潤滑油運動黏度對機械式變速器換擋性能影響分析

趙康

法士特汽車傳動工程研究院實驗中心，陜西西安 710077

0 引言

在我國以北的地區，氣溫常年都在零度以下，有時甚至低于零下30 ℃，如此低的溫度下，對于手動機械式變速器的換擋性能有很大的影響。東北的服務站常常會反饋變速器在冷車啟動的幾十分鐘內，變速器掛擋容易出現打齒現象。針對這種低溫下的打齒現象，本文針對潤滑油運動黏度對機械式變速器換擋性能影響進行分析。

1 潤滑油運動黏度介紹

運動黏度是一種條件黏度，是在某一恒定溫度下，測定一定體積的流體在重力作用下流過一個標定好的玻璃毛細管黏度計的時間，黏度計的毛細管系數與流動時間的乘積，即為該溫度下測定流體的運動黏度。

運動黏度是流體內部阻礙其相對流動的一種特性，在層流狀態下反映流體流動性能。運動黏度是潤滑油最重要的質量指標，也是選用潤滑油的一項重要依據，正確選擇潤滑油的黏度是保證機械變速器正常工作的前提。針對手動機械式變速器，潤滑油黏度過大，則變速器運轉阻力矩增大，消耗功率增加，也會造成潤滑油不能迅速及時地流到齒輪、同步器等需要潤滑的表面，影響正常的潤滑，增加機械磨損；如果選用的潤滑油黏度過小，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的潤滑層，也會造成機械的磨損，因此變速器所用的潤滑油黏度應適當。

2 變速器潤滑油運動黏度的影響因素分析

2.1 潤滑油溫度對潤滑油運動黏度的影響

從潤滑油運動黏度的定義可以得到，運動黏度指的是某一特定溫度下阻止其內部流體流動的特性，可見溫度對于潤滑油運動黏度的影響是最大的因素之一。潤滑油的運動黏度隨溫度的變化而變化，當潤滑油溫度升高時運動黏度減小，潤滑油溫度降低時運動黏度增大。

油品運動黏度與溫度間關系可用沃爾特(Walher)雙對數公式描述：

lglg(+)=+lg

(1)

式中:為油品在絕對溫度時的運動黏度，mm/s；

、分別為經驗常數，為正值，為負值，隨油品性質不同而變化；

為石油產品的常數(我國取065，國外取08)；

為油品絕對溫度，K。

當已知兩個溫度下的油品黏度，分別代入公式(1)中，即可計算得到常數和，從而便可計算該油品任意溫度下的黏度。由公式關系可知，黏度值隨溫度值的升高而下降。表1為試驗臺架測量結果，變速器掛入某擋位，輸出軸接電機，當電機達到最大扭矩400 N·m左右時變速器輸出軸的最大轉速。

表1 試驗臺架測量結果

由表1的試驗數據可以看出，潤滑油溫度越低，潤滑油的運動黏度越大;潤滑油溫度越高，潤滑油的運動黏度越小。

2.2 水分對潤滑油運動黏度的影響

如果潤滑油中有水分，當溫度過高時，水分會氣化，在潤滑油中就會有氣泡，影響潤滑油的運動黏度；如果溫度過低，低于0 ℃，水分在潤滑油中凝結，從而使得潤滑油的運動黏度增大。潤滑油中的水分也會促使潤滑油發生變質，從而影響潤滑油的黏度。

2.3 雜質對潤滑油運動黏度的影響

由于潤滑油中含有機械雜質，機械雜質會附著于齒輪或者同步器的潤滑表面，阻止潤滑油的流動，就會提高潤滑油的運動黏度；同時潤滑油中的雜質如銅、鐵、鋁等，將會加速潤滑油的氧化，從而影響潤滑油的黏度。

3 潤滑油運動黏度對同步器換擋性能的影響分析

潤滑油運動黏度的變化，將影響潤滑油到達潤滑表面的速度和在潤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、同步時間和換擋時間以及同步器沖量。

3.1 運動黏度對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潤滑油進行臺架性能試驗，變速器臺架實物如圖1所示。

圖1 變速器臺架實物

測試以上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據，將6擋變速器冷凍至-20 ℃后，開始同步器性能試驗，測得的試驗數據見表2和表3。

對比表2和表3的數據可以得到：

(1)75W-80、75W-90、80W-90這3種型號的潤滑油，在同一個溫度下的運動黏度不斷增大。在零度以下時，75W-90、80W-90兩種型號的潤滑油出現換擋打齒，可以看到過大的運動黏度對于同步器換擋是不利的，容易出現打齒。

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

(3)油品的運動黏度越大(在可以進行變速器正常換擋的黏度范圍內)對同步器升擋過程是有利的，因為同步器在升擋過程中，一軸轉速是降轉速過程，油品的運動黏度大，產生的阻力矩大，有利于一軸轉速下降。但溫度太低(油的運動黏度太大)會導致一軸轉速下降太快，在換到擋位之前一軸轉速已下降至換擋位后的轉速以下時，同步器的工作過程由原來的“升擋過程，一軸轉速是降轉速過程”，變為“升擋過程，升轉速過程”。

(4)油品的運動黏度越大對同步器降擋過程是不利的，由于同步器在降擋過程中，一軸轉速是升轉速的過程，油品的運動黏度大，產生的阻力矩大，不利于一軸轉速的上升。

(5)75W-80、75W-90、80W-90這3種油品在油溫超過40 ℃時，其運動黏度對同步器的換擋性能影響會明顯減小。

表2 1→2換擋過程中測得的試驗數據

表3 2→1換擋過程中測得的試驗數據

溫度為-16 ℃時1→2換擋的變化曲線如圖2所示。

圖2 溫度為-16 ℃時1→2換擋的變化曲線

3.2 運動黏度對副箱同步器換擋性能的影響

12擋變速器加入85W-90潤滑油，在臺架上進行6/7擋(預選)同步器換擋性能試驗，試驗數據見表4。

表4 同步器換擋性能試驗數據

由表4可以得到，85W-90潤滑油隨著溫度的升高，運動黏度變小，對于副箱同步器換擋有利，溫度越低，運動黏度越大，副箱換擋時間變長，越不容易換擋。

4 結束語

影響潤滑油運動黏度最大的一個因素就是溫度，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，對變速器選擇合適的潤滑油有重要的意義，特別是在低溫的情況下，對于潤滑油的黏度要求更高，所以可以得到合適的潤滑油不僅可以實現變速器良好的換擋性能，也可以對變速器的使用壽命得到保障。