潤(rùn)滑油對(duì)電驅(qū)橋功率損失影響的試驗(yàn)研究

摘要：【目的】電驅(qū)橋的典型輸入轉(zhuǎn)速為12 000～22 000 r/min，但現(xiàn)有研究工作基本以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)使用的變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等齒輪傳動(dòng)裝置為研究對(duì)象，運(yùn)行工況的差異將導(dǎo)致功率損失影響規(guī)律的差異，同時(shí)現(xiàn)有研究也未對(duì)攪油損失、不同傳動(dòng)級(jí)損失進(jìn)行分類(lèi)分析。基于以上問(wèn)題，針對(duì)某輕型商用車(chē)用高速電驅(qū)橋，開(kāi)展不同油品、油溫、油位等條件下的功率損失試驗(yàn)。【方法】基于臺(tái)架試驗(yàn)，研究了潤(rùn)滑油對(duì)某電驅(qū)橋功率損失的影響規(guī)律，分析潤(rùn)滑油配方、油溫及油量因素對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率的影響規(guī)律。【結(jié)果】結(jié)果表明，工作條件、潤(rùn)滑油配方、油溫和油位對(duì)電驅(qū)橋的功率損失影響顯著；在電驅(qū)橋常用工作條件下，空載功率損失占總功率損失的比例超過(guò)80%，其中，輸入高速級(jí)功率損失占比超過(guò)80%；使用合適的潤(rùn)滑油配方、降低潤(rùn)滑油加油量和維持合適的潤(rùn)滑油溫度，是降低電驅(qū)橋功率損失的有效措施，效率提升潛力分別達(dá)到1. 04%、3. 90%和1. 60%。研究結(jié)果可為電驅(qū)橋傳動(dòng)效率的提升提供參考。

關(guān)鍵詞：功率損失；潤(rùn)滑油；電驅(qū)橋；臺(tái)架試驗(yàn)；攪油損失

中圖分類(lèi)號(hào)：TH132.41 DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 02. 014

0 引言

隨著車(chē)輛電動(dòng)化的快速發(fā)展和全球化競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，電動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出集成、高速和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，電驅(qū)橋的可靠性和傳動(dòng)效率受到了業(yè)界的廣泛重視。潤(rùn)滑油具有潤(rùn)滑、冷卻、清潔和防銹等作用，是保障電驅(qū)橋可靠高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的正常發(fā)揮起著重要作用。研究[1]151[2]表明，潤(rùn)滑油通過(guò)影響齒輪嚙合副摩擦因數(shù)、旋轉(zhuǎn)零部件攪油阻力等影響變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等電驅(qū)橋等機(jī)械傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率，是決定整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素之一。因此，有必要開(kāi)展?jié)櫥蛯?duì)電驅(qū)橋傳動(dòng)效率的影響研究，準(zhǔn)確地評(píng)估不同潤(rùn)滑油配方對(duì)傳動(dòng)效率的影響規(guī)律，為電驅(qū)橋潤(rùn)滑油的選擇和效率提升提供指導(dǎo)。

開(kāi)展?jié)櫥蛡鲃?dòng)效率研究的關(guān)鍵在于明確潤(rùn)滑油對(duì)電驅(qū)橋效率的影響規(guī)律，以確定不同潤(rùn)滑油配方對(duì)傳動(dòng)效率的提升潛力，在此基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的傳動(dòng)效率提升措施、選擇合適的潤(rùn)滑油配方，最終實(shí)現(xiàn)電驅(qū)橋的高效率和高可靠運(yùn)行。

