润滑油对传动系统效率影响的研究

史经升 程传臻 常玉朋 于滕达 付彦茹 阮鸥 袁成逸

关键词：油液粘度;台架测试;传动效率;润滑油;减速器

0 引言

齿轮传动机构是最重要的一种传动系统，用于传递运动和动力。运动和动力的传递是在齿轮机构中每对齿轮副啮合齿面的相互作用、相对运动中完成的，其间必然产生摩擦。为避免零件间直接摩擦，需要合适的润滑剂将工作面隔开，以保持齿轮副的工作效率和延长使用寿命。齿轮传动中采用需采用齿轮润滑油进行润滑。

润滑油的主要作用有2 个：一是流体动力润滑和弹性流体动力润滑;二是边界润滑。传动系统在车辆起动、停车、低速重载荷及冲击载荷条件下工作时，主要是边界润滑;在高速及载荷不高时主要是弹性流体动力润滑。润滑油主要作用在每对齿轮副啮合齿面上和轴承内外滚道与滚子之间，保持传动系统中旋转件在工作温度下正常运行。

目前车辆传动系统的齿轮润滑油型号种类繁多，按润滑油性能主要分为：普通车辆齿轮油（GL-3）、中负荷车辆齿轮油（GL-4）、重负荷车辆齿轮油（GL-5）、手动变速用油（MT-1）和驱动桥用油（PG-2）。

车辆齿轮传动系统润滑油的特点及性能包括：①抗擦伤、抗磨损、抗疲劳;②抗极压性、抗热氧化安定性、抗腐蚀性、抗锈蚀性和抗泡沫性;③流变性、承载性、水解安定性、耐久性和贮存稳定性;④具有易在啮合齿面形成润滑油膜。

1 试验样件性能参数及测试方法

1.1 样件性能参数

某纯电动车型（BEV）使用的传动机构——单挡减速器（GRS-01），参数如表1 所示。

1.2 试验与测试方法

台架测试设备要求三电机三轴台架试验，首先将样件按磨合工况进行磨合试验，然后按效率测试工况进行台架测试。

磨合工况：输入扭矩60±5 N · m，输入转速2 400±10 r/min，正转1 h，反转0.5 h。

传动效率测试条件：减速器正转，分别加注润滑油X 和润滑油Y， 加注油量1.7±0.1 L， 并分别在油温-17±7.5 ℃、20±7.5℃和80±7.5℃进行效率测试。

2 试验结果

2.1 磨合结果

样机加注1.7 L 润滑油后按磨合工况进行试验，试验过程中未发现轴承卡滞、传动异响，无渗漏油等异常，试验结束后各密封结合面、通气阀和油封位置均无异物。

2.2 传动效率测试结果

（1）样件加注润滑油X，在-17℃下传动效率见图1 ;在20℃下传动效率见图2 ;在80℃下传动效率见图3。

（2）样件加注润滑油Y，在-17℃下传动效率见图4 ;在20℃下传动效率见图5 ;在80℃下传动效率见图6。

2.3 试验数据分析

通过润滑油X 和润滑油Y 传动效率测试数据得出如下结论：在不同油温下平均传动效率会有差异，具体如下。

（1） 在低温-17±5 ℃ 时， 润滑油X 的平均传动效率为93.73%，润滑油Y 的平均传动效率为94.81%，润滑油Y 相对于X 平均传动效率提升1.08%。

（2）在常温2 0 ± 5 ℃ 时， 润滑油X 的平均传动效率为95.87%，润滑油Y 的平均传动效率为96.30%，润滑油Y 相对于X 的平均传动效率提升0.43%。

（3） 在油温80±5 ℃ 时， 润滑油X 的平均传动效率为96.40%，润滑油Y 的平均传动效率为96.25%，润滑油Y 相对于X 的平均传动效率下降0.15%。

润滑油X 和润滑油Y 的具体性能参数如表2。

通过对减速器传动效率的测试数据说明：①在低温-17±5℃和常温20±5℃时，油液的粘度越低，传动效率越高;②在油温80±5℃时，油液粘度值越低，效率降低，说明油膜建立抗磨性变差，导致传动效率减低。

3 试验结论

（1）润滑油的粘度对传动系统的效率有影响。

（2）不同温度下同种润滑油对传动系统的效率影响不同，润滑油X 在油温80 ℃ 时比-17 ℃ 时的平均传动效率提升约2.67% ;润滑油Y 在油温80℃时比-17℃时的平均传动效率提升约1.44%， 但传动效率最高点在油温约20℃时，平均效率能达到96.30%。

（3）传动系统常用油温在80±10℃，故选择合适的润滑油型号才能满足最好的使用性能要求。并不是潤滑油粘度越低传动效率越高，要同步考虑车辆使用工况条件，综合评估后再来选定润滑油品。

（4）润滑油对传动系统有影响，不仅要考虑传动效率，同步要兼顾到齿轮和轴承的使用寿命，以及减速器的NVH 水平。使用粘度高的润滑油时，NVH 会下降2 ～ 3 dB，传动效率会在某些工况下下降0.43% ～ 1.08%。粘度高的润滑油在80℃时形成的油膜更好，对齿轴延长寿命更有益。