤(rùn)滑油2的效率均超過(guò)96.5%，相比其他潤(rùn)滑油的效率差異不大。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析和與油品廠家交流，影響潤(rùn)滑油效率的主要因素為表1中的粘度等級(jí)、動(dòng)力粘度和粘度指數(shù)。

若選用含有摩擦改進(jìn)劑的低粘度潤(rùn)滑油，可有效改善摩擦副的潤(rùn)滑狀況，能有效地減少機(jī)械的摩擦磨損，達(dá)到降低能耗提升效率的作用。同時(shí)降低潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)可以獲得較低的工作溫度和較高的工作效率。在1、2檔時(shí)潤(rùn)滑油2的綜合效果最好，相比其他油提升效率更明顯。

而在3、4檔時(shí)，由于速比變小導(dǎo)致相同輸入轉(zhuǎn)速下3、4檔的輸出齒輪轉(zhuǎn)速變快，此時(shí)效率損失主要為齒輪攪油損失，攪油損失是潤(rùn)滑油的負(fù)面作用，低粘度潤(rùn)滑油也無(wú)法避免。且隨著轉(zhuǎn)速逐漸增高，齒輪攪油損失（潤(rùn)滑油的負(fù)貢獻(xiàn)率）逐漸增大并抵消部分潤(rùn)滑油對(duì)傳動(dòng)效率提供的改善率。3、4檔時(shí)潤(rùn)滑油2對(duì)效率有提升效果，但是與其他油品的差異不大［10］。

因此，在滿足潤(rùn)滑油實(shí)際工作油膜厚度的前提下，可得出動(dòng)力粘度值越低、粘度指數(shù)越低的潤(rùn)滑油效率越高的結(jié)論。但若是片面追求低動(dòng)力粘度和粘度指數(shù)，會(huì)造成油膜厚度太薄，不能滿足齒輪表面潤(rùn)滑和抗磨的需求，造成齒輪過(guò)早磨損，反而效率不高。所以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，效率最高的不是動(dòng)力粘度和粘度指數(shù)最低的潤(rùn)滑油4，而是動(dòng)力粘度較低、粘度指數(shù)適中的潤(rùn)滑油2。

3　總結(jié)

本文首先介紹變速器效率損失因素和潤(rùn)滑油提升變速器效率的基本原理，通過(guò)變速器傳動(dòng)效率的臺(tái)架試驗(yàn)，說(shuō)明了高質(zhì)量潤(rùn)滑油在提升變速器效率和降低整年油耗上具有明顯效果。對(duì)4種潤(rùn)滑油試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用潤(rùn)滑油2的變速器傳動(dòng)效率最高，可在后期整車廠選用變速器潤(rùn)滑油時(shí)給予指導(dǎo)。

［1］葉芳，顏宇，王霞，等.淺談提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的措施［J］.現(xiàn)代企業(yè)教育，2013，（14）：308.

［2］張慧芳，張立榮.手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率的影響因素分析與改善對(duì)策研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2011，（4）：31-33.

［3］桑軍凱，王亞俊.汽車變速器齒輪油的選用及更換［J］.汽車維修技師，2013，（5）：114.

［4］董軍.車用齒輪油的選用與使用注意事項(xiàng)［J］.農(nóng)機(jī)使用與維修，2013，（7）：67.

［5］曲直.談車用齒輪油的選用［J］.農(nóng)機(jī)使用與維修，2014，（9）：67.

［6］曹訊，張征寰.淺析車輛潤(rùn)滑油及其應(yīng)用［J］.叉車技術(shù)，2014，（2）：32-34.

［7］嚴(yán)繼東，宋德朝，徐寶富.載重汽車變速箱效率測(cè)試臺(tái)的研制淺析［J］.載貨汽車，2003，（1）：48-49.

［8］QC/T568.1，汽車機(jī)械式變速器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法第一部分：微型［S］.2011.

［9］張有祿.機(jī)械式汽車變速箱試驗(yàn)方法與應(yīng)用［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009，（1）：159-161.

［10］高勇.微型汽車變速器傳動(dòng)效率的影響因素分析及試驗(yàn)研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2013.12.

修改稿日期：2015-06-21

Research on Influence of Lubricating Oil on Transmission Efficiency

WangTao1，Li Hongling2，Sun Jinsong1，Li Guangming1
（1.Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd，Hefei 230022，China；2.Anhui Xinhua University，Hefei 230088，China）

As an important part ofthe drive system，improvingthe transmission efficiencycan improve the efficiency of the drive system significantly.The authors take a five gear manual transmission with two axis as the research object，studythe influence ofdifferent lubricating oils to the transmission efficiency under the same working conditions through the bench test.

transmission；drive efficiency；lubricatingoil；bench test

U463.212

B

1006-3331（2015）06-0050-03

王濤（1985-），男，工程碩士；工程師；主要從事汽車底盤設(shè)計(jì)工作。