油溫對驅動橋傳動效率影響測試研究

王恩鵬 張林濤 王勇哲 李旭偉

摘 要：現如今大多數驅動橋主減速器采用的是準雙曲面齒輪傳動，這種準雙曲面齒輪傳動有更好嚙合性且傳動平穩，能承載較大的載荷。隨著人們對汽車舒適性和燃油經濟性要求的不斷提高，驅動橋的效率和振動噪聲水平越來越受到重視，從而使得對準雙曲面齒輪傳動的相關技術要求就越來越高[1]，因此，對于驅動橋總成的傳動效率有著更大的研究空間。本文以某商用車驅動橋總成為研究對象，通過臺架測試分析不同油溫對其傳動效率的影響。

關鍵詞：驅動橋 傳動效率 準雙曲面齒輪

驅動橋作為汽車傳動系統中的重要部件之一，擔負著將由傳動軸或變速器傳遞來的驅動轉矩分配到左右側驅動車輪，最終推動汽車行駛的重要作用。在這一過程中，驅動橋需要完成傳動方向轉換、增矩降速、以及左右輪差速等基本功能，對整車行駛時的動力性有著直接的影響，因此對于其傳動效率有著更高的要求。驅動橋主減速器和差速器總成是由不同齒輪結構組成，齒輪傳動是當今機械結構中最常見的機械傳動形式，應用極為廣泛。它相比于帶、鏈條、液壓等機械傳動有著更高的傳動效率、傳動比更準確、使用壽命長、功率范圍大等一系列優勢。齒輪傳動伴隨著各齒輪之間相互摩擦，會使齒輪和潤滑油產生大量熱量，導致齒輪熱變形以及齒面長時間工作會損壞齒面，影響傳動效率，降低汽車燃油經濟性，所以本文對于某種車型驅動橋在不同油溫下進行測試，研究其傳動效率有何影響。

1 傳動效率相關計算

目前驅動橋主減速器總成多數采用準雙曲面齒輪傳動方式，其突出特性包括：輪齒強度高、運轉平穩，噪聲小、傳動效率好。準雙曲面齒輪傳動也是一種齒輪傳動方式，在任何機械傳動系統中都會存在各種各樣的能量損失，當今的機械傳動正朝著大功率、小體積、高效能以及長壽命的方向發展[2]。驅動橋總成傳動效率是衡量驅動橋系統工作性能的重要指標之一，通過提高傳動效率可改善汽車行駛效率從而可以減少燃油消耗降低排放[3]。

汽車在行進過程中，動力是由發動機傳遞給變速器再通過傳動軸把動力傳遞給驅動橋主減速器，主減速器通過差速器再把動力合理分配給兩端車輪，所以在傳動系統工作時會產生一定的能源損耗。傳動系功率損失一般包括液力損失和機械損失兩種方式，其中液力損失主要是旋轉零部件攪油損失、旋轉零部件與潤滑油之間的摩擦等產生的功率損失，且與潤滑油油面高度、油品、動力粘度、工作溫度、以及齒輪轉速等有關;機械損失主要以齒輪副之間嚙合、油封和軸承摩擦等損失有關。

2 試驗臺架及試驗方案設計

2.1 試驗使用臺架

本次測試使用設備布置形式為T字形臺架，是一臺專門為驅動橋等旋轉類零部件相關試驗所設計的測試臺架。臺架由三臺可變速比減速箱、三臺驅動電機和一套組裝平臺及電力控制系統組成。交流電力測功機是使用三相交流電機作為加載設備，通過變頻器提供可變頻率的驅動電源，精確控制其轉矩和轉速。與其他測功機相比，交流測功機具有功率容易控制，轉矩和轉速控制精度高，動態響應時間短、結構靈活多樣、高效節能和可靠性高等特點。

此驅動橋傳動效率測試臺架主要特點：以CAC系列交流電力測功機是動力機械功率試驗的負載。標準的CAC系列交流電力測功機由一臺交流電機，一套轉矩、轉速測量傳感器、底座及與動力機械連接的法蘭，一套可四象限運行的ACS交流變頻調速與配電系統，一臺交流電力測功機測控儀組成。其工作原理是將交流電機發出的交流電經ACS變頻器逆變為直流電然后再逆變為交流電上網。ACS交流變頻調速系統調節電機的上網電流來控制原動機的轉速和扭矩。

CAC系列電力測功機應用范圍十分廣泛，但主要還是應用在發動機性能、出廠試驗及汽車傳動部件（變速箱、驅動橋、傳動軸、同步器）的性能、壽命試驗。

2.2 傳動效率測試試驗

按照驅動橋設計參數及實際使用工況，制定測試工況，具體測試方案如下：

（1）首先按照設計把驅動橋安裝到試驗臺架上，并加以緊固，再將保護罩安裝好，保證測試安全。

（2）按照驅動橋規定加注GL-5/85W潤滑油，進行試驗前磨合：按照、、三個階段先后進行磨合，每個階段磨合時間為2h，在階段磨合結束后觀察傳動效率值浮動情況，浮動在±1%內方可進行測試。

（3）驅動橋潤滑油在60℃、80℃、90℃三種不同油溫下，在轉速、扭矩相同情況下進行傳動效率測試，并對比測試結果。

試驗測試工況以及試驗現場照片詳見表1和圖2。

3 測試結果對比

通過試驗采集傳動效率測試數據并將數據以折線圖的形式直觀的反映出在三種不同工作油溫下對其傳動效率的影響情況，坐標系以扭矩的大小作為橫軸，效率的高低作為縱軸，在相同轉速、不同扭矩下的測試數據通過帶平滑的散點圖來繪制傳動效率曲線，具體測試結果曲線如圖3：

通過傳動效率測試曲線能直觀反映出工作油溫的不同，對于驅動橋傳動效率也會有所差異。在不同油溫下，其傳動效率也會有所改變;油溫60℃和80℃對比可看出，傳動效率在80℃時效率更高，隨著扭矩升高效率趨于穩定，且變化很小;80℃和90℃對比可看出，相同工況下效率值差異很小，10%、25%、50%、100%這四種工況下，90℃比80℃的效率要低;由此得出，影響驅動橋傳動效率降低的其中一個因素是因為隨著工作油溫的升高，主減速器齒輪自身的熱變形嚴重，齒輪嚙合時會產生誤差。

4 結論

1）齒輪的傳動效率與其功率損失成反比，當齒輪傳動效率低，齒輪嚙合會產生大量熱量使主減速器潤滑油溫度急劇升高，破壞驅動橋的潤滑系統，導致主減速器齒輪失效（齒面磨損、點蝕、膠合等）。

2）試驗證明，當輸入轉速保持不變時，驅動橋傳動效率將隨著加載扭矩的增加而逐漸上升。

3）隨著工作油溫的升高，傳動效率不一定高。

參考文獻：

[1]趙木青，準雙曲面齒輪副對驅動橋傳動效率的影響研究.

[2]何毅斌，齒輪減速器傳動效率的測量與研究.

[3]占銳，重型汽車驅動橋傳動效率試驗臺及方法研究.