自動(dòng)變速器加油量的研究

鄭海兵，王中華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

自動(dòng)變速器加油量的研究

鄭海兵，王中華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

自動(dòng)變速器的加油量是自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的最先需要確定的參數(shù)，因?yàn)榧佑土康亩嗌?，?huì)影響到變速器的基本功能，變速器的效率，甚至影響到變速器的可靠性。文章從變速器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證兩個(gè)方面，介紹了如何確定變速器加油量的方法。

自動(dòng)變速器油；潤(rùn)滑；油位；測(cè)試

CLC NO.:U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-47-03

概述

自動(dòng)變速器油就像人身體中的血液一樣，主要包含實(shí)現(xiàn)以下的功能：

1）動(dòng)力傳遞功能，例如，雙離合器及液力變矩器動(dòng)力的傳遞, 離合器及制動(dòng)器的接合，同步器換擋功能的實(shí)現(xiàn)。

2）冷卻功能，例如，離合器，齒輪，同步器在摩擦的過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，均需要通過(guò)油液的循環(huán)將這些熱量帶走；

3）潤(rùn)滑功能，例如，齒輪和軸承在運(yùn)行的過(guò)程中，潤(rùn)滑油在其表面形成油膜，防止了齒輪和軸承的點(diǎn)蝕和膠合失效，有效地延長(zhǎng)這些部件的壽命；

4）清潔功能，油液在循環(huán)的過(guò)程中，將齒輪和各個(gè)部件上的磨損的污染物及時(shí)帶走，通過(guò)設(shè)置在油路循環(huán)系統(tǒng)中的過(guò)濾器將其收集。

5）防銹功能，變速器部件在變速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有部件覆蓋一層油膜，有效防止零部件因生銹而導(dǎo)致的功能失效。

油在變速器中有以上諸多的功能，可見(jiàn)油液對(duì)自動(dòng)變速器的重要性，變速器必須有合適的加油量，才能保證以上功能的實(shí)現(xiàn)，如果加油量過(guò)少，一方面會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)變速器油泵的吸空，壓力無(wú)法建立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞要求，另一方面，會(huì)導(dǎo)致變速器冷卻潤(rùn)滑不足，進(jìn)而導(dǎo)致變速器零部件燒蝕而失效。如果加油量過(guò)多，一方面會(huì)導(dǎo)致變速器因內(nèi)部損失過(guò)大（齒輪及其他旋轉(zhuǎn)部件的攪油）造成的變速器性能的降低，另一方面，加油過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致變速器在運(yùn)行的過(guò)程中，油液從變速器中溢出，造成環(huán)境的污染。

如何定義合適的變速器加油量，則是在變速器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，第一步，需要解決的問(wèn)題。

1 變速器加油量設(shè)計(jì)要求

變速器加油量的設(shè)計(jì)，需要考慮變速器潤(rùn)滑系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)用油的需求。變速器內(nèi)部加油量多少與變速器的油位的高低呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，油位高則變速器加油多，油位低則變速器加油量少。

1.1 變速器潤(rùn)滑的需求

變速器油潤(rùn)滑的對(duì)象，包含了齒輪，軸承，同步器，離合器等部件，而這些部件潤(rùn)滑方式無(wú)外乎兩種，強(qiáng)制潤(rùn)滑及飛濺潤(rùn)滑。

強(qiáng)制潤(rùn)滑，一般通過(guò)液壓系統(tǒng)的循環(huán)，形成壓力油，對(duì)零部件進(jìn)行強(qiáng)制性潤(rùn)滑；而飛濺潤(rùn)滑，則需要旋轉(zhuǎn)部件浸在油液中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，將油液攪動(dòng)起來(lái)，帶入到其他部件，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的要求。為了保證潤(rùn)滑的效果，旋轉(zhuǎn)部件必須有一定的浸入深度，但不能浸入太深，浸入太深，會(huì)因?yàn)閿囉蛯?dǎo)致效率降低，同時(shí)導(dǎo)致熱量的增加。在變速器中，齒輪為典型的旋轉(zhuǎn)部件，一般情況下，齒輪的浸油深度為該齒輪的1～3模數(shù)為宜。

