變速器攪油損失的影響因素研究

強(qiáng)登科（陜西法士特傳動(dòng)工程研究院實(shí)驗(yàn)中心，陜西 西安 710119）

?

變速器攪油損失的影響因素研究

強(qiáng)登科
（陜西法士特傳動(dòng)工程研究院實(shí)驗(yàn)中心，陜西 西安 710119）

摘要：文章?lián)p失進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)得出某型號(hào)變速器攪油功率損失值，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)定量研究變速器攪油損失與其影響因素--轉(zhuǎn)速、加油量和油溫之間的關(guān)系，并在試驗(yàn)臺(tái)模擬變速器部分實(shí)際工況，得出變速器攪油損失的一些規(guī)律。

關(guān)鍵詞：速器；攪油損失；轉(zhuǎn)速；加油量；油溫

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.033

CLC NO.: U472.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-154-03

前言

攪油損失（攪油功率損失）又稱無(wú)負(fù)荷損失，亦稱空轉(zhuǎn)功率損失，攪油損失因潤(rùn)滑方式而異，在不同的潤(rùn)滑方式中，又因各種因素而不同，例如：轉(zhuǎn)速、靜態(tài)浸深和油溫。變速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部件，它的攪油損失對(duì)傳動(dòng)效率、潤(rùn)滑油溫升、同步器同步有很大影響，且在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，變速器的空擋攪油損失對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和離合器扭轉(zhuǎn)減震彈簧剛度的確定也有很大意義；但攪油損失與其影響因素有著復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，難以直接用理論確定。本文結(jié)合日常變速器空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，制定試驗(yàn)方法，對(duì)某型號(hào)變速器攪油損失進(jìn)行測(cè)試和分析，探討變速器攪油損失與轉(zhuǎn)速、加油量、油溫之間的規(guī)律，并模擬變速器的部分實(shí)際工況，得出變速器攪油損失的一些規(guī)律。

1、試驗(yàn)系統(tǒng)

變速器攪油損失試驗(yàn)臺(tái)架安裝圖見圖1。動(dòng)力采用37kW電機(jī)（最高轉(zhuǎn)速3000rpm），扭矩測(cè)量采用高精度扭矩傳感器（精度0.1％），攪油損失功率用公式計(jì)算，其中：T是變速器前端測(cè)量扭矩，n是輸入轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)不加載，為測(cè)量溫度對(duì)攪油損失的影響，在變速器觀察油孔處安裝溫度傳感器，為保持溫度范圍，在變速器外用風(fēng)扇進(jìn)行降溫冷卻。

本試驗(yàn)選取某6擋變速器總成，變速器掛6擋，速比0.78，加注潤(rùn)滑油為市場(chǎng)上常用的中負(fù)荷齒輪油GL-4 85W-90潤(rùn)滑油。以變速器輸入轉(zhuǎn)速、油溫和加油量為變量，攪油損失功率為函數(shù)，在一個(gè)加油量條件下計(jì)為一個(gè)試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)按4.0L、5.0L、6.0L加油量進(jìn)行，試驗(yàn)油溫取30±2℃、50±2℃、70±2℃3個(gè)點(diǎn)，每一油溫條件下，轉(zhuǎn)速?gòu)?00r/min至2000r/min，間隔200r/min記錄一次轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)的扭矩和轉(zhuǎn)速，每個(gè)測(cè)點(diǎn)記錄10個(gè)數(shù)據(jù)，共循環(huán)3次。

圖1　攪油阻力測(cè)試臺(tái)架安裝示意圖

2、結(jié)果分析

本次試驗(yàn)共獲得數(shù)據(jù)2000多個(gè)，每個(gè)轉(zhuǎn)速下10個(gè)數(shù)據(jù)求取平均值，循環(huán)3次，再取算術(shù)平均值，記為一個(gè)工況的攪油功率損失值。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用 OriginPro軟件進(jìn)行處理，OriginPro軟件可以將表格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像加以顯示。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別給出變速器攪油損失功率與輸入轉(zhuǎn)速、損失功率與加油量以及損失功率與潤(rùn)滑油溫的關(guān)系曲線。

①固定加油量，潤(rùn)滑油溫度為變量

圖2　加油量5L時(shí)，各轉(zhuǎn)速下功率損失與油溫關(guān)系

在固定加油量的情況下，從圖2可以看出，在轉(zhuǎn)速1000rpm以下功率損失隨溫度升高大體成線性下降趨勢(shì)，在1000rpm以上功率損失與溫度成非線性，且轉(zhuǎn)速越高，曲線曲率越大。而且在1000rpm以下功率下降不明顯，1000rpm以上功率下降明顯（在加油量6L、2000rpm時(shí)，30℃功率損失比70℃功率損失高大約1kW，1000rpm時(shí)，30℃功率損失比70℃功率損失只高了0.3kW）。從任意加油量所做試驗(yàn)的結(jié)果可見，溫度（代表油液黏度）在變速器高轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)功率損失的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，低轉(zhuǎn)速時(shí)，油溫對(duì)功率損失的影響較小。

