隨著節(jié)能減排理念的逐漸深入，人們對(duì)汽車的環(huán)保性能也提出了更好的要求。同時(shí)，在節(jié)能減排大環(huán)境下，我國(guó)也制定了相應(yīng)的規(guī)范，對(duì)汽車的然后消耗量等進(jìn)行了規(guī)定。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，并大限度提高汽車的燃油利用率，本研究重點(diǎn)對(duì)機(jī)械式汽車變速器傳動(dòng)效率展開了研究。
1 機(jī)械式汽車變速器傳動(dòng)效率相關(guān)理論概述
變速器是傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要在于促使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在有利的工況下，大限度適應(yīng)外部不斷變化的條件。機(jī)械式汽車變速器的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)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(píng)價(jià)汽車變速器性能的重要指標(biāo)。這主要是由于機(jī)械式汽車變速器的傳動(dòng)效率能夠反應(yīng)出其綜合性能，即變速器的制造水平和設(shè)計(jì)水平。傳動(dòng)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(jī)械式汽車變速器在工作過(guò)程中，其盡管具有諸多的優(yōu)勢(shì)，但也會(huì)受到諸多因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)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(duì)傳動(dòng)效率造成影響。因此，本試驗(yàn)研究，重點(diǎn)從影響因素的角度出發(fā)展開了研究。
2 影響機(jī)械式汽車變速器傳動(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(jié)構(gòu)機(jī)械式變速器，其優(yōu)勢(shì)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致影響傳動(dòng)的效率。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械式汽車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(jì)算的過(guò)程中，為簡(jiǎn)便算法，常常采用平均值進(jìn)行計(jì)算。平均滑動(dòng)摩擦一因數(shù)的影響因素主要與齒輪荷載、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油性參數(shù)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(zhuǎn)速等有關(guān)。
2.2 軸承摩擦功率的影響
軸承是機(jī)械式汽車變速器支撐齒輪軸負(fù)荷的重要零部件。軸承摩擦功率損失確定過(guò)程中，首先應(yīng)對(duì)摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算。也就是說(shuō)，摩擦力矩是軸承性能的重要參數(shù)，其主要是指軸承在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中各種摩擦力構(gòu)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(nèi)圈與軸頸的配合在軸承安裝過(guò)程中也占據(jù)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(duì)軸承的性能有著非常重要的影響?？傊瑢?duì)于機(jī)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(guān)系。
2.3 攪油功率的影響
機(jī)械式變速器在實(shí)際工作過(guò)程中，所有齒輪從工作開始一直到結(jié)束都在進(jìn)行攪油?？傊?，攪油功率損失對(duì)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(zhuǎn)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?qū)е碌模阂环矫媸窃邶X輪油的作用下，變速器內(nèi)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(qū)域孔隙變化時(shí)有所不同的，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致功率損失。在計(jì)算攪油功率損失的過(guò)程中，涉及的指標(biāo)有潤(rùn)滑油密度、運(yùn)動(dòng)黏度、齒輪浸油面積以及齒輪旋轉(zhuǎn)角速度等等。因此，機(jī)械式汽車變速器傳動(dòng)效率的影響因素主要包括系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速、齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)等等。
3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
機(jī)械式汽車變速器傳動(dòng)功率的影響因素主要有齒輪荷載、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油性參數(shù)、摩擦力矩、軸承密封徑、系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油特性以及齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)等等?；谝陨嫌绊懸蛩?，本研究進(jìn)行了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。
在本試驗(yàn)方案中，試驗(yàn)臺(tái)架選擇的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在試驗(yàn)樣件輸出端，設(shè)置加載電機(jī)。無(wú)論是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還是加載電機(jī)，其均能夠?qū)崿F(xiàn)兩種狀態(tài)，即發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)。在試驗(yàn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所起到的作用主要是吸收直流母線能量。加載電機(jī)所起到的作用主要是吸收機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，然后反饋給輸入電機(jī)。在這兩者之間，還設(shè)置了轉(zhuǎn)矩法蘭，以獲得輸入轉(zhuǎn)矩。另外，本試驗(yàn)研究還依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。機(jī)械式汽車變速器的綜合效率主要是用三個(gè)擋位評(píng)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(cè)量的過(guò)程中，測(cè)量環(huán)境均在發(fā)動(dòng)機(jī)大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速環(huán)境下測(cè)量。在依據(jù)相應(yīng)要求和規(guī)范的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)研究選擇的因素主要是加載轉(zhuǎn)矩、輸入轉(zhuǎn)速以及變速箱檔位。其中，輸入轉(zhuǎn)速選擇了三個(gè)水平，即1000r/min、3000r/min、5200r/min。加載轉(zhuǎn)矩主要選擇的三個(gè)狀態(tài)，即分別依次為大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的25%、75%、100%。
在試驗(yàn)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(jī)負(fù)載、輸入轉(zhuǎn)速保持不變的基礎(chǔ)上，對(duì)輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)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(cè)試和記錄。后，變化加載電機(jī)的負(fù)載，采用同樣的方式進(jìn)行測(cè)試和記錄。
4 試驗(yàn)結(jié)果
在保持齒輪油溫以及加載轉(zhuǎn)矩不變的基礎(chǔ)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，隨著輸入轉(zhuǎn)速的提高，傳動(dòng)效率也有顯著的增加。然而，在達(dá)到一定的數(shù)值后，隨著輸入轉(zhuǎn)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(dǎo)致的。
在保持輸入轉(zhuǎn)速和加載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，Ⅳ擋時(shí)變速器的傳動(dòng)效率高。機(jī)械式汽車變速器轉(zhuǎn)動(dòng)效率的趨勢(shì)是依次增加的趨勢(shì)。這主要是由于Ⅳ擋是直接擋。
在保持齒輪油溫以及輸入轉(zhuǎn)速一定的基礎(chǔ)上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋擋位的傳動(dòng)效率，會(huì)隨著加載轉(zhuǎn)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(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率受到諸多因素的影響。
5 結(jié)論
通過(guò)本文的試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，在加載轉(zhuǎn)矩保持既定的基礎(chǔ)上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋位的傳動(dòng)效率與輸入轉(zhuǎn)速的關(guān)系是正比關(guān)系。但只要達(dá)到大值，之后就會(huì)隨之下降；在輸入轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩呈正比。總之，為進(jìn)一步提高機(jī)械式汽車變速器的傳動(dòng)效率，應(yīng)綜合考慮多種因素，尤其應(yīng)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。