潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)機(jī)械式變速器換擋性能影響分析

趙康

法士特汽車傳動(dòng)工程研究院實(shí)驗(yàn)中心，陜西西安 710077

0 引言

在我國(guó)以北的地區(qū)，氣溫常年都在零度以下，有時(shí)甚至低于零下30 ℃，如此低的溫度下，對(duì)于手動(dòng)機(jī)械式變速器的換擋性能有很大的影響。東北的服務(wù)站常常會(huì)反饋?zhàn)兯倨髟诶滠噯?dòng)的幾十分鐘內(nèi)，變速器掛擋容易出現(xiàn)打齒現(xiàn)象。針對(duì)這種低溫下的打齒現(xiàn)象，本文針對(duì)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)機(jī)械式變速器換擋性能影響進(jìn)行分析。

1 潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度介紹

運(yùn)動(dòng)黏度是一種條件黏度，是在某一恒定溫度下，測(cè)定一定體積的流體在重力作用下流過一個(gè)標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計(jì)的時(shí)間，黏度計(jì)的毛細(xì)管系數(shù)與流動(dòng)時(shí)間的乘積，即為該溫度下測(cè)定流體的運(yùn)動(dòng)黏度。

運(yùn)動(dòng)黏度是流體內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性，在層流狀態(tài)下反映流體流動(dòng)性能。運(yùn)動(dòng)黏度是潤(rùn)滑油最重要的質(zhì)量指標(biāo)，也是選用潤(rùn)滑油的一項(xiàng)重要依據(jù)，正確選擇潤(rùn)滑油的黏度是保證機(jī)械變速器正常工作的前提。針對(duì)手動(dòng)機(jī)械式變速器，潤(rùn)滑油黏度過大，則變速器運(yùn)轉(zhuǎn)阻力矩增大，消耗功率增加，也會(huì)造成潤(rùn)滑油不能迅速及時(shí)地流到齒輪、同步器等需要潤(rùn)滑的表面，影響正常的潤(rùn)滑，增加機(jī)械磨損；如果選用的潤(rùn)滑油黏度過小，就難以形成足夠厚度的油膜，使摩擦面間不能保證正常而連續(xù)的潤(rùn)滑層，也會(huì)造成機(jī)械的磨損，因此變速器所用的潤(rùn)滑油黏度應(yīng)適當(dāng)。

2 變速器潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的影響因素分析

2.1 潤(rùn)滑油溫度對(duì)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的影響

從潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的定義可以得到，運(yùn)動(dòng)黏度指的是某一特定溫度下阻止其內(nèi)部流體流動(dòng)的特性，可見溫度對(duì)于潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的影響是最大的因素之一。潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度隨溫度的變化而變化，當(dāng)潤(rùn)滑油溫度升高時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度減小，潤(rùn)滑油溫度降低時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度增大。

油品運(yùn)動(dòng)黏度與溫度間關(guān)系可用沃爾特(Walher)雙對(duì)數(shù)公式描述：

lglg(+)=+lg

(1)

式中:為油品在絕對(duì)溫度時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度，mm/s；

、分別為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，為正值，為負(fù)值，隨油品性質(zhì)不同而變化；

為石油產(chǎn)品的常數(shù)(我國(guó)取065，國(guó)外取08)；

為油品絕對(duì)溫度，K。

當(dāng)已知兩個(gè)溫度下的油品黏度，分別代入公式(1)中，即可計(jì)算得到常數(shù)和，從而便可計(jì)算該油品任意溫度下的黏度。由公式關(guān)系可知，黏度值隨溫度值的升高而下降。表1為試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)量結(jié)果，變速器掛入某擋位，輸出軸接電機(jī)，當(dāng)電機(jī)達(dá)到最大扭矩400 N·m左右時(shí)變速器輸出軸的最大轉(zhuǎn)速。

表1 試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)量結(jié)果

由表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，潤(rùn)滑油溫度越低，潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度越大;潤(rùn)滑油溫度越高，潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度越小。

2.2 水分對(duì)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的影響

如果潤(rùn)滑油中有水分，當(dāng)溫度過高時(shí)，水分會(huì)氣化，在潤(rùn)滑油中就會(huì)有氣泡，影響潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度；如果溫度過低，低于0 ℃，水分在潤(rùn)滑油中凝結(jié)，從而使得潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度增大。潤(rùn)滑油中的水分也會(huì)促使?jié)櫥桶l(fā)生變質(zhì)，從而影響潤(rùn)滑油的黏度。

