汽車變速器油位研究

吳偉

摘 要：變速器作為傳統(tǒng)汽車最重要的傳動部件，其設計開發(fā)在整車項目開發(fā)過程中占有重要地位，而變速器油作為其內部最重要的工作介質，變速器油位是變速器開發(fā)中首先要考慮的因素。本文通過對變速器開發(fā)中變速器油位設計的關鍵因素進行研究，為變速器油位開發(fā)提供借鑒。

關鍵詞：變速器 變速器油 飛濺潤滑

Research of the Auto Transmission Oil Level

Wu Wei

Abstract：Transmission is the most important driving part for conventional car，the design development occupies an important position in vehicle development. As its most important working medium，oil level is the first factor to consider. Key factors to develop transmission oil level is studied in this article to provide reference to the development of the transmission oil level.

Key words：transmission，transmission oil，splash lubrication

1 前言

變速器總成作為傳統(tǒng)整車上的關鍵件，核心功能之一是實現(xiàn)不同檔位下安全可靠的傳遞動力，當變速器油位過高時，會引起變速器溢油或噴油到發(fā)動機艙;當變速器油位過低時，會引起變速器發(fā)出異常噪聲、換檔異常、零件燒蝕、直至變速器總成功能完全失效。所以研究變速器油位的設計具有重要的現(xiàn)實意義。

2 變速器油意義

積極作用：變速器油主要起潤滑、冷卻、液壓傳動等作用，對手動變速器MT來說主要用來對內部齒輪副及軸承等運轉件起潤滑及冷卻作用，對自動變速器（AT/DCT/CVT）來說，還有傳遞動力的需求，需要變速器油作為動力傳動的介質。自動變速器不僅要外接冷卻管路，還有內部的各種液壓執(zhí)行器，穩(wěn)定的油壓就至關重要，開發(fā)時就要求確保各種工況下，油泵都能吸到足夠的油液。

負面作用：變速器油在潤滑、冷卻的同時也帶走了大量的熱能量，對變速器整體傳動效率有較大影響，從效率角度來說變速器油是影響變速器傳動效率的一個關鍵因素，在變速器油位設計時，是重點考慮的一個因素。

3 油位設計原則

鑒于變速器油的作用來考慮，變速器油位的設計時，從滿足變速器基本功能考慮，必須滿足潤滑、冷卻、液壓傳動等基本功能;同時出于變速器效能最優(yōu)的考慮，又要合理兼顧傳動效率最佳化，以提升變速器的產品競爭力。

3.1 基本油位設計

不同的變速器，變速器油潤滑冷卻方式不同，結合不同的工作方式，就有不同的設計原則。一般有飛濺潤滑和強力潤滑兩種方式：飛濺潤滑主要用于齒輪類旋轉件，齒輪部分侵入油液中，在旋轉時將潤滑油帶出，甩向變速器殼體內壁及其他部件;強力潤滑主要利用變速器內設油泵的運轉，通過預設的油道將變速器油輸送到各個部件進行潤滑或傳動。

對手動變速器來說，變速器油主要靠飛濺潤滑來實現(xiàn)，設計時主要考慮飛濺潤滑時，齒輪侵入油液面的距離。而對自動變速器來說，變速器油不僅有飛濺潤滑，還需要有油泵的強力潤滑，設計時就需要兼顧考慮油泵吸油口的位置。變速器的潤滑形式確定后，一般就可以通過CAE仿真計算，來計算出變速器基本油位量。

3.2 最高油位設計

變速器油不能從通氣塞溢出來。為了保持變速器內部氣壓和外界大氣的氣壓一致，變速器上設計有通氣塞，通氣塞通常都是設計布置在變速器的最上方，而且很多變速器內部還會考慮設計擋油結構，來避免變速器油輕易飛濺到通氣塞部位。但當變速器油位過高時，變速器油就會從通氣塞處溢油。

同時變速器油越多，變速器的飛濺潤滑導致的攪油損失就越多，不利于變速器效率的提升。

3.3 最低油位設計

在基本油位的基礎上，逐漸減少油量，同時滿足各種工況下變速器基本的潤滑及油泵不吸空需求。各種工況不僅僅只是實際工作工況，還要同時考慮工作溫度的影響，尤其是最低工作溫度的確認將最為重要。

3.4 傳動效率

變速器作為傳動系關鍵件，各廠家均采取措施不斷提高變速器的綜合效率，從而降低整車油耗，并嚴格控制成本。在滿足自動變速器各零部件潤滑需求的同時，盡可能降低潤滑油的使用量，不僅會直接降低成本，也會降低因齒輪攪油帶來的效率損失。試驗數(shù)據(jù)表明，變速器傳動效率同變速器油量存在明顯的方向關系，變速器油量越多，其傳動效率就會越低。為獲得更優(yōu)的傳動效率，變速器油量越低越好。