目前，針對(duì)潤(rùn)滑油對(duì)電驅(qū)橋等齒輪傳動(dòng)裝置功率損失影響的相關(guān)問(wèn)題，已有學(xué)者開(kāi)展了研究工作。理論研究方面，MICHAELIS 等[3-5]基于標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架試驗(yàn)，建立了齒輪、軸承、油封等各零部件的功率損失模型，為齒輪傳動(dòng)裝置零部件功率損失的表征奠定了基礎(chǔ)。FERNANDES 等[6-7]建立了齒輪傳動(dòng)裝置整機(jī)的功率損失模型，并在風(fēng)電、車(chē)輛等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，為齒輪傳動(dòng)裝置整機(jī)效率的評(píng)估提供了可行的方向。但是，實(shí)際齒輪傳動(dòng)裝置通常是齒輪、軸承及殼體的各種組合，理論計(jì)算方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往存在較大誤差[8]。此外，由于理論公式通常是在特定潤(rùn)滑油條件下測(cè)試得到的，在使用有較大配方改動(dòng)的潤(rùn)滑油時(shí)，使用上述理論公式也將會(huì)導(dǎo)致較大的計(jì)算誤差[9-10]。為了更準(zhǔn)確地評(píng)估齒輪傳動(dòng)裝置在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的功率損失情況，部分學(xué)者開(kāi)展了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。劉傳波等[11-12]針對(duì)車(chē)輛變速箱、驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)，分析了工作條件、潤(rùn)滑油配方對(duì)其功率損失的影響。此外，近年來(lái)，基于有限元仿真的功率損失計(jì)算方法也得到了一定的研究[13]，這為齒輪傳動(dòng)裝置功率損失的計(jì)算提供了新的思路。更多潤(rùn)滑因素對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置功率損失的影響研究可參考文獻(xiàn)[14]。

然而，上述研究工作基本以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)使用的變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等齒輪傳動(dòng)裝置為研究對(duì)象，其典型的輸入轉(zhuǎn)速范圍為2 000～6 000 r/min，而目前電驅(qū)橋的典型輸入轉(zhuǎn)速范圍為12 000～22 000 r/min[15]。運(yùn)行工況的差異將導(dǎo)致功率損失影響規(guī)律的差異，上述研究成果對(duì)高速電驅(qū)橋系統(tǒng)的參考意義較弱。此外，上述研究基本為針對(duì)潤(rùn)滑油對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)整體傳動(dòng)效率的影響分析，缺乏針對(duì)攪油損失、不同傳動(dòng)級(jí)損失的分類(lèi)分析。功率損失的分類(lèi)分析有助于明確損失來(lái)源，以便采取針對(duì)性的優(yōu)化措施。

基于此，本文以某輕型商用車(chē)用高速電驅(qū)橋?yàn)閷?duì)象，開(kāi)展了不同油品、油溫、油位等條件下的功率損失試驗(yàn)。重點(diǎn)分析了加載試驗(yàn)、空損試驗(yàn)及反拖試驗(yàn)結(jié)果，較為詳細(xì)地剖析了潤(rùn)滑因素對(duì)電驅(qū)橋功率損失的影響規(guī)律。研究結(jié)果為電驅(qū)橋的效率提升指明了方向，也可為其他相似齒輪傳動(dòng)裝置的功率損失評(píng)估提供指導(dǎo)。

1 齒輪傳動(dòng)裝置的功率損失機(jī)制

如圖1所示，齒輪傳動(dòng)裝置的功率損失主要包括齒輪、軸承、油封和其他損失。其中，齒輪和軸承損失可進(jìn)一步分為與載荷相關(guān)的損失和與載荷無(wú)關(guān)的損失。

與載荷無(wú)關(guān)的損失伴隨著零部件旋轉(zhuǎn)攪油而產(chǎn)生，與是否傳遞轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)；該損失主要取決于潤(rùn)滑油黏度、密度和零部件浸油深度，并受齒輪傳動(dòng)裝置的運(yùn)行工況和殼體內(nèi)壁構(gòu)型的影響。與載荷相關(guān)的損失產(chǎn)生于零部件轉(zhuǎn)矩傳遞過(guò)程的摩擦副接觸；該損失取決于傳遞轉(zhuǎn)矩的大小、接觸區(qū)的摩擦因數(shù)及滑動(dòng)率等。

