機械式汽車變速器傳動效率的試驗研究

隨著節能減排理念的逐漸深入，人們對汽車的環保性能也提出了更好的要求。同時，在節能減排大環境下，我國也制定了相應的規范，對汽車的然后消耗量等進行了規定。為實現節能環保，并大限度提高汽車的燃油利用率，本研究重點對機械式汽車變速器傳動效率展開了研究。
1 機械式汽車變速器傳動效率相關理論概述
變速器是傳動系統的重要組成部分，其作用主要在于促使發動機能夠在有利的工況下，大限度適應外部不斷變化的條件。機械式汽車變速器的優勢在于結構簡單、較低的維修成本以及較高的傳動效率。其中，傳動效率是評價汽車變速器性能的重要指標。這主要是由于機械式汽車變速器的傳動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。傳動效率主要是指汽車變速器在某一條件下，輸出功率與輸入功率的比值。機械式汽車變速器在工作過程中，其盡管具有諸多的優勢，但也會受到諸多因素的影響，進而導致功率損耗，如齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率、攪油功率等，進而對傳動效率造成影響。因此，本試驗研究，重點從影響因素的角度出發展開了研究。
2 影響機械式汽車變速器傳動效率的主要因素
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，其優勢在于較靈活的空間布置和較大的傳動范圍。變速器在工作的過程中，主要是通過換擋結構選擇齒輪的組合的。在這一工作過程中，齒輪嚙合就會產生一定的功率損失，進而導致影響傳動的效率。一般來說，機械式汽車變速器中的齒輪主要是圓柱齒輪。滾動摩擦功率損失以及滑動摩擦功率損失是齒輪嚙合功率損失的重要類型。其中，滑動摩擦功率損失的影響因素主要在于嚙合點速度不同。在進行計算的過程中，為簡便算法，常常采用平均值進行計算。平均滑動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。滾動摩擦功率損失的影響因素主要與彈性動力油膜壓力分布有關，而彈性動力油膜壓力則主要與齒輪荷載、轉速等有關。
2.2 軸承摩擦功率的影響
軸承是機械式汽車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程中，首先應對摩擦力矩進行計算。也就是說，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系。與此同時，軸承內圈與軸頸的配合在軸承安裝過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，軸頸的精度和外殼孔的精度對軸承的性能有著非常重要的影響?？傊?，對于機械式汽車變速器，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十分密切的關系。
2.3 攪油功率的影響
機械式變速器在實際工作過程中，所有齒輪從工作開始一直到結束都在進行攪油。總之，攪油功率損失對于傳動效率也有重要的影響。一般來說，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生功率損失；另一方面是由于齒輪嚙合時，齒面間封閉區域孔隙變化時有所不同的，進而會導致功率損失。在計算攪油功率損失的過程中，涉及的指標有潤滑油密度、運動黏度、齒輪浸油面積以及齒輪旋轉角速度等等。因此，機械式汽車變速器傳動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
機械式汽車變速器傳動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。基于以上影響因素，本研究進行了試驗方案設計。
在本試驗方案中，試驗臺架選擇的是驅動電機。在試驗樣件輸出端，設置加載電機。無論是驅動電機，還是加載電機，其均能夠實現兩種狀態，即發電狀態和電動狀態。在試驗時，驅動電機所起到的作用主要是吸收直流母線能量。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行了設計。機械式汽車變速器的綜合效率主要是用三個擋位評價效率的平均值來進行表示，即Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋。Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋效率進行測量的過程中，測量環境均在發動機大轉矩點轉速環境下測量。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水平，即1000r/min、3000r/min、5200r/min。加載轉矩主要選擇的三個狀態，即分別依次為大發動機轉矩的25%、75%、100%。
在試驗過程中，齒輪油溫度范圍在80±5℃。與此同時，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，采用以上的方式進行測試和記錄。后，變化加載電機的負載，采用同樣的方式進行測試和記錄。
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擋各擋擋位的傳動效率，在初始的過程中，隨著輸入轉速的提高，傳動效率也有顯著的增加。然而，在達到一定的數值后，隨著輸入轉速的提高，傳動效率則會下降。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擋時變速器的傳動效率高。機械式汽車變速器轉動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擋各擋擋位的傳動效率，會隨著加載轉矩的提高而提高。也就是說，兩者存在正相關的關系。這也是受到齒輪嚙合功率、軸承摩擦功率等因素的影響。總之，通過本研究的試驗，試驗結果表明，機械式變速器的傳動效率受到諸多因素的影響。
5 結論
通過本文的試驗研究，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擋各擋位的傳動效率與輸入轉速的關系是正比關系。但只要達到大值，之后就會隨之下降；在輸入轉速保持不變的情況下，變速器各擋位的傳動效率與加載轉矩呈正比。總之，為進一步提高機械式汽車變速器的傳動效率，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效率。