以下為某DCT 油位設(shè)計(jì)，輸出軸齒輪浸入到油液中，對(duì)油液攪動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛濺潤(rùn)滑的需求。輸出軸齒輪的模數(shù)2.5，浸入深度的系數(shù)取中值為2，則齒輪浸入深度則為5mm，此時(shí)，按照齒輪浸入深度，則可以完成變速器最低油位的初定義。

圖1 變速器設(shè)計(jì)油位

1.2 液壓系統(tǒng)用油的需求

在電控液動(dòng)的自動(dòng)變速器中，液壓油作為自動(dòng)變速器的動(dòng)力源的載體，實(shí)現(xiàn)離合器接合與脫開(kāi)，檔位的切換及強(qiáng)制潤(rùn)滑。整車在行駛過(guò)程中，存在多種姿態(tài)，加速，減速，轉(zhuǎn)彎，爬坡等等，而此時(shí)變速器油位不是一成不變的，而隨著這些工況的變化而變化。自動(dòng)變速器中的加油量，必須保證變速器在以上的工況中，都能夠使得變速器油泵吸到油液，不能油吸空現(xiàn)象的發(fā)生。

根據(jù)2.1定義的變速器油位定義出變速器初步的加油量，通過(guò)仿真的手段，可以得到模擬整車各個(gè)工況（加速，減速，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎）的油位值，然后將各個(gè)油平面求解交集，然后檢查此交集區(qū)域，是否在自動(dòng)變速器吸入式過(guò)濾器吸口之內(nèi)或滿足吸入式過(guò)濾器吸入口設(shè)計(jì)的要求。如交集區(qū)域暴露在吸入式過(guò)濾器的吸口之外或不滿足過(guò)濾器的設(shè)計(jì)要求，則必須通過(guò)增加油量，來(lái)提升變速器的油位。

圖2～圖4介紹的是為某DCT變速器在各姿態(tài)下的油液面及油液面的交集，油液面的交集，須布置在變速器吸入式過(guò)濾器吸口的內(nèi)部。

圖2 加速和減速姿態(tài)下的變速器油液面

圖3 變速器在左、右轉(zhuǎn)彎姿態(tài)下的油液面

圖4 變速器在各姿態(tài)下油液面的交集

1.3 變速器部件設(shè)計(jì)對(duì)加油量的影響

變速器一部分部件的設(shè)計(jì)，會(huì)對(duì)變速器的油位造成影響，例如，殼體的設(shè)計(jì)，齒軸的布置等。

1）殼體是一個(gè)不規(guī)則的內(nèi)腔，殼體的設(shè)計(jì)過(guò)程，要留有足夠的間隙，保證油液能夠順利的返回到油底殼，同時(shí)保證油液面隨溫度變化的過(guò)程中，防止油液在局部區(qū)域形成堆積。

2）變速器的布置過(guò)程中，要保證吸入式過(guò)濾器在變速器的最底部，對(duì)于前橫置前驅(qū)動(dòng)變速器，差速器在布置過(guò)程中，要盡量降低差速器齒輪的浸油深度，如有需要，必須設(shè)計(jì)有差速器齒輪擋油板，防止差速器的轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)油液面過(guò)度波動(dòng)而造成影響。

3）油液會(huì)受溫度的影響熱脹冷縮，為保證密封的安全性，變速器內(nèi)部的氣壓必須與外面相等，變速器的通氣閥則是保證變速器內(nèi)外氣壓平衡的關(guān)鍵部件。通氣閥一般布置在變速器頂部，且垂直于水平面布置安裝。通氣閥設(shè)計(jì)上，要保證與外界大氣相通，同時(shí)要防止外界雜質(zhì)及污染物顆粒進(jìn)入變速器內(nèi)部。

2 變速器加油量的驗(yàn)證

變速器加油量的驗(yàn)證通過(guò)兩個(gè)級(jí)別的驗(yàn)證來(lái)完成，第一級(jí)別為臺(tái)架驗(yàn)證，第二級(jí)別為整車的驗(yàn)證。

2.1 變速器油位臺(tái)架驗(yàn)證

變速器油位的臺(tái)架驗(yàn)證即確定變速器最佳的加油量，包含以下幾個(gè)方面，變速器最低油位的驗(yàn)證，變速器最高油位的驗(yàn)證，油位隨油量的變化測(cè)試，油位隨檔位的變化測(cè)試。油位臺(tái)架試驗(yàn)需要模擬整車工況，通常在變速器專用的潤(rùn)滑測(cè)試臺(tái)架（可傾斜各種角度）來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖5為某變速器油位測(cè)試過(guò)程。