在齒輪傳動(dòng)裝置的各種功率損失中，齒輪功率損失是主要成分。齒輪功率損失主要分為嚙合損失、攪油損失以及風(fēng)阻損失。其中，嚙合損失和攪油損失是主要構(gòu)成要素。嚙合功率損失PVZP 又分為滾動(dòng)摩擦損失和滑動(dòng)摩擦損失[16]，可表示為

PVZP = PH + PR （1）

式中，PH 為滑動(dòng)摩擦損失；PR 為滾動(dòng)摩擦損失。

滑動(dòng)摩擦損失的一般計(jì)算式為

PH = fFn vH （2）

式中，f 為瞬時(shí)摩擦因數(shù)；Fn 為齒面法向載荷；vH 為嚙合點(diǎn)處的滑動(dòng)速度。

假設(shè)嚙合副兩齒廓承受載荷相等，以平均摩擦因數(shù)表示齒廓全嚙合過(guò)程滑動(dòng)摩擦損失，則滑動(dòng)摩擦損失PH[17]22可表示為

PH = 0.329fHmFn mn （1 + i）XE10-6 （3）

式中，fHm 為平均摩擦因數(shù)；mn 為法向模數(shù)；i 為傳動(dòng)比；XE 為重合度。

油潤(rùn)滑條件下的平均摩擦因數(shù)fHm 可采用MAR?TIN等[18]208提出的算法，表示為

fHm = 0.127lg （29.66Fn /bσvHm v2Tm ） （4）

式中，b 為嚙合有效齒寬；σ 為潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度；vHm 為平均滑動(dòng)速度；vTm 為平均滾動(dòng)速度。

由式（4）可以看出，除齒輪基本尺貌參數(shù)外，潤(rùn)滑油黏度是影響滑動(dòng)摩擦損失的重要影響因素。

潤(rùn)滑條件下，齒輪嚙合副齒廓間會(huì)形成彈性動(dòng)力油膜，由于齒面宏微觀(guān)形貌的影響，油膜壓力PR 呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，導(dǎo)致嚙合副產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦損失[17]22，可表示為

PR = 9hvTmb × 10-2 /cos β （5）

式中，h 為彈性動(dòng)力油膜厚度；β 為齒輪分度圓螺旋角。

彈性動(dòng)力油膜厚度h 可采用HAMROCK等[19]281提出的算法，表示為

h = 3.07ε0.57 R0.4 （σvTm ）0.71 /E0.03 φ0.11 （6）

式中，ε 為壓黏系數(shù)；R 為齒廓曲率半徑；E 為彈性模量；φ 為載荷系數(shù)。

由式（6）可以看出，潤(rùn)滑油黏度也是影響滾動(dòng)摩擦損失的重要影響因素。

值得注意的是，上述的齒輪嚙合滑動(dòng)及滾動(dòng)功率損失雖然在一定程度上能夠表征齒輪嚙合功率損失，但均只考慮了潤(rùn)滑油的彈性承載作用，沒(méi)有考慮潤(rùn)滑油極壓耐磨添加劑產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)膜的作用。近年來(lái)，隨著主機(jī)廠(chǎng)及油品公司對(duì)長(zhǎng)壽命高效潤(rùn)滑油的追求，潤(rùn)滑油添加劑含量不斷增高，作用不斷加大，使用傳統(tǒng)齒輪嚙合功率損失計(jì)算模型存在計(jì)算誤差較大的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于電驅(qū)橋等齒輪傳動(dòng)裝置通常包含差速器、同步器等非標(biāo)準(zhǔn)元件，缺少功率損失經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，系統(tǒng)建模較為困難。因此，有必要開(kāi)展電驅(qū)橋功率損失臺(tái)架試驗(yàn)，以直觀(guān)準(zhǔn)確地表征電驅(qū)橋的功率損失特性。

2 電驅(qū)橋功率損失試驗(yàn)

為了明確潤(rùn)滑油配方、油溫、油位及工作條件對(duì)電驅(qū)橋功率損失的影響，采用4種不同的潤(rùn)滑油進(jìn)行電驅(qū)橋功率損失臺(tái)架試驗(yàn)。通過(guò)加載試驗(yàn)、空載損失試驗(yàn)及空載反拖試驗(yàn)的組合，分析電驅(qū)橋的功率損失特性。

