润滑油对变速器传动效率的影响研究

王涛，李宏玲，孙晋松，李光明

润滑油对变速器传动效率的影响研究

王涛1，李宏玲2，孙晋松1，李光明1

（1.安徽江淮汽车股份有限公司，合肥230022；2.安徽新华学院，合肥230088）

变速器作为传动系统的重要组成部分，提升其效率可显著改善传动系统的整体效率。本文以某款两轴5档手动变速器为研究对象，通过台架试验研究润滑油在相同工况下对变速器的效率影响。

变速器；传动效率；润滑油；台架试验

随着整车开发对动力性、经济性指标要求越来越高，传动效率是其影响的一个关键因素。传动效率的高低可以反映传动系统的综合性能，包括传动系统的设计水平、制造水平及有关形成产品质量过程的多种因素。传动效率的提升，不仅对整车降低油耗和排放具有很明显的效果，而且通过降低摩擦损失，可以减少传动系统内部发热，防止温度过高，进而提高齿轮和轴承寿命，同时对NVH性能也会起到一定的效果［1］。变速器作为传动系统的重要组成部分，提升变速器效率可显著改善传动系统的整体效率。本文以某款两轴5档手动变速器为研究对象，重点研究润滑油对变速器效率提升的影响。

1　润滑油的作用

变速器效率损失主要由以下几个因素构成：齿轮啮合传动效率损失、齿轮搅油损失、轴承摩擦损失、惰轮转动能量损失、齿轴振动能量损失等。其中，齿轮啮合传动效率损失及齿轮搅油损失占主要部分；轴承摩擦损失通过合理选用轴承在一定程度上能提高整体的传动效率；惰轮转动能量损失主要表现为两部分：惰轮空转的搅油损失以及惰轮空转时滚针轴承的摩擦损失；齿轴振动的能量损失相对较小，其主要对NVH性能影响较大［2］。

经过多年的研究表明，润滑油的主要作用包括［3］：

1）降低齿轮啮合时的齿间磨损，这对保证齿轮装置正常运转和延长齿轮寿命是非常重要的。

2）降低齿轮啮合时的齿面摩擦，从而降低功率损失。

3）保护同步器，提供良好的摩擦特性。

4）分散热量，有冷却作用。

5）防止齿轮腐蚀和生锈。

6）减少齿轮传动过程中的噪声、振动和冲击。

7）冲洗污染物，特别是冲洗齿面上的固体颗粒，以免造成磨粒磨损。

现在国外大都选用节能型润滑油，取得了显著的节能效果。节能润滑油有三种类型：一是低粘度油；二是高粘度指数油；三是含有摩擦改进剂的油。国际上普遍采用低粘度的多级齿轮油并辅以摩擦改进剂，使变速器齿轮处于既有弹性流体动力润滑又有边界润滑的混合润滑状态［4］。因此，目前手动变速器油的发展和研究工作主要集中在以下两方面：

1）注重发展低粘度、多级和长寿命手动变速器油，解决低粘度润滑油带来的齿轮和轴承损坏的问题。

2）致力提高燃料经济性的试验方法研究，包括台架和行车试验［5］。

而粘温性能是影响润滑油节能效果的重要性能之一。多级润滑油的特点是粘温性能好，它能使汽车在低温环境下或者起动温度低的时候，油的粘度不致太高；而在高温环境下起动或工作温度较高时，油的粘度不致太低。这样使得汽车齿轮变速器的工作温升小、摩擦损失小、传动效率高，从而使得发动机的油耗减少，排放降低；而对不同牌号的多级油而言，高温粘度大，则消耗在搅拌和内摩擦的功率就大，润滑油的节能效果就差；低温表观粘度低，则低温环境下或者起动温度低的时候消耗在搅拌和内摩擦的功率就小，其传动效率高，节能效果就好［6］。

