潤(rùn)滑油對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)效率影響的研究

史經(jīng)升 程傳臻 常玉朋 于滕達(dá) 付彥茹 阮鷗 袁成逸

關(guān)鍵詞：油液粘度;臺(tái)架測(cè)試;傳動(dòng)效率;潤(rùn)滑油;減速器

0 引言

齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是最重要的一種傳動(dòng)系統(tǒng)，用于傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞是在齒輪機(jī)構(gòu)中每對(duì)齒輪副嚙合齒面的相互作用、相對(duì)運(yùn)動(dòng)中完成的，其間必然產(chǎn)生摩擦。為避免零件間直接摩擦，需要合適的潤(rùn)滑劑將工作面隔開，以保持齒輪副的工作效率和延長(zhǎng)使用壽命。齒輪傳動(dòng)中采用需采用齒輪潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑。

潤(rùn)滑油的主要作用有2 個(gè)：一是流體動(dòng)力潤(rùn)滑和彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑;二是邊界潤(rùn)滑。傳動(dòng)系統(tǒng)在車輛起動(dòng)、停車、低速重載荷及沖擊載荷條件下工作時(shí)，主要是邊界潤(rùn)滑;在高速及載荷不高時(shí)主要是彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油主要作用在每對(duì)齒輪副嚙合齒面上和軸承內(nèi)外滾道與滾子之間，保持傳動(dòng)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)件在工作溫度下正常運(yùn)行。

目前車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪潤(rùn)滑油型號(hào)種類繁多，按潤(rùn)滑油性能主要分為：普通車輛齒輪油（GL-3）、中負(fù)荷車輛齒輪油（GL-4）、重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）、手動(dòng)變速用油（MT-1）和驅(qū)動(dòng)橋用油（PG-2）。

車輛齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油的特點(diǎn)及性能包括：①抗擦傷、抗磨損、抗疲勞;②抗極壓性、抗熱氧化安定性、抗腐蝕性、抗銹蝕性和抗泡沫性;③流變性、承載性、水解安定性、耐久性和貯存穩(wěn)定性;④具有易在嚙合齒面形成潤(rùn)滑油膜。

1 試驗(yàn)樣件性能參數(shù)及測(cè)試方法

1.1 樣件性能參數(shù)

某純電動(dòng)車型（BEV）使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——單擋減速器（GRS-01），參數(shù)如表1 所示。

1.2 試驗(yàn)與測(cè)試方法

臺(tái)架測(cè)試設(shè)備要求三電機(jī)三軸臺(tái)架試驗(yàn)，首先將樣件按磨合工況進(jìn)行磨合試驗(yàn)，然后按效率測(cè)試工況進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試。

磨合工況：輸入扭矩60±5 N · m，輸入轉(zhuǎn)速2 400±10 r/min，正轉(zhuǎn)1 h，反轉(zhuǎn)0.5 h。

傳動(dòng)效率測(cè)試條件：減速器正轉(zhuǎn)，分別加注潤(rùn)滑油X 和潤(rùn)滑油Y， 加注油量1.7±0.1 L， 并分別在油溫-17±7.5 ℃、20±7.5℃和80±7.5℃進(jìn)行效率測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 磨合結(jié)果

樣機(jī)加注1.7 L 潤(rùn)滑油后按磨合工況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)軸承卡滯、傳動(dòng)異響，無滲漏油等異常，試驗(yàn)結(jié)束后各密封結(jié)合面、通氣閥和油封位置均無異物。

2.2 傳動(dòng)效率測(cè)試結(jié)果

（1）樣件加注潤(rùn)滑油X，在-17℃下傳動(dòng)效率見圖1 ;在20℃下傳動(dòng)效率見圖2 ;在80℃下傳動(dòng)效率見圖3。

（2）樣件加注潤(rùn)滑油Y，在-17℃下傳動(dòng)效率見圖4 ;在20℃下傳動(dòng)效率見圖5 ;在80℃下傳動(dòng)效率見圖6。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過潤(rùn)滑油X 和潤(rùn)滑油Y 傳動(dòng)效率測(cè)試數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論：在不同油溫下平均傳動(dòng)效率會(huì)有差異，具體如下。

（1） 在低溫-17±5 ℃ 時(shí)， 潤(rùn)滑油X 的平均傳動(dòng)效率為93.73%，潤(rùn)滑油Y 的平均傳動(dòng)效率為94.81%，潤(rùn)滑油Y 相對(duì)于X 平均傳動(dòng)效率提升1.08%。

（2）在常溫2 0 ± 5 ℃ 時(shí)， 潤(rùn)滑油X 的平均傳動(dòng)效率為95.87%，潤(rùn)滑油Y 的平均傳動(dòng)效率為96.30%，潤(rùn)滑油Y 相對(duì)于X 的平均傳動(dòng)效率提升0.43%。

（3） 在油溫80±5 ℃ 時(shí)， 潤(rùn)滑油X 的平均傳動(dòng)效率為96.40%，潤(rùn)滑油Y 的平均傳動(dòng)效率為96.25%，潤(rùn)滑油Y 相對(duì)于X 的平均傳動(dòng)效率下降0.15%。

潤(rùn)滑油X 和潤(rùn)滑油Y 的具體性能參數(shù)如表2。

通過對(duì)減速器傳動(dòng)效率的測(cè)試數(shù)據(jù)說明：①在低溫-17±5℃和常溫20±5℃時(shí)，油液的粘度越低，傳動(dòng)效率越高;②在油溫80±5℃時(shí)，油液粘度值越低，效率降低，說明油膜建立抗磨性變差，導(dǎo)致傳動(dòng)效率減低。

3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）潤(rùn)滑油的粘度對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率有影響。

（2）不同溫度下同種潤(rùn)滑油對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率影響不同，潤(rùn)滑油X 在油溫80 ℃ 時(shí)比-17 ℃ 時(shí)的平均傳動(dòng)效率提升約2.67% ;潤(rùn)滑油Y 在油溫80℃時(shí)比-17℃時(shí)的平均傳動(dòng)效率提升約1.44%， 但傳動(dòng)效率最高點(diǎn)在油溫約20℃時(shí)，平均效率能達(dá)到96.30%。

（3）傳動(dòng)系統(tǒng)常用油溫在80±10℃，故選擇合適的潤(rùn)滑油型號(hào)才能滿足最好的使用性能要求。并不是潤(rùn)滑油粘度越低傳動(dòng)效率越高，要同步考慮車輛使用工況條件，綜合評(píng)估后再來選定潤(rùn)滑油品。

（4）潤(rùn)滑油對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有影響，不僅要考慮傳動(dòng)效率，同步要兼顧到齒輪和軸承的使用壽命，以及減速器的NVH 水平。使用粘度高的潤(rùn)滑油時(shí)，NVH 會(huì)下降2 ～ 3 dB，傳動(dòng)效率會(huì)在某些工況下下降0.43% ～ 1.08%。粘度高的潤(rùn)滑油在80℃時(shí)形成的油膜更好，對(duì)齒軸延長(zhǎng)壽命更有益。