变速箱油对汽车传动效率的影响分析

刘垚均　高勇

摘 要：本文通过研制不同粘度、粘度指数改进剂、相关复合添加剂得到指标各不相同的几组实验油，通过对他们进行台架对比试验从而研究变速箱润滑油中各个参数对变速箱传动效率的影响，最后用控制变量法的方式分析了不同粘度，不同粘度指数，不同复合添加剂对变速箱传动效率的影响，最终得出了最佳的变速箱润滑油的选用方案。

关键词：变速箱;传动效率;粘度;粘度指数;复合添加剂

1 引言

据公安部交管局公布，截止2019年6月全国汽车保有量已达3.4亿量，其中汽车占2.5亿辆，虽然2019年上半年相对于同期的汽车注册登记量有所下降，但还有1242万辆的汽车进行新的注册登记，在汽车的各项指标评价中汽车的动力性显得尤为的重要。在汽车的传动系统中主要由发动机、传动系统、行驶机构等系统组成。传动系统起到连接发动机与车桥车轮等部件的之间部件，其作用不言而喻。在汽车传动系统中的主体则为变速箱。所以变速箱的传动效率直接影响着整车的传动效率。所以针对于变速箱传动效率的研究显得尤为的重要。现如今虽然AT、DCT、AMT、CVT等自动变速箱或者半自动变速箱已经大量的转配与汽车传动系统中，但MT变速箱由于历史更加悠久，保有量大。所以针对MT变速箱的相关传动效率研究也很重要。本文选取公司某款MT变速箱作为研究对象，研究不同的配方的变速箱润滑油对该变速箱传动效率的影响。

2 变速箱效率试验

2.1 变速箱参数

本次试验选用公司的某款前置前驱六速手动变速箱为研究对象，其相关数据参数如表1、表2所示。

2.2 油品配置及参数

变速箱润滑油主要由基础油、粘指改进剂和复合添加剂。试验油品的配制遵守控制变量法，控制其他参数不变，改变某一变量进行试验以比较粘度、粘度指数等参数对于变速箱性能的影响。现以1#有作为参比油，改变其粘度得到2#、3#油，对1#、3#油加入相关粘度指数改进剂得到4#、5#油，对1#、3#油加入相关复合添加剂得到6#、7#油，所有油品由供应商精确配制，7款油品相关参数如表3所示。

2.3 试验方案及传动效率测试

2.3.1 试验方案

台架试验已经大量的用于汽车的开发设计中，其可以有效的模拟出汽车零部件在实际运行过程中的相关情况，相对于实车试验可以有效的降低成本。在本次试验中通过前端驱动电机来模拟发动机来对变速箱进行供能，在末端同样也设计一个负载电机来模拟汽车在实际行驶过程中的负载情况。其中驱动电机转速范围为0～8000（r/min），测量精度为±1r/min，扭矩范围为0～400Nm，测量精度为±0.05%，负载电机转速范围为0～3000（r/min），测量精度为±1r/min，扭矩范围为0～4200Nm，测量精度为±0.05%。在变数箱的输入端和输出端均设置功率传感器来测量变速箱的输入功率和输出功率，通过如下公式即可算出变速箱的传动效率：

式中：η为传动效率;N1为输出功率，kW，;N2为输入功率，kW;

因温度对润滑油的粘度影响较大，在试验过程中安装温度传感器实时监控变速箱温度，并有水循环冷却系统实时对变速箱温度进行调节。试验过程按照QC/568.1—2011《汽车机械式变速器总成台架试验方法》严格实施。

2.3.2 工况选择

本次试验选取最大扭矩（146.5Nm）作为输入扭矩，输入转速分别选取1000r/min、2250r/min、3900r/min、4750r/min以及6000r/min，油温选择80℃。分别对3/4/5/6档按以上工况进行效率测试。其中扭矩控制精度为±2%，测量精度为±0.5%;油温控制精度为±2℃，测量精度为±1℃。

2.3.3 试验步骤

（1）用参比油对新变速箱进行磨合;

（2）间磨合后的变速箱变换为各个试验油;

（3）进行试验;

（4）记录数据。

其中磨合步骤中前进档各档齿轮磨合时间不少于1h，倒档齿轮磨合时间不少于0.5h。磨合过程按最大扭矩的50%磨合10分钟和最大扭矩100%磨合5分钟交替进行。换油步骤中为避免残留的旧油对加入新油的影响换油过程需要经历4步，第一步将旧油尽可能的排出后加入等体积的新油热机15min到20min左右，然后再将油排出，加入等体积的新油。如此重复3此以对变速箱进行有效的“清洗”将不同试验油之间的影响降到最低。

3 实验数据分析

本次试验主要针对于不同粘度不同添加剂的7款变速箱油进行了对比，在全载荷工况下所得到的各個油液在不同档位不同转速下的传动效率，如图1所示。

从试验结果可见，各个试验油的传动效率随着档位的增高而增高当达到4、5档时达到最大，随后6档时有减少，这是因为在4/5档时传动比分别为1.088和0.946最接近1，此时次轮差最小，该两档在传动过程中齿轮啮合损失最少。

所以档位的各个试验油都呈现出传动效率开始时随转速的升高而变大，当转速达到和最大扭矩输出转速时，各个试验油对应的传动效率都呈不同程度的降低趋势。

现取4/5/6档在最大扭矩转速时的传动效率用做评价，取4/5/6档各档传动效率的算术平均数作为变速箱的综合传动效率。如表4。

变数箱油粘度系数方面，1#、2#和3#油的粘度是依次减低的，排除试验过程中存在的各种误差，三种油在其他条件相同的情况下传动效率随粘度的降低而增高。2#油和3#油相对于1#号油的传动效率分别提高了0.42%和0.78%，所以在变速箱油粘度选择范围内以及保证变速箱能足够润滑的前提下适当降低变速箱油的粘度可以提高传动效率。

4#油和5#油分别是1#油和3#油加入新型粘指剂所配制的试验油，经过试验得到4#油相较与1#油，5#油相较与3#油都有着更好的粘温特性。且由图3-2可知4#油相较与1#油，5#油相较与3#油有着更好的传动效率。其中4#油相对于1#油的传动效率增加了0.29%，5#油相对于3#油的传动效率增加了0.23%，见图2。

6#油和7#油分别是1#油和3#油加入新型添加剂所配制的试验油，由图3-3可以得出6#油相比较于1#油，7#油相比较于3#油的综合传动效率都有所提升，其中6#油相比较于1#油的传动效率提升了0.24%，7#油相比较于3#油传动效率提升了0.12%，见图3。

4 总结

本次实验经过一系列的对比可以得出在保证变速箱充分润滑的情况下降低变速箱油的粘度可以有效的提升变速箱的传动效率，改进粘指添加剂以及复合添加剂都可以有效的提升变速箱的传动效率，从实验结果来看5#油的传动效率提升最为明显，相较与1#参比油提升了1.01%，但从单一影响因素来看，减低变速箱油对于传动效率的提升是最为明显的，2#油和3号油相较于1#参比油分别提升了0.42%和0.78%，在配合上优化的粘指添加剂和复合添加剂可将变速箱的传动效率最大化的提升。

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