2. 1 試驗(yàn)臺(tái)架與潤(rùn)滑油介紹

本文采用某典型商用車(chē)用電驅(qū)橋開(kāi)展試驗(yàn)。如圖2所示，電驅(qū)橋包含兩級(jí)圓柱齒輪減速和一級(jí)行星排減速，動(dòng)力輸入經(jīng)由圓柱齒輪減速傳遞至太陽(yáng)輪，然后由行星架輸出至差速器，最終輸出至輪端。

圖3所示為本文采用的電功率封閉試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)包含有兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的負(fù)載增速箱及負(fù)載電動(dòng)機(jī)。負(fù)載電動(dòng)機(jī)與電驅(qū)橋輪端之間設(shè)置有轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳感器，用于輪端輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測(cè)量。輸入轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)自帶傳感器測(cè)量。

為了明確潤(rùn)滑油黏度、添加劑等理化特性對(duì)電驅(qū)橋功率損失的影響，在現(xiàn)有行業(yè)常用的電驅(qū)用潤(rùn)滑油中選擇4 種不同型號(hào)/配方的潤(rùn)滑油進(jìn)行試驗(yàn)。所選用潤(rùn)滑油的典型理化性質(zhì)如表1所示。

由表1可知，75W-90潤(rùn)滑油具有最高的動(dòng)力黏度，這可能導(dǎo)致最高的攪油損失；75W潤(rùn)滑油具有最小的動(dòng)力黏度；而兩種75W-80潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度位于兩者之間。

在化學(xué)成分方面，為了增強(qiáng)其銅腐性能，75W-80（1）潤(rùn)滑油的硫含量和磷含量為其他多級(jí)油的1/10。由于使用了傳統(tǒng)的極壓抗磨添加劑體系，75W-80（2）和75W-90 潤(rùn)滑油的硫含量和磷含量均較高；而75W油則為針對(duì)手動(dòng)輕載傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑油，添加劑含量較少。

2. 2 加載試驗(yàn)

為了模擬真實(shí)工作條件，采用道路試驗(yàn)過(guò)程中統(tǒng)計(jì)的載荷譜進(jìn)行試驗(yàn)。具體來(lái)說(shuō)，使用實(shí)車(chē)運(yùn)行中的常用擋位、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和油溫作為此次試驗(yàn)的工況。具體的試驗(yàn)工況如表2所示。

2. 3 空載試驗(yàn)

為了更好地明確潤(rùn)滑油因素對(duì)電驅(qū)橋功率損失的影響，開(kāi)展空載損失試驗(yàn)，以明確空載功率損失在總功率損失中的占比。具體來(lái)說(shuō)，將試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器（圖3）與被測(cè)電驅(qū)橋之間的連接法蘭斷開(kāi)開(kāi)展測(cè)試，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（圖2）測(cè)得的轉(zhuǎn)矩即為電驅(qū)橋的空載轉(zhuǎn)矩。

2. 4 反拖試驗(yàn)

為了進(jìn)一步明確驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、換擋裝置前及換擋裝置后至輪端部分的空載功率損失情況，開(kāi)展反拖試驗(yàn)。將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（圖2）設(shè)置為空載狀態(tài)，使用負(fù)載電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電驅(qū)橋，測(cè)得的轉(zhuǎn)矩即為電驅(qū)橋的反拖轉(zhuǎn)矩。進(jìn)而，將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)物理脫開(kāi)，測(cè)得的轉(zhuǎn)矩即為電驅(qū)橋機(jī)械部分的空載轉(zhuǎn)矩。最后，將擋位設(shè)置于空擋狀態(tài)，測(cè)得的轉(zhuǎn)矩即為換擋裝置后至輸出端的空載轉(zhuǎn)矩情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3. 1 加載試驗(yàn)結(jié)果

