潤滑油對變速器傳動效率的影響研究

王濤，李宏玲，孫晉松，李光明

潤滑油對變速器傳動效率的影響研究

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）

變速器作為傳動系統(tǒng)的重要組成部分，提升其效率可顯著改善傳動系統(tǒng)的整體效率。本文以某款兩軸5檔手動變速器為研究對象，通過臺架試驗研究潤滑油在相同工況下對變速器的效率影響。

變速器；傳動效率；潤滑油；臺架試驗

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

1　潤滑油的作用

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

經(jīng)過多年的研究表明，潤滑油的主要作用包括［3］：

1）降低齒輪嚙合時的齒間磨損，這對保證齒輪裝置正常運轉(zhuǎn)和延長齒輪壽命是非常重要的。

2）降低齒輪嚙合時的齒面摩擦，從而降低功率損失。

3）保護同步器，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）減少齒輪傳動過程中的噪聲、振動和沖擊。

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)在國外大都選用節(jié)能型潤滑油，取得了顯著的節(jié)能效果。節(jié)能潤滑油有三種類型：一是低粘度油；二是高粘度指數(shù)油；三是含有摩擦改進劑的油。國際上普遍采用低粘度的多級齒輪油并輔以摩擦改進劑，使變速器齒輪處于既有彈性流體動力潤滑又有邊界潤滑的混合潤滑狀態(tài)［4］。因此，目前手動變速器油的發(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、多級和長壽命手動變速器油，解決低粘度潤滑油帶來的齒輪和軸承損壞的問題。

2）致力提高燃料經(jīng)濟性的試驗方法研究，包括臺架和行車試驗［5］。

而粘溫性能是影響潤滑油節(jié)能效果的重要性能之一。多級潤滑油的特點是粘溫性能好，它能使汽車在低溫環(huán)境下或者起動溫度低的時候，油的粘度不致太高；而在高溫環(huán)境下起動或工作溫度較高時，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、傳動效率高，從而使得發(fā)動機的油耗減少，排放降低；而對不同牌號的多級油而言，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)境下或者起動溫度低的時候消耗在攪拌和內(nèi)摩擦的功率就小，其傳動效率高，節(jié)能效果就好［6］。

2　試驗方法及結(jié)果

本次選用4種不同的潤滑油進行傳動效率試驗，試驗臺架見圖1［7］。測試方法基本參照汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《汽車機械式變速器總成臺架試驗方法第一部分：微型》，步驟如下［8］：

1）將傳動系統(tǒng)樣件連接在臺架上，驅(qū)動軸兩端分別直接連接在負(fù)載電機上；變速器輸入端與驅(qū)動電機相連接，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。

3）扭矩取45 N·m、90 N·m、135 N·m、180 N·m4個。

4）油溫取80℃。

5）變速器檔位取1、2、3、4檔。

6）驅(qū)動軸夾角設(shè)定為整車設(shè)計的夾角。

7）選取4種潤滑油，用量均為2.0 L。

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

4種試驗潤滑油的相關(guān)特性參數(shù)見表1。

表1　試驗油特性參數(shù)

將4種潤滑油依次按臺架試驗方法進行試驗，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］。部分試驗數(shù)據(jù)分析見圖2-圖5。

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

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

若選用含有摩擦改進劑的低粘度潤滑油，可有效改善摩擦副的潤滑狀況，能有效地減少機械的摩擦磨損，達(dá)到降低能耗提升效率的作用。同時降低潤滑油的粘度指數(shù)可以獲得較低的工作溫度和較高的工作效率。在1、2檔時潤滑油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，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，此時效率損失主要為齒輪攪油損失，攪油損失是潤滑油的負(fù)面作用，低粘度潤滑油也無法避免。且隨著轉(zhuǎn)速逐漸增高，齒輪攪油損失（潤滑油的負(fù)貢獻(xiàn)率）逐漸增大并抵消部分潤滑油對傳動效率提供的改善率。3、4檔時潤滑油2對效率有提升效果，但是與其他油品的差異不大［10］。

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

3　總結(jié)

本文首先介紹變速器效率損失因素和潤滑油提升變速器效率的基本原理，通過變速器傳動效率的臺架試驗，說明了高質(zhì)量潤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4種潤滑油試驗數(shù)據(jù)進行分析，使用潤滑油2的變速器傳動效率最高，可在后期整車廠選用變速器潤滑油時給予指導(dǎo)。

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

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

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

［6］曹訊，張征寰.淺析車輛潤滑油及其應(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試臺的研制淺析［J］.載貨汽車，2003，（1）：48-49.

［8］QC/T568.1，汽車機械式變速器總成臺架試驗方法第一部分：微型［S］.2011.

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

［10］高勇.微型汽車變速器傳動效率的影響因素分析及試驗研究［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)計工作。