1）變速器最低油位的驗(yàn)證

油液受熱脹冷縮的影響，當(dāng)在低溫時(shí)，變速器的油位是最低的，將潤(rùn)滑測(cè)試臺(tái)架上傾斜一定角度（通常為16.7°），在-30℃，以一定的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)變速器，檢查變速器是否有吸空現(xiàn)象的發(fā)生。變速器最低油位的設(shè)計(jì)要求，在各傾斜姿態(tài)下，在-30℃，不允許油壓波動(dòng)超過(guò)±1.5bar（參見(jiàn)圖6，區(qū)域A壓力波動(dòng)為6bar，發(fā)生吸空，區(qū)域B 壓力波動(dòng)1bar，吸空消失）或吸空聲音（哧哧聲）的發(fā)出。通過(guò)以上的驗(yàn)證，即可確定變速器的最低油位，即確定變速器最少的加油量。

圖6 低溫下的主壓力曲線

2）變速器最高油位的驗(yàn)證

同理，在最高溫度（120℃）時(shí)，變速器的油位是最高的，以變速器最高檔位，最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)變速器，在最少的加油量基礎(chǔ)上，不斷加入油液，直至變速器油液從呼吸口處噴出。則得到變速器最高的油位，即變速器最大的加油量。

3）變速器油位隨油量測(cè)試

該項(xiàng)測(cè)試的目的檢查變速器油位隨油量是否呈線性關(guān)系，參考圖7為某DCT油位隨油量的變化曲線（油量多則油位升高，油量少則油位降低），檢查變速器殼體在設(shè)計(jì)過(guò)程中是否產(chǎn)生油液的堆積。

圖7 某DCT油位隨油量的變化曲線

4）油位隨檔位的變化測(cè)試

該項(xiàng)測(cè)試則是檢查變速器在各檔位下，因?yàn)檗D(zhuǎn)速的不同，導(dǎo)致齒輪攪油劇烈程度不同，而造成對(duì)油位的影響。如油位隨檔位波動(dòng)過(guò)大，則必須設(shè)計(jì)合理的防攪油結(jié)構(gòu)。

2.2 整車油位驗(yàn)證

在整車中，進(jìn)行整車油位的驗(yàn)證也是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，通過(guò)臺(tái)架驗(yàn)證環(huán)節(jié)中得到的加油量，進(jìn)行加油，通過(guò)整車在專門的試驗(yàn)道路中進(jìn)行以整車最大加速度加速，以整車最大的制動(dòng)減速度減速，以一定的角速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)（模擬轉(zhuǎn)彎），在各工況下，變速器不得發(fā)生吸空，變速器實(shí)際壓力與期望壓力實(shí)現(xiàn)即時(shí)的跟隨，參考圖8，因?yàn)榧佑土康脑O(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致急減速下，發(fā)生了實(shí)際壓力的掉坑。

圖8 急減速工況下壓力曲線

3 總結(jié)

自動(dòng)變速器的加油量是自動(dòng)變速器開(kāi)發(fā)過(guò)程中的第一步，因?yàn)榧佑土康亩嗌?，?huì)影響到變速器后續(xù)試驗(yàn)的開(kāi)展。設(shè)計(jì)合適的變速器加油量，一方面可以使得變速器的性能得到充分的發(fā)揮，另一方面可以獲得相對(duì)合適的零部件成本。

[1] 黃宗益等.現(xiàn)代轎車自動(dòng)變速器原理和設(shè)計(jì).[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,2006.

[2] 張逸,凌振國(guó)等.自動(dòng)變速器油位設(shè)計(jì)及驗(yàn)證.[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械,2014.

[3] 溫華明,楊士先,王中華.液動(dòng)自動(dòng)變速器吸油口位置設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法.[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016.

A study Of Automatic Transmission’s Oil Volume

Zheng Haibin, Wang Zhonghua
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Oil volume is first parameter during the development of Auto transmission. Oil volume will affect transmission’s basic performance , transmission efficiency and the components reliability. This paper will introduce how to define the transmission oil volume from transmission system design and test requirement.

Automatic transmission fluid; lubrication; oil level; test

U463

A

1671-7988 (2017)13-47-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.015

鄭海兵，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。