重型汽車變速器潤滑失效模式分析及控制?

原 鑫

（中國重汽集團(tuán) 大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

0 引言

中國2012年商用車產(chǎn)量為374.81萬輛，占到當(dāng)年度全球商用車產(chǎn)量2107.17萬輛的17.79%［1］，雖然我國重型汽車年產(chǎn)突破了100萬輛大關(guān)，產(chǎn)品品質(zhì)較上世紀(jì)的產(chǎn)品有了顯著的提高，但是與美國、德國、瑞典、法國等先進(jìn)重卡生產(chǎn)國相比，在產(chǎn)品的性能、品質(zhì)、工藝、可靠性等方面仍存在著較大的差矩。同樣就重型汽車變速器而言，我國目前批產(chǎn)的重卡變速器與以德國ZF公司、瑞典VOLVO公司以及美國EATON等公司為代表的重型汽車變速器專業(yè)生產(chǎn)廠家所研究開發(fā)的產(chǎn)品相比存在著較大的差距，重型汽車變速器潤滑性能的早期失效是導(dǎo)致其功能喪失的最重要的原因之一。本文以中國重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司研究開發(fā)的重型汽車變速器為例，應(yīng)用DFEMA技術(shù)，分析和推斷了潤滑系統(tǒng)潛在失效模式可能造成的后果及損害程度，研究和提出了有效預(yù)防、評(píng)價(jià)潤滑失效的措施。

1 變速器潤滑系統(tǒng)潛在失效模式及后果分析

1.1 變速器潤滑系統(tǒng)功能及要求

重型汽車變速器潤滑系統(tǒng)的功能是為內(nèi)部所有的回轉(zhuǎn)零部件（軸承、齒輪、同步器總成、密封件等）提供可靠的潤滑和冷卻，確保變速器在規(guī)定的壽命周期內(nèi)不發(fā)生早期失效，其技術(shù)指標(biāo)要求是在無負(fù)荷油溫試驗(yàn)平衡時(shí)，油氣溫差≤110℃。

1.2 變速器潤滑系統(tǒng)潛在失效模式、后果及起因

潛在失效模式一：變速器部分區(qū)域潤滑油不到位。潛在失效后果：①變速器功能喪失；②可靠性不達(dá)標(biāo)；③在額定載荷下不能完成操作。潛在失效起因：潤滑油分布不均勻、油泵參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)、潤滑油道設(shè)計(jì)不當(dāng)。

潛在失效模式二：變速器部分區(qū)域油溫過高。潛在失效后果：①在額定載荷下不能完成操作；②駕駛舒適性降低；③可靠性不達(dá)標(biāo)。潛在失效起因：潤滑油分布不均勻、油泵參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)、油道孔徑設(shè)計(jì)不當(dāng)。

潛在失效模式三：變速器齒輪、軸承、同步器、換檔機(jī)構(gòu)等零部件發(fā)生膠合。潛在失效后果：①在額定載荷下不能完成操作；②可靠性不達(dá)標(biāo)；③變速器功能喪失。潛在失效起因：潤滑油分布不均勻、油泵參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)、潤滑油道設(shè)計(jì)不當(dāng)和油道孔徑設(shè)計(jì)不當(dāng)。

潛在失效模式四：各潤滑油密封區(qū)域和同步器總成產(chǎn)生過度磨損及燒蝕。潛在失效后果：①在額定載荷下不能完成操作；②可靠性不達(dá)標(biāo)。

2 變速器潤滑系統(tǒng)失效控制對(duì)策及措施

2.1 控制對(duì)策

傳統(tǒng)的八檔以下檔位汽車變速器一般是通過飛濺潤滑來實(shí)現(xiàn)變速器潤滑的，但是由于變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，飛濺潤滑油量有限，所以該方式不能滿足大轉(zhuǎn)矩、多檔位、組合式變速器的潤滑需求。為了有效地提高變速器的使用壽命，保證變速器能夠得到充分的潤滑，對(duì)大轉(zhuǎn)矩、多檔位、組合式變速器油溫失效模式采用的控制對(duì)策是：設(shè)計(jì)專用的潤滑油泵，采用一種全新的強(qiáng)制潤滑加輔助噴淋潤滑技術(shù)［2］。

2.2 潤滑油泵主要技術(shù)參數(shù)

