機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率的試驗研究

隨著(zhù)節能減排理念的逐漸深入，人們對汽車(chē)的環(huán)保性能也提出了更好的要求。同時(shí)，在節能減排大環(huán)境下，我國也制定了相應的規范，對汽車(chē)的然后消耗量等進(jìn)行了規定。為實(shí)現節能環(huán)保，并大限度提高汽車(chē)的燃油利用率，本研究重點(diǎn)對機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率展開(kāi)了研究。
1 機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率相關(guān)理論概述
變速器是傳動(dòng)系統的重要組成部分，其作用主要在于促使發(fā)動(dòng)機能夠在有利的工況下，大限度適應外部不斷變化的條件。機械式汽車(chē)變速器的優(yōu)勢在于結構簡(jiǎn)單、較低的維修成本以及較高的傳動(dòng)效率。其中，傳動(dòng)效率是評價(jià)汽車(chē)變速器性能的重要指標。這主要是由于機械式汽車(chē)變速器的傳動(dòng)效率能夠反應出其綜合性能，即變速器的制造水平和設計水平。傳動(dòng)效率主要是指汽車(chē)變速器在某一條件下，輸出功率與輸入功率的比值。機械式汽車(chē)變速器在工作過(guò)程中，其盡管具有諸多的優(yōu)勢，但也會(huì )受到諸多因素的影響，進(jìn)而導致功率損耗，如齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率、攪油功率等，進(jìn)而對傳動(dòng)效率造成影響。因此，本試驗研究，重點(diǎn)從影響因素的角度出發(fā)展開(kāi)了研究。
2 影響機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率的主要因素
2.1 齒輪嚙合功率的影響
本研究采用三軸式結構機械式變速器，其優(yōu)勢在于較靈活的空間布置和較大的傳動(dòng)范圍。變速器在工作的過(guò)程中，主要是通過(guò)換擋結構選擇齒輪的組合的。在這一工作過(guò)程中，齒輪嚙合就會(huì )產(chǎn)生一定的功率損失，進(jìn)而導致影響傳動(dòng)的效率。一般來(lái)說(shuō)，機械式汽車(chē)變速器中的齒輪主要是圓柱齒輪。滾動(dòng)摩擦功率損失以及滑動(dòng)摩擦功率損失是齒輪嚙合功率損失的重要類(lèi)型。其中，滑動(dòng)摩擦功率損失的影響因素主要在于嚙合點(diǎn)速度不同。在進(jìn)行計算的過(guò)程中，為簡(jiǎn)便算法，常常采用平均值進(jìn)行計算。平均滑動(dòng)摩擦一因數的影響因素主要與齒輪荷載、轉速、潤滑油性參數有關(guān)。滾動(dòng)摩擦功率損失的影響因素主要與彈性動(dòng)力油膜壓力分布有關(guān)，而彈性動(dòng)力油膜壓力則主要與齒輪荷載、轉速等有關(guān)。
2.2 軸承摩擦功率的影響
軸承是機械式汽車(chē)變速器支撐齒輪軸負荷的重要零部件。軸承摩擦功率損失確定過(guò)程中，首先應對摩擦力矩進(jìn)行計算。也就是說(shuō)，摩擦力矩是軸承性能的重要參數，其主要是指軸承在旋轉過(guò)程中各種摩擦力構成的阻力矩。軸承摩擦力矩主要與軸承密封徑、密封副摩擦等有密切的關(guān)系。與此同時(shí)，軸承內圈與軸頸的配合在軸承安裝過(guò)程中也占據十分重要的地位。另外，軸承外圈與外殼孔的配合度更是十分重要。也就是說(shuō)，軸頸的精度和外殼孔的精度對軸承的性能有著(zhù)非常重要的影響?？傊?，對于機械式汽車(chē)變速器，軸承摩擦功率的損失與摩擦力矩、軸承密封徑以及軸頸精度等有著(zhù)十分密切的關(guān)系。
2.3 攪油功率的影響
機械式變速器在實(shí)際工作過(guò)程中，所有齒輪從工作開(kāi)始一直到結束都在進(jìn)行攪油?？傊?，攪油功率損失對于傳動(dòng)效率也有重要的影響。一般來(lái)說(shuō)，攪油功率損失的影響因素主要有齒輪轉速、浸油深度以及溫度等等。攪油功率損失主要是由以下兩個(gè)方面的原因導致的：一方面是在齒輪油的作用下，變速器內部齒輪胡產(chǎn)生功率損失；另一方面是由于齒輪嚙合時(shí)，齒面間封閉區域孔隙變化時(shí)有所不同的，進(jìn)而會(huì )導致功率損失。在計算攪油功率損失的過(guò)程中，涉及的指標有潤滑油密度、運動(dòng)黏度、齒輪浸油面積以及齒輪旋轉角速度等等。因此，機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率的影響因素主要包括系統輸入轉速、齒輪結構參數等等。
