變速箱油對汽車傳動效率的影響分析

劉垚均　高勇

摘 要：本文通過研制不同粘度、粘度指數改進劑、相關復合添加劑得到指標各不相同的幾組實驗油，通過對他們進行臺架對比試驗從而研究變速箱潤滑油中各個參數對變速箱傳動效率的影響，最后用控制變量法的方式分析了不同粘度，不同粘度指數，不同復合添加劑對變速箱傳動效率的影響，最終得出了最佳的變速箱潤滑油的選用方案。

關鍵詞：變速箱;傳動效率;粘度;粘度指數;復合添加劑

1 引言

據公安部交管局公布，截止2019年6月全國汽車保有量已達3.4億量，其中汽車占2.5億輛，雖然2019年上半年相對于同期的汽車注冊登記量有所下降，但還有1242萬輛的汽車進行新的注冊登記，在汽車的各項指標評價中汽車的動力性顯得尤為的重要。在汽車的傳動系統中主要由發動機、傳動系統、行駛機構等系統組成。傳動系統起到連接發動機與車橋車輪等部件的之間部件，其作用不言而喻。在汽車傳動系統中的主體則為變速箱。所以變速箱的傳動效率直接影響著整車的傳動效率。所以針對于變速箱傳動效率的研究顯得尤為的重要。現如今雖然AT、DCT、AMT、CVT等自動變速箱或者半自動變速箱已經大量的轉配與汽車傳動系統中，但MT變速箱由于歷史更加悠久，保有量大。所以針對MT變速箱的相關傳動效率研究也很重要。本文選取公司某款MT變速箱作為研究對象，研究不同的配方的變速箱潤滑油對該變速箱傳動效率的影響。

2 變速箱效率試驗

2.1 變速箱參數

本次試驗選用公司的某款前置前驅六速手動變速箱為研究對象，其相關數據參數如表1、表2所示。

2.2 油品配置及參數

變速箱潤滑油主要由基礎油、粘指改進劑和復合添加劑。試驗油品的配制遵守控制變量法，控制其他參數不變，改變某一變量進行試驗以比較粘度、粘度指數等參數對于變速箱性能的影響。現以1#有作為參比油，改變其粘度得到2#、3#油，對1#、3#油加入相關粘度指數改進劑得到4#、5#油，對1#、3#油加入相關復合添加劑得到6#、7#油，所有油品由供應商精確配制，7款油品相關參數如表3所示。

2.3 試驗方案及傳動效率測試

2.3.1 試驗方案

臺架試驗已經大量的用于汽車的開發設計中，其可以有效的模擬出汽車零部件在實際運行過程中的相關情況，相對于實車試驗可以有效的降低成本。在本次試驗中通過前端驅動電機來模擬發動機來對變速箱進行供能，在末端同樣也設計一個負載電機來模擬汽車在實際行駛過程中的負載情況。其中驅動電機轉速范圍為0～8000（r/min），測量精度為±1r/min，扭矩范圍為0～400Nm，測量精度為±0.05%，負載電機轉速范圍為0～3000（r/min），測量精度為±1r/min，扭矩范圍為0～4200Nm，測量精度為±0.05%。在變數箱的輸入端和輸出端均設置功率傳感器來測量變速箱的輸入功率和輸出功率，通過如下公式即可算出變速箱的傳動效率：

式中：η為傳動效率;N1為輸出功率，kW，;N2為輸入功率，kW;

因溫度對潤滑油的粘度影響較大，在試驗過程中安裝溫度傳感器實時監控變速箱溫度，并有水循環冷卻系統實時對變速箱溫度進行調節。試驗過程按照QC/568.1—2011《汽車機械式變速器總成臺架試驗方法》嚴格實施。

2.3.2 工況選擇

本次試驗選取最大扭矩（146.5Nm）作為輸入扭矩，輸入轉速分別選取1000r/min、2250r/min、3900r/min、4750r/min以及6000r/min，油溫選擇80℃。分別對3/4/5/6檔按以上工況進行效率測試。其中扭矩控制精度為±2%，測量精度為±0.5%;油溫控制精度為±2℃，測量精度為±1℃。

2.3.3 試驗步驟

（1）用參比油對新變速箱進行磨合;

（2）間磨合后的變速箱變換為各個試驗油;

（3）進行試驗;

（4）記錄數據。

其中磨合步驟中前進檔各檔齒輪磨合時間不少于1h，倒檔齒輪磨合時間不少于0.5h。磨合過程按最大扭矩的50%磨合10分鐘和最大扭矩100%磨合5分鐘交替進行。換油步驟中為避免殘留的舊油對加入新油的影響換油過程需要經歷4步，第一步將舊油盡可能的排出后加入等體積的新油熱機15min到20min左右，然后再將油排出，加入等體積的新油。如此重復3此以對變速箱進行有效的“清洗”將不同試驗油之間的影響降到最低。

3 實驗數據分析

本次試驗主要針對于不同粘度不同添加劑的7款變速箱油進行了對比，在全載荷工況下所得到的各個油液在不同檔位不同轉速下的傳動效率，如圖1所示。

從試驗結果可見，各個試驗油的傳動效率隨著檔位的增高而增高當達到4、5檔時達到最大，隨后6檔時有減少，這是因為在4/5檔時傳動比分別為1.088和0.946最接近1，此時次輪差最小，該兩檔在傳動過程中齒輪嚙合損失最少。

所以檔位的各個試驗油都呈現出傳動效率開始時隨轉速的升高而變大，當轉速達到和最大扭矩輸出轉速時，各個試驗油對應的傳動效率都呈不同程度的降低趨勢。

現取4/5/6檔在最大扭矩轉速時的傳動效率用做評價，取4/5/6檔各檔傳動效率的算術平均數作為變速箱的綜合傳動效率。如表4。

變數箱油粘度系數方面，1#、2#和3#油的粘度是依次減低的，排除試驗過程中存在的各種誤差，三種油在其他條件相同的情況下傳動效率隨粘度的降低而增高。2#油和3#油相對于1#號油的傳動效率分別提高了0.42%和0.78%，所以在變速箱油粘度選擇范圍內以及保證變速箱能足夠潤滑的前提下適當降低變速箱油的粘度可以提高傳動效率。

4#油和5#油分別是1#油和3#油加入新型粘指劑所配制的試驗油，經過試驗得到4#油相較與1#油，5#油相較與3#油都有著更好的粘溫特性。且由圖3-2可知4#油相較與1#油，5#油相較與3#油有著更好的傳動效率。其中4#油相對于1#油的傳動效率增加了0.29%，5#油相對于3#油的傳動效率增加了0.23%，見圖2。

6#油和7#油分別是1#油和3#油加入新型添加劑所配制的試驗油，由圖3-3可以得出6#油相比較于1#油，7#油相比較于3#油的綜合傳動效率都有所提升，其中6#油相比較于1#油的傳動效率提升了0.24%，7#油相比較于3#油傳動效率提升了0.12%，見圖3。

4 總結

本次實驗經過一系列的對比可以得出在保證變速箱充分潤滑的情況下降低變速箱油的粘度可以有效的提升變速箱的傳動效率，改進粘指添加劑以及復合添加劑都可以有效的提升變速箱的傳動效率，從實驗結果來看5#油的傳動效率提升最為明顯，相較與1#參比油提升了1.01%，但從單一影響因素來看，減低變速箱油對于傳動效率的提升是最為明顯的，2#油和3號油相較于1#參比油分別提升了0.42%和0.78%，在配合上優化的粘指添加劑和復合添加劑可將變速箱的傳動效率最大化的提升。

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