隨著節(jié)能減排理念的逐漸深入，人們對汽車的環(huán)保性能也提出了更好的要求。同時，在節(jié)能減排大環(huán)境下，我國也制定了相應(yīng)的規(guī)范，對汽車的然后消耗量等進(jìn)行了規(guī)定。為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，并大限度提高汽車的燃油利用率，本研究重點對機(jī)械式汽車變速器傳動效率展開了研究。
1 機(jī)械式汽車變速器傳動效率相關(guān)理論概述
變速器是傳動系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要在于促使發(fā)動機(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)勢在于結(jié)構(gòu)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(biāo)。這主要是由于機(jī)械式汽車變速器的傳動效率能夠反應(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(jī)械式汽車變速器在工作過程中，其盡管具有諸多的優(yōu)勢，但也會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(fā)展開了研究。
2 影響機(jī)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(jié)構(gòu)機(jī)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范圍。變速器在工作的過程中，主要是通過換擋結(jié)構(gòu)選擇齒輪的組合的。在這一工作過程中，齒輪嚙合就會產(chǎn)生一定的功率損失，進(jìn)而導(dǎo)致影響傳動的效率。一般來說，機(jī)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(jìn)行計算的過程中，為簡便算法，常常采用平均值進(jìn)行計算。平均滑動摩擦一因數(shù)的影響因素主要與齒輪荷載、轉(zhuǎn)速、潤滑油性參數(shù)有關(guān)。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(guān)，而彈性動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程中，首先應(yīng)對摩擦力矩進(jìn)行計算。也就是說，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，軸承內(nèi)圈與軸頸的配合在軸承安裝過程中也占據(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，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(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)械式變速器在實際工作過程中，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(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，齒面間封閉區(qū)域孔隙變化時有所不同的，進(jìn)而會導(dǎo)致功率損失。在計算攪油功率損失的過程中，涉及的指標(biāo)有潤滑油密度、運(yùn)動黏度、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 試驗方案設(shè)計
機(jī)械式汽車變速器傳動功率的影響因素主要有齒輪荷載、轉(zhuǎn)速、潤滑油性參數(shù)、摩擦力矩、軸承密封徑、系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速、潤滑油特性以及齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)等等。基于以上影響因素，本研究進(jìn)行了試驗方案設(shè)計。
在本試驗方案中，試驗臺架選擇的是驅(qū)動電機(jī)。在試驗樣件輸出端，設(shè)置加載電機(jī)。無論是驅(qū)動電機(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)和電動狀態(tài)。在試驗時，驅(qū)動電機(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。機(jī)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(jìn)行表示，即Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋。Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋效率進(jìn)行測量的過程中，測量環(huán)境均在發(fā)動機(jī)大轉(zhuǎn)矩點轉(zhuǎn)速環(huán)境下測量。在依據(jù)相應(yīng)要求和規(guī)范的基礎(chǔ)上，本試驗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)速選擇了三個水平，即1000r/min、3000r/min、5200r/min。加載轉(zhuǎn)矩主要選擇的三個狀態(tài)，即分別依次為大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)負(fù)載、輸入轉(zhuǎn)速保持不變的基礎(chǔ)上，對輸入轉(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)行測試和記錄。
4 試驗結(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擋各擋擋位的傳動效率，在初始的過程中，隨著輸入轉(zhuǎn)速的提高，傳動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(dǎo)致的。
在保持輸入轉(zhuǎn)速和加載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，Ⅳ擋時變速器的傳動效率高。機(jī)械式汽車變速器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速一定的基礎(chǔ)上，變速器Ⅲ擋、Ⅳ擋、Ⅴ擋各擋擋位的傳動效率，會隨著加載轉(zhuǎn)矩的提高而提高。也就是說，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。總之，通過本研究的試驗，試驗結(jié)果表明，機(jī)械式變速器的傳動效率受到諸多因素的影響。
5 結(jié)論
通過本文的試驗研究，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效率。