机械式汽车变速器传动效率的试验研究

随着节能减排理念的逐渐深入，人们对汽车的环保性能也提出了更好的要求。同时，在节能减排大环境下，我国也制定了相应的规范，对汽车的然后消耗量等进行了规定。为实现节能环保，并大限度提高汽车的燃油利用率，本研究重点对机械式汽车变速器传动效率展开了研究。
1 机械式汽车变速器传动效率相关理论概述
变速器是传动系统的重要组成部分，其作用主要在于促使发动机能够在有利的工况下，大限度适应外部不断变化的条件。机械式汽车变速器的优势在于结构简单、较低的维修成本以及较高的传动效率。其中，传动效率是评价汽车变速器性能的重要指标。这主要是由于机械式汽车变速器的传动效率能够反应出其综合性能，即变速器的制造水平和设计水平。传动效率主要是指汽车变速器在某一条件下，输出功率与输入功率的比值。机械式汽车变速器在工作过程中，其尽管具有诸多的优势，但也会受到诸多因素的影响，进而导致功率损耗，如齿轮啮合功率、轴承摩擦功率、搅油功率等，进而对传动效率造成影响。因此，本试验研究，重点从影响因素的角度出发展开了研究。
2 影响机械式汽车变速器传动效率的主要因素
2.1 齿轮啮合功率的影响
本研究采用三轴式结构机械式变速器，其优势在于较灵活的空间布置和较大的传动范围。变速器在工作的过程中，主要是通过换挡结构选择齿轮的组合的。在这一工作过程中，齿轮啮合就会产生一定的功率损失，进而导致影响传动的效率。一般来说，机械式汽车变速器中的齿轮主要是圆柱齿轮。滚动摩擦功率损失以及滑动摩擦功率损失是齿轮啮合功率损失的重要类型。其中，滑动摩擦功率损失的影响因素主要在于啮合点速度不同。在进行计算的过程中，为简便算法，常常采用平均值进行计算。平均滑动摩擦一因数的影响因素主要与齿轮荷载、转速、润滑油性参数有关。滚动摩擦功率损失的影响因素主要与弹性动力油膜压力分布有关，而弹性动力油膜压力则主要与齿轮荷载、转速等有关。
2.2 轴承摩擦功率的影响
轴承是机械式汽车变速器支撑齿轮轴负荷的重要零部件。轴承摩擦功率损失确定过程中，首先应对摩擦力矩进行计算。也就是说，摩擦力矩是轴承性能的重要参数，其主要是指轴承在旋转过程中各种摩擦力构成的阻力矩。轴承摩擦力矩主要与轴承密封径、密封副摩擦等有密切的关系。与此同时，轴承内圈与轴颈的配合在轴承安装过程中也占据十分重要的地位。另外，轴承外圈与外壳孔的配合度更是十分重要。也就是说，轴颈的精度和外壳孔的精度对轴承的性能有着非常重要的影响。总之，对于机械式汽车变速器，轴承摩擦功率的损失与摩擦力矩、轴承密封径以及轴颈精度等有着十分密切的关系。
2.3 搅油功率的影响
机械式变速器在实际工作过程中，所有齿轮从工作开始一直到结束都在进行搅油。总之，搅油功率损失对于传动效率也有重要的影响。一般来说，搅油功率损失的影响因素主要有齿轮转速、浸油深度以及温度等等。搅油功率损失主要是由以下两个方面的原因导致的：一方面是在齿轮油的作用下，变速器内部齿轮胡产生功率损失；另一方面是由于齿轮啮合时，齿面间封闭区域孔隙变化时有所不同的，进而会导致功率损失。在计算搅油功率损失的过程中，涉及的指标有润滑油密度、运动黏度、齿轮浸油面积以及齿轮旋转角速度等等。因此，机械式汽车变速器传动效率的影响因素主要包括系统输入转速、齿轮结构参数等等。
3 试验方案设计
机械式汽车变速器传动功率的影响因素主要有齿轮荷载、转速、润滑油性参数、摩擦力矩、轴承密封径、系统输入转速、润滑油特性以及齿轮结构参数等等。基于以上影响因素，本研究进行了试验方案设计。
在本试验方案中，试验台架选择的是驱动电机。在试验样件输出端，设置加载电机。无论是驱动电机，还是加载电机，其均能够实现两种状态，即发电状态和电动状态。在试验时，驱动电机所起到的作用主要是吸收直流母线能量。加载电机所起到的作用主要是吸收机械能，并将其转化为电能，然后反馈给输入电机。在这两者之间，还设置了转矩法兰，以获得输入转矩。另外，本试验研究还依据相应的规范或标准等进行了设计。机械式汽车变速器的综合效率主要是用三个挡位评价效率的平均值来进行表示，即Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡。Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡各挡效率进行测量的过程中，测量环境均在发动机大转矩点转速环境下测量。在依据相应要求和规范的基础上，本试验研究选择的因素主要是加载转矩、输入转速以及变速箱档位。其中，输入转速选择了三个水平，即1000r/min、3000r/min、5200r/min。加载转矩主要选择的三个状态，即分别依次为大发动机转矩的25%、75%、100%。
在试验过程中，齿轮油温度范围在80±5℃。与此同时，变速器样件放置在同一档位，在加载电机负载、输入转速保持不变的基础上，对输入转速、输出转速、转矩等进行记录。然后，将变速器切换到其他的档位，采用以上的方式进行测试和记录。后，变化加载电机的负载，采用同样的方式进行测试和记录。
4 试验结果
在保持齿轮油温以及加载转矩不变的基础上，变速器Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡各挡挡位的传动效率，在初始的过程中，随着输入转速的提高，传动效率也有显著的增加。然而，在达到一定的数值后，随着输入转速的提高，传动效率则会下降。这主要是受到齿轮啮合功率、轴承摩擦功率以及搅油功率的影响而导致的。
在保持输入转速和加载转矩不变的情况下，Ⅳ挡时变速器的传动效率高。机械式汽车变速器转动效率的趋势是依次增加的趋势。这主要是由于Ⅳ挡是直接挡。
在保持齿轮油温以及输入转速一定的基础上，变速器Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡各挡挡位的传动效率，会随着加载转矩的提高而提高。也就是说，两者存在正相关的关系。这也是受到齿轮啮合功率、轴承摩擦功率等因素的影响。总之，通过本研究的试验，试验结果表明，机械式变速器的传动效率受到诸多因素的影响。
5 结论
通过本文的试验研究，研究结果表明，在加载转矩保持既定的基础上，变速器Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡各挡位的传动效率与输入转速的关系是正比关系。但只要达到大值，之后就会随之下降；在输入转速保持不变的情况下，变速器各挡位的传动效率与加载转矩呈正比。总之，为进一步提高机械式汽车变速器的传动效率，应综合考虑多种因素，尤其应考虑齿轮啮合功率、轴承摩擦功率以及搅油功率。只有综合考虑多种因素，方能大限度提高传动效率。