②固定加油量，以輸入轉(zhuǎn)速為變量

在加油量固定的情況下，從圖3可以看出，功率損失與轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速2000rpm以下）基本成線性關(guān)系。各溫度下的功率損失曲線相對(duì)分散，從側(cè)面也說(shuō)明潤(rùn)滑油溫度對(duì)于功率損失影響比較大。

圖3　加油量5L時(shí)，各溫度下功率損失與轉(zhuǎn)速關(guān)系

③固定潤(rùn)滑油溫值，以加油量為變量

圖4 50℃油溫，各轉(zhuǎn)速下功率損失與加油量關(guān)系

在油溫固定的情況下，從圖4可以看出，轉(zhuǎn)速低于1000rpm時(shí)，功率損失隨加油量的增加呈線性增加趨勢(shì)，但增加幅度不大，不到0.1kW；轉(zhuǎn)速高于1000rpm時(shí)，功率損失與加油量呈非線性，轉(zhuǎn)速越高，曲線曲率越大，2000rpm時(shí)，4L加油量與6L加油量功率損失差值在0.4kW左右。

3、模擬工況攪油損失的研究

3.1模擬怠速、變速器空擋時(shí)攪油損失測(cè)試

選取一12擋鋁合金殼體變速器，利用試驗(yàn)臺(tái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，在不同油溫、變速器不同傾角時(shí)，測(cè)試該變速器的攪油阻力矩，測(cè)試結(jié)果如表1：

表1　某型號(hào)變速器空擋攪油阻力矩測(cè)試結(jié)果

圖5　加油量固定，攪油阻力矩與溫度、傾角關(guān)系

從上面數(shù)據(jù)可以看出，變速器空擋、

低轉(zhuǎn)速時(shí)（1000rpm以下），潤(rùn)滑油溫對(duì)攪油損失的影響比轉(zhuǎn)速對(duì)攪油損失的影響要大很多，且變速器傾斜比水平時(shí)攪油損失要低。

3.2模擬變速器空擋，攪油損失與轉(zhuǎn)速關(guān)系

選取市場(chǎng)上常用10擋變速器，使變速器掛空擋、固定加油量（加油至觀察油孔）、保持變速器潤(rùn)滑油溫在80℃左右，測(cè)試變速器攪油阻力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系，測(cè)試結(jié)果見圖6：

圖6　變速器空擋不同轉(zhuǎn)速攪油阻力測(cè)試曲線圖

從圖中可以看出，變速器空擋、固定油溫條件下，攪油阻力矩與輸入轉(zhuǎn)速并不是線性關(guān)系，在多次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)擬合曲線多為三次多項(xiàng)式，且高轉(zhuǎn)速時(shí)，攪油損失的增加值比低轉(zhuǎn)速要高。

4、總結(jié)

①在油溫、加油量、轉(zhuǎn)速三個(gè)影響因素下，在潤(rùn)滑油黏度變化較大之前，油溫對(duì)變速器攪油損失功率影響最大、轉(zhuǎn)速其次、加油量影響較小。

②加油量一定時(shí)，低轉(zhuǎn)速時(shí)（1000rpm以下），功率損失與油溫和轉(zhuǎn)速都成線性關(guān)系，且功率損失較小，高轉(zhuǎn)速時(shí)，功率損失與油溫和轉(zhuǎn)速不成線性關(guān)系。

③潤(rùn)滑油溫一定時(shí)，低轉(zhuǎn)速時(shí)（1000rpm以下），功率損失與加油量成線性關(guān)系，高轉(zhuǎn)速時(shí)，與加油量并不成線性關(guān)系。而潤(rùn)滑油溫一定時(shí)，功率損失與轉(zhuǎn)速基本成線性關(guān)系（但在變速器空擋時(shí)，最好擬合曲線并不是一次線性）。

參考文獻(xiàn)

[1]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社.2006.

[2]劉惟信.汽車設(shè)計(jì).北京,清華大學(xué)出版社.2006.

[3]陳家瑞.汽車構(gòu)造:上冊(cè).人民交通出版社.2010.

The Influence Factors of The transmission Churning Loss Analysis

Qiang Dengke
( Shannxi Fast Auto Drive Engineering Research Institute, Shannxi Xi’an 710119 )

Abstract:This paper, the transmission churning loss is analyzed, through the experiments on a certain type transmission mixing churning loss value. Used test data research the relationship of churning loss and its influence factors—speed,oil capacity and oil temperature,and on the test bench simulate the transmission part of the actual working condition,concluded that transmission some regularity of churning loss.

Keywords:Transmission; Churning Loss; Speed; Oil Capacity; Oil temperature

中圖分類號(hào)：U472.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988（2016）05-154-03

作者簡(jiǎn)介：強(qiáng)登科，學(xué)士，助理工程師，就職于陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院。主要研究方向變速器整車及零部件測(cè)試分析。