2　试验方法及结果

本次选用4种不同的润滑油进行传动效率试验，试验台架见图1［7］。测试方法基本参照汽车行业标准《汽车机械式变速器总成台架试验方法第一部分：微型》，步骤如下［8］：

1）将传动系统样件连接在台架上，驱动轴两端分别直接连接在负载电机上；变速器输入端与驱动电机相连接，箱体中油液应与正常使用相当。

2）变速器输入轴转速取2 400 r/min、3 600 r/min、4 800 r/min、6 000 r/min 4个。

3）扭矩取45 N·m、90 N·m、135 N·m、180 N·m4个。

4）油温取80℃。

5）变速器档位取1、2、3、4档。

6）驱动轴夹角设定为整车设计的夹角。

7）选取4种润滑油，用量均为2.0 L。

8）记录变速器各工况点输入端、左右轮端的扭矩、转速及变速器的油温等参数。

4种试验润滑油的相关特性参数见表1。

表1　试验油特性参数

将4种润滑油依次按台架试验方法进行试验，注意每次换新油需先将变速器内旧油放干，静置30 min再换油［9］。部分试验数据分析见图2-图5。

通过对采集的数据进行整理分析可知，润滑油2在各种工况下效率都比另外3种油效率高。在1档时润滑油2综合效率高出润滑油4约0.6%，2档时润滑油2综合效率高出润滑油3约0.3%。在3、4档时，润滑油2的效率均超过96.5%，相比其他润滑油的效率差异不大。

通过数据分析和与油品厂家交流，影响润滑油效率的主要因素为表1中的粘度等级、动力粘度和粘度指数。

若选用含有摩擦改进剂的低粘度润滑油，可有效改善摩擦副的润滑状况，能有效地减少机械的摩擦磨损，达到降低能耗提升效率的作用。同时降低润滑油的粘度指数可以获得较低的工作温度和较高的工作效率。在1、2档时润滑油2的综合效果最好，相比其他油提升效率更明显。

而在3、4档时，由于速比变小导致相同输入转速下3、4档的输出齿轮转速变快，此时效率损失主要为齿轮搅油损失，搅油损失是润滑油的负面作用，低粘度润滑油也无法避免。且随着转速逐渐增高，齿轮搅油损失（润滑油的负贡献率）逐渐增大并抵消部分润滑油对传动效率提供的改善率。3、4档时润滑油2对效率有提升效果，但是与其他油品的差异不大［10］。

因此，在满足润滑油实际工作油膜厚度的前提下，可得出动力粘度值越低、粘度指数越低的润滑油效率越高的结论。但若是片面追求低动力粘度和粘度指数，会造成油膜厚度太薄，不能满足齿轮表面润滑和抗磨的需求，造成齿轮过早磨损，反而效率不高。所以由试验数据得出，效率最高的不是动力粘度和粘度指数最低的润滑油4，而是动力粘度较低、粘度指数适中的润滑油2。

3　总结

本文首先介绍变速器效率损失因素和润滑油提升变速器效率的基本原理，通过变速器传动效率的台架试验，说明了高质量润滑油在提升变速器效率和降低整年油耗上具有明显效果。对4种润滑油试验数据进行分析，使用润滑油2的变速器传动效率最高，可在后期整车厂选用变速器润滑油时给予指导。

［1］叶芳，颜宇，王霞，等.浅谈提高汽车燃油经济性的措施［J］.现代企业教育，2013，（14）：308.

［2］张慧芳，张立荣.手动变速器传动效率的影响因素分析与改善对策研究［J］.制造业自动化，2011，（4）：31-33.

［3］桑军凯，王亚俊.汽车变速器齿轮油的选用及更换［J］.汽车维修技师，2013，（5）：114.

［4］董军.车用齿轮油的选用与使用注意事项［J］.农机使用与维修，2013，（7）：67.

［5］曲直.谈车用齿轮油的选用［J］.农机使用与维修，2014，（9）：67.

［6］曹讯，张征寰.浅析车辆润滑油及其应用［J］.叉车技术，2014，（2）：32-34.

［7］严继东，宋德朝，徐宝富.载重汽车变速箱效率测试台的研制浅析［J］.载货汽车，2003，（1）：48-49.

［8］QC/T568.1，汽车机械式变速器总成台架试验方法第一部分：微型［S］.2011.

［9］张有禄.机械式汽车变速箱试验方法与应用［J］.机械工程与自动化，2009，（1）：159-161.

［10］高勇.微型汽车变速器传动效率的影响因素分析及试验研究［D］.武汉：武汉理工大学，2013.12.

修改稿日期：2015-06-21

Research on Influence of Lubricating Oil on Transmission Efficiency

WangTao1，Li Hongling2，Sun Jinsong1，Li Guangming1
（1.Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd，Hefei 230022，China；2.Anhui Xinhua University，Hefei 230088，China）

As an important part ofthe drive system，improvingthe transmission efficiencycan improve the efficiency of the drive system significantly.The authors take a five gear manual transmission with two axis as the research object，studythe influence ofdifferent lubricating oils to the transmission efficiency under the same working conditions through the bench test.

transmission；drive efficiency；lubricatingoil；bench test

U463.212

B

1006-3331（2015）06-0050-03

王涛（1985-），男，工程硕士；工程师；主要从事汽车底盘设计工作。