润滑油运动黏度对机械式变速器换挡性能影响分析

赵康

法士特汽车传动工程研究院实验中心，陕西西安 710077

0 引言

在我国以北的地区，气温常年都在零度以下，有时甚至低于零下30 ℃，如此低的温度下，对于手动机械式变速器的换挡性能有很大的影响。东北的服务站常常会反馈变速器在冷车启动的几十分钟内，变速器挂挡容易出现打齿现象。针对这种低温下的打齿现象，本文针对润滑油运动黏度对机械式变速器换挡性能影响进行分析。

1 润滑油运动黏度介绍

运动黏度是一种条件黏度，是在某一恒定温度下，测定一定体积的流体在重力作用下流过一个标定好的玻璃毛细管黏度计的时间，黏度计的毛细管系数与流动时间的乘积，即为该温度下测定流体的运动黏度。

运动黏度是流体内部阻碍其相对流动的一种特性，在层流状态下反映流体流动性能。运动黏度是润滑油最重要的质量指标，也是选用润滑油的一项重要依据，正确选择润滑油的黏度是保证机械变速器正常工作的前提。针对手动机械式变速器，润滑油黏度过大，则变速器运转阻力矩增大，消耗功率增加，也会造成润滑油不能迅速及时地流到齿轮、同步器等需要润滑的表面，影响正常的润滑，增加机械磨损；如果选用的润滑油黏度过小，就难以形成足够厚度的油膜，使摩擦面间不能保证正常而连续的润滑层，也会造成机械的磨损，因此变速器所用的润滑油黏度应适当。

2 变速器润滑油运动黏度的影响因素分析

2.1 润滑油温度对润滑油运动黏度的影响

从润滑油运动黏度的定义可以得到，运动黏度指的是某一特定温度下阻止其内部流体流动的特性，可见温度对于润滑油运动黏度的影响是最大的因素之一。润滑油的运动黏度随温度的变化而变化，当润滑油温度升高时运动黏度减小，润滑油温度降低时运动黏度增大。

油品运动黏度与温度间关系可用沃尔特(Walher)双对数公式描述：

lglg(+)=+lg

(1)

式中:为油品在绝对温度时的运动黏度，mm/s；

、分别为经验常数，为正值，为负值，随油品性质不同而变化；

为石油产品的常数(我国取065，国外取08)；

为油品绝对温度，K。

当已知两个温度下的油品黏度，分别代入公式(1)中，即可计算得到常数和，从而便可计算该油品任意温度下的黏度。由公式关系可知，黏度值随温度值的升高而下降。表1为试验台架测量结果，变速器挂入某挡位，输出轴接电机，当电机达到最大扭矩400 N·m左右时变速器输出轴的最大转速。

表1 试验台架测量结果

由表1的试验数据可以看出，润滑油温度越低，润滑油的运动黏度越大;润滑油温度越高，润滑油的运动黏度越小。

2.2 水分对润滑油运动黏度的影响

如果润滑油中有水分，当温度过高时，水分会气化，在润滑油中就会有气泡，影响润滑油的运动黏度；如果温度过低，低于0 ℃，水分在润滑油中凝结，从而使得润滑油的运动黏度增大。润滑油中的水分也会促使润滑油发生变质，从而影响润滑油的黏度。

2.3 杂质对润滑油运动黏度的影响

由于润滑油中含有机械杂质，机械杂质会附着于齿轮或者同步器的润滑表面，阻止润滑油的流动，就会提高润滑油的运动黏度；同时润滑油中的杂质如铜、铁、铝等，将会加速润滑油的氧化，从而影响润滑油的黏度。

3 润滑油运动黏度对同步器换挡性能的影响分析

润滑油运动黏度的变化，将影响润滑油到达润滑表面的速度和在润滑表面建立油膜的厚度，从而影响同步器换挡过程中的同步力、同步时间和换挡时间以及同步器冲量。

3.1 运动黏度对主箱同步器换挡性能的影响

将6挡变速器中加入75W-80、75W-90、80W-90润滑油进行台架性能试验，变速器台架实物如图1所示。

图1 变速器台架实物

测试以上3种油品在不同温度下的1→2和2→1挡的同步器换挡性能数据，将6挡变速器冷冻至-20 ℃后，开始同步器性能试验，测得的试验数据见表2和表3。

对比表2和表3的数据可以得到：

(1)75W-80、75W-90、80W-90这3种型号的润滑油，在同一个温度下的运动黏度不断增大。在零度以下时，75W-90、80W-90两种型号的润滑油出现换挡打齿，可以看到过大的运动黏度对于同步器换挡是不利的，容易出现打齿。

(2)1 →2换挡过程中，3种油品随着油温不断升高，同步冲量不断增大，温度越低增幅越大(如-20～20 ℃变化斜率较大)； 2→1换挡过程中，3种油品随油温不断升高，同步冲量不断减小，温度越低减幅越大(如-20～20 ℃变化斜率较大)。

(3)油品的运动黏度越大(在可以进行变速器正常换挡的黏度范围内)对同步器升挡过程是有利的，因为同步器在升挡过程中，一轴转速是降转速过程，油品的运动黏度大，产生的阻力矩大，有利于一轴转速下降。但温度太低(油的运动黏度太大)会导致一轴转速下降太快，在换到挡位之前一轴转速已下降至换挡位后的转速以下时，同步器的工作过程由原来的“升挡过程，一轴转速是降转速过程”，变为“升挡过程，升转速过程”。

(4)油品的运动黏度越大对同步器降挡过程是不利的，由于同步器在降挡过程中，一轴转速是升转速的过程，油品的运动黏度大，产生的阻力矩大，不利于一轴转速的上升。

(5)75W-80、75W-90、80W-90这3种油品在油温超过40 ℃时，其运动黏度对同步器的换挡性能影响会明显减小。

表2 1→2换挡过程中测得的试验数据

表3 2→1换挡过程中测得的试验数据

温度为-16 ℃时1→2换挡的变化曲线如图2所示。

图2 温度为-16 ℃时1→2换挡的变化曲线

3.2 运动黏度对副箱同步器换挡性能的影响

12挡变速器加入85W-90润滑油，在台架上进行6/7挡(预选)同步器换挡性能试验，试验数据见表4。

表4 同步器换挡性能试验数据

由表4可以得到，85W-90润滑油随着温度的升高，运动黏度变小，对于副箱同步器换挡有利，温度越低，运动黏度越大，副箱换挡时间变长，越不容易换挡。

4 结束语

影响润滑油运动黏度最大的一个因素就是温度，同样影响同步器换挡性能最大的因素也是温度，通过以上的理论分析，对变速器选择合适的润滑油有重要的意义，特别是在低温的情况下，对于润滑油的黏度要求更高，所以可以得到合适的润滑油不仅可以实现变速器良好的换挡性能，也可以对变速器的使用寿命得到保障。