圖4所示為電驅(qū)橋加載試驗(yàn)功率損失結(jié)果。為對(duì)比工作條件（轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩）對(duì)電驅(qū)橋功率損失的影響，將各轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的功率損失數(shù)值取平均，分別如圖4（a）～圖4（d）所示。

可以看出，在油溫80℃測(cè)試工況，所有測(cè)試下，75W-80（1）潤(rùn)滑油均表現(xiàn)出最低的功率損失，這也意味著該潤(rùn)滑油是使電驅(qū)橋具有最高效率的潛在油品。

當(dāng)測(cè)試油溫為50 ℃時(shí)，使用75W潤(rùn)滑油表現(xiàn)出最低的功率損失。針對(duì)其他所有測(cè)試，75W-90潤(rùn)滑油總是表現(xiàn)出最高的功率損失；使用75W-80潤(rùn)滑油表現(xiàn)出的功率損失介于75W與75W-90潤(rùn)滑油之間。該趨勢(shì)與4種潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度趨勢(shì)一致。值得注意的是，當(dāng)油溫由50 ℃升高至80 ℃，使用75W潤(rùn)滑油的功率損失幾乎不變；而75W-80（1）潤(rùn)滑油在油溫50 ℃時(shí)表現(xiàn)出較高的功率損失，在油溫80℃時(shí)的功率損失明顯降低。參照式（4）分析可知，隨著油溫升高，潤(rùn)滑油的黏度逐漸降低，導(dǎo)致齒輪滑動(dòng)摩擦因數(shù)增大，進(jìn)而導(dǎo)致嚙合功率損失增加；相比75W潤(rùn)滑油，75W-80（1）等多級(jí)油在80 ℃時(shí)仍能保持滿(mǎn)足齒輪承載能力的黏度數(shù)值，避免嚙合功率損失的增加[18]208[19]281。此外，由于75W潤(rùn)滑油為針對(duì)輕載應(yīng)用場(chǎng)景的潤(rùn)滑油，添加劑含量較少，會(huì)不可避免地導(dǎo)致高溫低黏度工況時(shí)的嚙合摩擦因數(shù)增大。

值得注意的是，上述論述僅基于現(xiàn)有研究成果定性分析了潤(rùn)滑油黏度對(duì)齒輪功率的影響，未全面考慮齒輪表面狀態(tài)等其他因素對(duì)齒輪嚙合微觀(guān)狀態(tài)的影響。實(shí)際上，有關(guān)齒輪嚙合微觀(guān)狀態(tài)的表征研究仍然是目前眾多學(xué)者的研究重點(diǎn)。

電驅(qū)橋的功率損失均隨輸入轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)矩的增加而增加。較高的損失意味著較低的傳動(dòng)效率。圖5所示為該電驅(qū)橋在不同油溫和輸入轉(zhuǎn)速條件下的傳遞效率情況。

可以看出，電驅(qū)橋在80 ℃油溫下的傳動(dòng)效率明顯高于50 ℃油溫下的傳動(dòng)效率， 約高1. 60%[以75W-80（1）潤(rùn)滑油為例]。因此，維持合適的工作油溫是保障電驅(qū)橋高效運(yùn)行的可行措施之一。值得注意的是，電驅(qū)橋?qū)嶋H運(yùn)行中的潤(rùn)滑油溫度受電驅(qū)橋生熱狀態(tài)、車(chē)輛運(yùn)行速度等因素的交互影響，為增強(qiáng)潤(rùn)滑油溫度控制的魯棒性，使用潤(rùn)滑油冷卻器是可行措施。

與圖4中的功率損失結(jié)果趨勢(shì)相同，使用75W-90潤(rùn)滑油表現(xiàn)出最低的傳動(dòng)效率，使用75W-80（1）潤(rùn)滑油則呈現(xiàn)出最高的傳動(dòng)效率，在80 ℃油溫時(shí)，使用75W-80（1）潤(rùn)滑油要比使用75W-90的傳動(dòng)效率高1. 04%。50 ℃測(cè)試工況時(shí)，75W潤(rùn)滑油表現(xiàn)出最高的傳動(dòng)效率，75W-80（2）潤(rùn)滑油的傳動(dòng)效率介于75W-90和75W-80（1）潤(rùn)滑油之間。考慮到該電驅(qū)橋的常用工作溫度為80 ℃，因此，75W-80（1）潤(rùn)滑油是使該電驅(qū)橋具有最佳傳動(dòng)效率的潛在油品。