2.3 雜質(zhì)對(duì)潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的影響

由于潤(rùn)滑油中含有機(jī)械雜質(zhì)，機(jī)械雜質(zhì)會(huì)附著于齒輪或者同步器的潤(rùn)滑表面，阻止?jié)櫥偷牧鲃?dòng)，就會(huì)提高潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度；同時(shí)潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)如銅、鐵、鋁等，將會(huì)加速潤(rùn)滑油的氧化，從而影響潤(rùn)滑油的黏度。

3 潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)同步器換擋性能的影響分析

潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度的變化，將影響潤(rùn)滑油到達(dá)潤(rùn)滑表面的速度和在潤(rùn)滑表面建立油膜的厚度，從而影響同步器換擋過程中的同步力、同步時(shí)間和換擋時(shí)間以及同步器沖量。

3.1 運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)主箱同步器換擋性能的影響

將6擋變速器中加入75W-80、75W-90、80W-90潤(rùn)滑油進(jìn)行臺(tái)架性能試驗(yàn)，變速器臺(tái)架實(shí)物如圖1所示。

圖1 變速器臺(tái)架實(shí)物

測(cè)試以上3種油品在不同溫度下的1→2和2→1擋的同步器換擋性能數(shù)據(jù)，將6擋變速器冷凍至-20 ℃后，開始同步器性能試驗(yàn)，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2和表3。

對(duì)比表2和表3的數(shù)據(jù)可以得到：

(1)75W-80、75W-90、80W-90這3種型號(hào)的潤(rùn)滑油，在同一個(gè)溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度不斷增大。在零度以下時(shí)，75W-90、80W-90兩種型號(hào)的潤(rùn)滑油出現(xiàn)換擋打齒，可以看到過大的運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)于同步器換擋是不利的，容易出現(xiàn)打齒。

(2)1 →2換擋過程中，3種油品隨著油溫不斷升高，同步?jīng)_量不斷增大，溫度越低增幅越大(如-20～20 ℃變化斜率較大)； 2→1換擋過程中，3種油品隨油溫不斷升高，同步?jīng)_量不斷減小，溫度越低減幅越大(如-20～20 ℃變化斜率較大)。

(3)油品的運(yùn)動(dòng)黏度越大(在可以進(jìn)行變速器正常換擋的黏度范圍內(nèi))對(duì)同步器升擋過程是有利的，因?yàn)橥狡髟谏龘踹^程中，一軸轉(zhuǎn)速是降轉(zhuǎn)速過程，油品的運(yùn)動(dòng)黏度大，產(chǎn)生的阻力矩大，有利于一軸轉(zhuǎn)速下降。但溫度太低(油的運(yùn)動(dòng)黏度太大)會(huì)導(dǎo)致一軸轉(zhuǎn)速下降太快，在換到擋位之前一軸轉(zhuǎn)速已下降至換擋位后的轉(zhuǎn)速以下時(shí)，同步器的工作過程由原來的“升擋過程，一軸轉(zhuǎn)速是降轉(zhuǎn)速過程”，變?yōu)椤吧龘踹^程，升轉(zhuǎn)速過程”。

(4)油品的運(yùn)動(dòng)黏度越大對(duì)同步器降擋過程是不利的，由于同步器在降擋過程中，一軸轉(zhuǎn)速是升轉(zhuǎn)速的過程，油品的運(yùn)動(dòng)黏度大，產(chǎn)生的阻力矩大，不利于一軸轉(zhuǎn)速的上升。

(5)75W-80、75W-90、80W-90這3種油品在油溫超過40 ℃時(shí)，其運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)同步器的換擋性能影響會(huì)明顯減小。

表2 1→2換擋過程中測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 2→1換擋過程中測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

溫度為-16 ℃時(shí)1→2換擋的變化曲線如圖2所示。

圖2 溫度為-16 ℃時(shí)1→2換擋的變化曲線

3.2 運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)副箱同步器換擋性能的影響

12擋變速器加入85W-90潤(rùn)滑油，在臺(tái)架上進(jìn)行6/7擋(預(yù)選)同步器換擋性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 同步器換擋性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4可以得到，85W-90潤(rùn)滑油隨著溫度的升高，運(yùn)動(dòng)黏度變小，對(duì)于副箱同步器換擋有利，溫度越低，運(yùn)動(dòng)黏度越大，副箱換擋時(shí)間變長(zhǎng)，越不容易換擋。

4 結(jié)束語

影響潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度最大的一個(gè)因素就是溫度，同樣影響同步器換擋性能最大的因素也是溫度，通過以上的理論分析，對(duì)變速器選擇合適的潤(rùn)滑油有重要的意義，特別是在低溫的情況下，對(duì)于潤(rùn)滑油的黏度要求更高，所以可以得到合適的潤(rùn)滑油不僅可以實(shí)現(xiàn)變速器良好的換擋性能，也可以對(duì)變速器的使用壽命得到保障。