3 試驗方案設計
機械式汽車(chē)變速器傳動(dòng)功率的影響因素主要有齒輪荷載、轉速、潤滑油性參數、摩擦力矩、軸承密封徑、系統輸入轉速、潤滑油特性以及齒輪結構參數等等?；谝陨嫌绊懸蛩?，本研究進(jìn)行了試驗方案設計。
在本試驗方案中，試驗臺架選擇的是驅動(dòng)電機。在試驗樣件輸出端，設置加載電機。無(wú)論是驅動(dòng)電機，還是加載電機，其均能夠實(shí)現兩種狀態(tài)，即發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)。在試驗時(shí)，驅動(dòng)電機所起到的作用主要是吸收直流母線(xiàn)能量。加載電機所起到的作用主要是吸收機械能，并將其轉化為電能，然后反饋給輸入電機。在這兩者之間，還設置了轉矩法蘭，以獲得輸入轉矩。另外，本試驗研究還依據相應的規范或標準等進(jìn)行了設計。機械式汽車(chē)變速器的綜合效率主要是用三個(gè)擋位評價(jià)效率的平均值來(lái)進(jìn)行表示，即Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋。Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋效率進(jìn)行測量的過(guò)程中，測量環(huán)境均在發(fā)動(dòng)機大轉矩點(diǎn)轉速環(huán)境下測量。在依據相應要求和規范的基礎上，本試驗研究選擇的因素主要是加載轉矩、輸入轉速以及變速箱檔位。其中，輸入轉速選擇了三個(gè)水平，即1000r/min、3000r/min、5200r/min。加載轉矩主要選擇的三個(gè)狀態(tài)，即分別依次為大發(fā)動(dòng)機轉矩的25%、75%、100%。
在試驗過(guò)程中，齒輪油溫度范圍在80±5℃。與此同時(shí)，變速器樣件放置在同一檔位，在加載電機負載、輸入轉速保持不變的基礎上，對輸入轉速、輸出轉速、轉矩等進(jìn)行記錄。然后，將變速器切換到其他的檔位，采用以上的方式進(jìn)行測試和記錄。后，變化加載電機的負載，采用同樣的方式進(jìn)行測試和記錄。
4 試驗結果
在保持齒輪油溫以及加載轉矩不變的基礎上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋擋位的傳動(dòng)效率，在初始的過(guò)程中，隨著(zhù)輸入轉速的提高，傳動(dòng)效率也有顯著(zhù)的增加。然而，在達到一定的數值后，隨著(zhù)輸入轉速的提高，傳動(dòng)效率則會(huì )下降。這主要是受到齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率以及攪油功率的影響而導致的。
在保持輸入轉速和加載轉矩不變的情況下，Ⅳ擋時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高。機械式汽車(chē)變速器轉動(dòng)效率的趨勢是依次增加的趨勢。這主要是由于Ⅳ擋是直接擋。
在保持齒輪油溫以及輸入轉速一定的基礎上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋擋位的傳動(dòng)效率，會(huì )隨著(zhù)加載轉矩的提高而提高。也就是說(shuō)，兩者存在正相關(guān)的關(guān)系。這也是受到齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率等因素的影響?？傊?，通過(guò)本研究的試驗，試驗結果表明，機械式變速器的傳動(dòng)效率受到諸多因素的影響。
5 結論
通過(guò)本文的試驗研究，研究結果表明，在加載轉矩保持既定的基礎上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋位的傳動(dòng)效率與輸入轉速的關(guān)系是正比關(guān)系。但只要達到大值，之后就會(huì )隨之下降；在輸入轉速保持不變的情況下，變速器各擋位的傳動(dòng)效率與加載轉矩呈正比?？傊?，為進(jìn)一步提高機械式汽車(chē)變速器的傳動(dòng)效率，應綜合考慮多種因素，尤其應考慮齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率以及攪油功率。只有綜合考慮多種因素，方能大限度提高傳動(dòng)效率。