3.5 油量公差

油量公差的確認原則上越小越好，但要綜合考慮變速器零件本身制造誤差、變速器產線加油設備精度、產線節(jié)拍、主機廠產線加油設備精度及節(jié)拍來共同決定。

4 設計關鍵因素

4.1 侵油深度

侵油深度指飛濺潤滑時的齒輪的侵入油液中的深度，一般來說，浸人油液的齒輪深度和圓周轉速有一定的關聯(lián)，如表1所示。另外，當齒輪圓周速度大于15m/s時，就不適合浸人油液中，以避免高速旋轉攪油會產生氣泡。

4.2 回油速度

飛濺潤滑時被攪起的油液如不能及時回流到底部區(qū)域，導致油位高度相對較低，所以高效的回油速度需要著重考慮，不僅能避免飛濺油液的浪費，而且能提高油液利用率，即整體上減小油液的需求量。設計上，一要避免殼體內壁有不圓滑的凹凸，而造成積油;二要合理的設置防攪油結構及導流結構，降低攪油能量損失，使其能快速流回油底殼。

4.3 溫度考慮

變速器工作適用溫度通常在-30-120范圍，作為液體的變速器油對溫度同樣敏感，不同溫度下容積的變化直接導致油位發(fā)生變化，圖1是某一變速器的變速器油溫和變速器油位對應關系。設計時溫度也需要同步考慮，主要考慮兩方面，確認最高油位時，需考慮最高溫度;而確認最低油位時，需考慮最低溫度。其中最低溫度更顯重要，其直接影響到最低油位，變速器開發(fā)時，最低油位的確認也是變速器冬季試驗的一項重要內容。

4.4 吸油口位置

對強力潤滑來說，油泵吸油口位置選取是首要考慮的因素。為保證能吸到油，通常都將吸油口布在最底部的油底殼中間位置，同時考慮到油液中雜質過濾需求，吸油口部都集成了過濾器，用來過濾油液中的雜質。過濾器的尺寸厚度，直接影響到吸油口的位置，通?？紤]滿足過濾性能的前提下，盡量減薄厚度尺寸，以使機油口盡量靠近油底殼底部。

4.5 工作角度確認

汽車在行駛時，面對各種路況，除正常的爬坡、下坡、左右轉彎、高速外，還有緊急制動、全油門加速、快速過彎，高速環(huán)道等極限工況，而變速器油液會跟隨實際工況，受坡度或本身慣性影響，油液會動態(tài)移動。在開發(fā)過程中，搜集使用工況就顯得很重要，常用的工況如表2，可以作為常規(guī)開發(fā)時設定臺架試驗的依據(jù)：

同時，針對部分極限工況，業(yè)內同仁也對這些極限工況進行了研究，比如王玲玉等[1]通過模型研究及計算油位試驗傾角的方法來考慮油位試驗位置，大家可以根據(jù)實際需求進行參考借鑒。另外，當前各個主機廠針對整車試驗都是在汽車試驗場內進行加強性試驗驗證，其中高速環(huán)道試驗是必有的一個試驗路況，某汽車試驗場內高環(huán)跑道在大環(huán)轉彎處，其最外環(huán)跑道的物理斜面最大傾角超過40度。這些極限工況，也需要在開發(fā)時進行針對性考慮。

4.6 產線設備及節(jié)拍

變速器裝配下線前需要注油進行校驗，校驗合格后需進行放油操作。變速器含油量一是受產線設備精度影響，一是受產線節(jié)拍限制。尤其是自動變速器因內部含有很多液壓元器件、油道等導致控油困難，往往靠監(jiān)控變速器校驗前后的重量來計算、控制變速器油實際含量，這就對產線設備精度提出更高要求。油量公差設計時，需提前和產線工藝人員溝通確認設備容差量，如有必要則需對設備容差提前提出精度需求，避免出現(xiàn)難以兼顧的矛盾。

5 總結

變速器油位的開發(fā)是一個系統(tǒng)工程，貫穿整個變速器開發(fā)全程，油位確定的影響因素很多，且不同的變速器類型具體考慮的關鍵因素各有不同，其中很多因素是系統(tǒng)關聯(lián)因素，在實際開發(fā)時需兼顧考慮，并針對性的進行臺架及整車路試加以驗證。

參考文獻：

[1]王玲玉等. 自動變速器油位試驗角度計算及試驗研究? [J]. 測試技術：2020（12）：170-173.

[2]嗡曉明等.機械工程師[J].機械工程師：2016（10）：87-89.

[3]陳家瑞.汽車構造（下冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社·2006.