油溫對(duì)驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率影響測(cè)試研究

王恩鵬 張林濤 王勇哲 李旭偉

摘 要：現(xiàn)如今大多數(shù)驅(qū)動(dòng)橋主減速器采用的是準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)，這種準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)有更好嚙合性且傳動(dòng)平穩(wěn)，能承載較大的載荷。隨著人們對(duì)汽車舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，驅(qū)動(dòng)橋的效率和振動(dòng)噪聲水平越來(lái)越受到重視，從而使得對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)的相關(guān)技術(shù)要求就越來(lái)越高[1]，因此，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋總成的傳動(dòng)效率有著更大的研究空間。本文以某商用車驅(qū)動(dòng)橋總成為研究對(duì)象，通過(guò)臺(tái)架測(cè)試分析不同油溫對(duì)其傳動(dòng)效率的影響。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋 傳動(dòng)效率 準(zhǔn)雙曲面齒輪

驅(qū)動(dòng)橋作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件之一，擔(dān)負(fù)著將由傳動(dòng)軸或變速器傳遞來(lái)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配到左右側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪，最終推動(dòng)汽車行駛的重要作用。在這一過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)橋需要完成傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)換、增矩降速、以及左右輪差速等基本功能，對(duì)整車行駛時(shí)的動(dòng)力性有著直接的影響，因此對(duì)于其傳動(dòng)效率有著更高的要求。驅(qū)動(dòng)橋主減速器和差速器總成是由不同齒輪結(jié)構(gòu)組成，齒輪傳動(dòng)是當(dāng)今機(jī)械結(jié)構(gòu)中最常見的機(jī)械傳動(dòng)形式，應(yīng)用極為廣泛。它相比于帶、鏈條、液壓等機(jī)械傳動(dòng)有著更高的傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比更準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、功率范圍大等一系列優(yōu)勢(shì)。齒輪傳動(dòng)伴隨著各齒輪之間相互摩擦，會(huì)使齒輪和潤(rùn)滑油產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致齒輪熱變形以及齒面長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)損壞齒面，影響傳動(dòng)效率，降低汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，所以本文對(duì)于某種車型驅(qū)動(dòng)橋在不同油溫下進(jìn)行測(cè)試，研究其傳動(dòng)效率有何影響。

1 傳動(dòng)效率相關(guān)計(jì)算

目前驅(qū)動(dòng)橋主減速器總成多數(shù)采用準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)方式，其突出特性包括：輪齒強(qiáng)度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小、傳動(dòng)效率好。準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)也是一種齒輪傳動(dòng)方式，在任何機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中都會(huì)存在各種各樣的能量損失，當(dāng)今的機(jī)械傳動(dòng)正朝著大功率、小體積、高效能以及長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展[2]。驅(qū)動(dòng)橋總成傳動(dòng)效率是衡量驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作性能的重要指標(biāo)之一，通過(guò)提高傳動(dòng)效率可改善汽車行駛效率從而可以減少燃油消耗降低排放[3]。

汽車在行進(jìn)過(guò)程中，動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給變速器再通過(guò)傳動(dòng)軸把動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)橋主減速器，主減速器通過(guò)差速器再把動(dòng)力合理分配給兩端車輪，所以在傳動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的能源損耗。傳動(dòng)系功率損失一般包括液力損失和機(jī)械損失兩種方式，其中液力損失主要是旋轉(zhuǎn)零部件攪油損失、旋轉(zhuǎn)零部件與潤(rùn)滑油之間的摩擦等產(chǎn)生的功率損失，且與潤(rùn)滑油油面高度、油品、動(dòng)力粘度、工作溫度、以及齒輪轉(zhuǎn)速等有關(guān);機(jī)械損失主要以齒輪副之間嚙合、油封和軸承摩擦等損失有關(guān)。

2 試驗(yàn)臺(tái)架及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)使用臺(tái)架

本次測(cè)試使用設(shè)備布置形式為T字形臺(tái)架，是一臺(tái)專門為驅(qū)動(dòng)橋等旋轉(zhuǎn)類零部件相關(guān)試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)架。臺(tái)架由三臺(tái)可變速比減速箱、三臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一套組裝平臺(tái)及電力控制系統(tǒng)組成。交流電力測(cè)功機(jī)是使用三相交流電機(jī)作為加載設(shè)備，通過(guò)變頻器提供可變頻率的驅(qū)動(dòng)電源，精確控制其轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。與其他測(cè)功機(jī)相比，交流測(cè)功機(jī)具有功率容易控制，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)靈活多樣、高效節(jié)能和可靠性高等特點(diǎn)。

此驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率測(cè)試臺(tái)架主要特點(diǎn)：以CAC系列交流電力測(cè)功機(jī)是動(dòng)力機(jī)械功率試驗(yàn)的負(fù)載。標(biāo)準(zhǔn)的CAC系列交流電力測(cè)功機(jī)由一臺(tái)交流電機(jī)，一套轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器、底座及與動(dòng)力機(jī)械連接的法蘭，一套可四象限運(yùn)行的ACS交流變頻調(diào)速與配電系統(tǒng)，一臺(tái)交流電力測(cè)功機(jī)測(cè)控儀組成。其工作原理是將交流電機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)ACS變頻器逆變?yōu)橹绷麟娙缓笤倌孀優(yōu)榻涣麟娚暇W(wǎng)。ACS交流變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)電機(jī)的上網(wǎng)電流來(lái)控制原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。

CAC系列電力測(cè)功機(jī)應(yīng)用范圍十分廣泛，但主要還是應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)性能、出廠試驗(yàn)及汽車傳動(dòng)部件（變速箱、驅(qū)動(dòng)橋、傳動(dòng)軸、同步器）的性能、壽命試驗(yàn)。

2.2 傳動(dòng)效率測(cè)試試驗(yàn)

按照驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)際使用工況，制定測(cè)試工況，具體測(cè)試方案如下：

（1）首先按照設(shè)計(jì)把驅(qū)動(dòng)橋安裝到試驗(yàn)臺(tái)架上，并加以緊固，再將保護(hù)罩安裝好，保證測(cè)試安全。

（2）按照驅(qū)動(dòng)橋規(guī)定加注GL-5/85W潤(rùn)滑油，進(jìn)行試驗(yàn)前磨合：按照、、三個(gè)階段先后進(jìn)行磨合，每個(gè)階段磨合時(shí)間為2h，在階段磨合結(jié)束后觀察傳動(dòng)效率值浮動(dòng)情況，浮動(dòng)在±1%內(nèi)方可進(jìn)行測(cè)試。

（3）驅(qū)動(dòng)橋潤(rùn)滑油在60℃、80℃、90℃三種不同油溫下，在轉(zhuǎn)速、扭矩相同情況下進(jìn)行傳動(dòng)效率測(cè)試，并對(duì)比測(cè)試結(jié)果。

試驗(yàn)測(cè)試工況以及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片詳見表1和圖2。

3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比

通過(guò)試驗(yàn)采集傳動(dòng)效率測(cè)試數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)以折線圖的形式直觀的反映出在三種不同工作油溫下對(duì)其傳動(dòng)效率的影響情況，坐標(biāo)系以扭矩的大小作為橫軸，效率的高低作為縱軸，在相同轉(zhuǎn)速、不同扭矩下的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)帶平滑的散點(diǎn)圖來(lái)繪制傳動(dòng)效率曲線，具體測(cè)試結(jié)果曲線如圖3：

通過(guò)傳動(dòng)效率測(cè)試曲線能直觀反映出工作油溫的不同，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率也會(huì)有所差異。在不同油溫下，其傳動(dòng)效率也會(huì)有所改變;油溫60℃和80℃對(duì)比可看出，傳動(dòng)效率在80℃時(shí)效率更高，隨著扭矩升高效率趨于穩(wěn)定，且變化很小;80℃和90℃對(duì)比可看出，相同工況下效率值差異很小，10%、25%、50%、100%這四種工況下，90℃比80℃的效率要低;由此得出，影響驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率降低的其中一個(gè)因素是因?yàn)殡S著工作油溫的升高，主減速器齒輪自身的熱變形嚴(yán)重，齒輪嚙合時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。

4 結(jié)論

1）齒輪的傳動(dòng)效率與其功率損失成反比，當(dāng)齒輪傳動(dòng)效率低，齒輪嚙合會(huì)產(chǎn)生大量熱量使主減速器潤(rùn)滑油溫度急劇升高，破壞驅(qū)動(dòng)橋的潤(rùn)滑系統(tǒng)，導(dǎo)致主減速器齒輪失效（齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合等）。

2）試驗(yàn)證明，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率將隨著加載扭矩的增加而逐漸上升。

3）隨著工作油溫的升高，傳動(dòng)效率不一定高。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙木青，準(zhǔn)雙曲面齒輪副對(duì)驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率的影響研究.

[2]何毅斌，齒輪減速器傳動(dòng)效率的測(cè)量與研究.

[3]占銳，重型汽車驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)效率試驗(yàn)臺(tái)及方法研究.