適用潤滑油規(guī)格： GL－4中負(fù)荷齒輪齒輪油；

流量（L／min）： 36（轉(zhuǎn)速1 400r／min時(shí)）；

最大轉(zhuǎn)速（r／min）： 2 580（非持續(xù)工作狀態(tài)下）；

正常運(yùn)行溫度（℃）： ≤110；

最高臨界溫度（℃）： 130（＜30min）；

安全閥開啟壓力（kPa）：3。

2.3 潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

由于大轉(zhuǎn)矩、多檔位、組合式重型汽車變速器總長度較長，為了保證整車匹配對(duì)變速器總體長度的要求、同時(shí)使變速器行星機(jī)構(gòu)后副箱齒輪系以及多錐面大容量同步器能夠得到良好的潤滑，在變速器潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取3個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)措施［3］：①設(shè)計(jì)國際先進(jìn)的超薄形、大流量轉(zhuǎn)子壓力潤滑泵，在符合變速器結(jié)構(gòu)長度要求的情況下，滿足潤滑油量的需求；②在變速器內(nèi)部增設(shè)潤滑油輔助噴淋管裝置，壓力油可淋到需潤滑的部位，增加潤滑的可靠性；③設(shè)計(jì)外循環(huán)油冷卻器接口，可配置油冷卻器，滿足高溫特殊使用環(huán)境需求。輔助噴淋管裝置示意圖見圖1，變速器潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖1 變速器潤滑油輔助噴淋管裝置示意圖

圖2 變速器潤滑系統(tǒng)示意圖

3 變速器潤滑系統(tǒng)失效控制對(duì)策及措施的試驗(yàn)驗(yàn)證

潤滑性能試驗(yàn)分為3個(gè)內(nèi)容：①主軸潤滑通道的出油狀態(tài)試驗(yàn)；②輔助噴淋管的噴淋效果試驗(yàn)；③變速器溫升試驗(yàn)。

3.1 主軸潤滑通道的出油狀態(tài)及輔助噴淋管的噴淋效果

該試驗(yàn)是在專用試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，主軸噴油試驗(yàn)圖見圖3，輔助噴淋管噴油試驗(yàn)圖見圖4。通過輸入不同壓力的潤滑油來觀測(cè)潤滑油流量和輔助噴淋管的噴淋效果。

3.2 變速器總成溫升試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：變速器掛入8H最高檔，輸入轉(zhuǎn)速2 200r／min，加注85W／90（GL－4）潤滑油17L。

3.3 變速器潤滑性能試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)，在設(shè)計(jì)選定的潤滑油泵壓力及流量正常工作情況下，主軸潤滑通道的出油狀態(tài)、輔助噴淋管的噴淋效果均能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 主軸噴油試驗(yàn)圖

圖4 輔助噴淋管噴油試驗(yàn)圖

變速器總成溫升試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 變速器溫升曲線圖

試驗(yàn)前測(cè)量室溫為21℃，3h后油溫恒定為114.8℃，溫升為93.8℃，小于技術(shù)指標(biāo)要求的溫升（≤110℃），即變速器總成溫升試驗(yàn)合格，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

（1）傳統(tǒng)的飛濺潤滑方式，由于受到變速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，飛濺的潤滑油量有限，不能夠滿足大轉(zhuǎn)矩、多檔位、組合式重型汽車變速器的潤滑需求。

（2）應(yīng)用DFMEA技術(shù)對(duì)重型汽車變速器潤滑系統(tǒng)潛在失效模式及危害程度進(jìn)行分析和推斷，是準(zhǔn)確預(yù)防潤滑失效的有效手段。

（3）通過對(duì)變速器潤滑系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果證明設(shè)計(jì)的專用潤滑油泵、采用的全新強(qiáng)制潤滑加輔助噴淋潤滑技術(shù)是有效的。

［1］ 2012年中國汽車產(chǎn)銷量連續(xù)四年全球第一［DB／OL］.［2013－01－12］.http：／／www.askci.com.

［2］ 武正河.變速箱總成強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)：中國，20127930.4［P］.2007－11－14.

［3］ 原果田.DC16J200T汽車變速器設(shè)計(jì)特點(diǎn)剖析［J］.機(jī)械傳動(dòng)，2011，35（11）：48－51.