不同加油量條件下的電驅(qū)橋傳動(dòng)效率測(cè)試結(jié)果如表3所示。由于篇幅所限，本文僅給出使用75W-90潤(rùn)滑油的試驗(yàn)結(jié)果。

由表3可知，由于較低的浸油深度帶來(lái)較小的攪油損失，電驅(qū)橋在線(xiàn)下43 mm油位的傳動(dòng)效率比線(xiàn)下35 mm油位的傳動(dòng)效率平均約高3. 90%。傳動(dòng)效率差值隨輸入轉(zhuǎn)速增高而增大，隨輸入轉(zhuǎn)矩的增高而減小。這符合攪油損失與輸入轉(zhuǎn)速成正相關(guān)、與輸入轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)的試驗(yàn)規(guī)律[1]158。值得注意的是，過(guò)低的油位高度將導(dǎo)致齒輪軸承等運(yùn)動(dòng)零部件潤(rùn)滑不足，降低傳動(dòng)效率，甚至?xí)?dǎo)致齒輪軸承燒蝕等故障的發(fā)生。

3. 2 空載試驗(yàn)結(jié)果

圖6所示為80 ℃油溫電驅(qū)橋空載試驗(yàn)結(jié)果。需要注意的是，該空載損失不僅包含齒輪攪油損失，還包括軸承損失及油封損失。尤其對(duì)成對(duì)使用的圓錐滾子軸承而言，由于預(yù)緊的作用，會(huì)存在較大的功率損失。

由圖6可知，75W-80（1）潤(rùn)滑油表現(xiàn)出最小的空載功率損失；75W-90潤(rùn)滑油表現(xiàn)出最大的空載功率損失。75W-90潤(rùn)滑油在所有被測(cè)潤(rùn)滑油中具有最高的黏度和密度。因此，無(wú)論從克服黏滯阻力還是攪動(dòng)潤(rùn)滑油質(zhì)量的角度，都需要消耗更多的能量，因而導(dǎo)致更大的空載功率損失。由局部放大圖可以看出，隨著輸入轉(zhuǎn)速升高，4種被測(cè)潤(rùn)滑油間的空載功率損失表現(xiàn)差值逐漸增大。因此，對(duì)高速電驅(qū)橋而言，選擇合適的潤(rùn)滑油對(duì)降低其功率損失尤為重要。

圖7所示為電驅(qū)橋加載功率損失結(jié)果與空載功率損失結(jié)果的對(duì)比。可以看出，對(duì)4種被測(cè)潤(rùn)滑油而言，空載功率損失占所有功率損失的比例均超過(guò)80%。因此，對(duì)該電驅(qū)橋而言，控制其空載功率損失是提升其傳動(dòng)效率的關(guān)鍵措施。

綜合圖6與圖7結(jié)果可知，不同配方的潤(rùn)滑油導(dǎo)致不同的空載功率損失，進(jìn)而導(dǎo)致不同的加載功率損失。通過(guò)選擇合適的潤(rùn)滑油，能夠顯著降低電驅(qū)橋的功率損失。

由圖8可知，反拖工況下，該電驅(qū)橋驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的阻力矩約占總阻力矩的40%，而電驅(qū)橋機(jī)械部分的阻力矩約占總阻力矩的60%。在該電驅(qū)橋的機(jī)械阻力矩中，一、二級(jí)嚙合副的阻力矩約占總機(jī)械部分阻力矩的80%。因此，通過(guò)降低一、二級(jí)嚙合副的機(jī)械阻力矩，能夠?yàn)殡婒?qū)橋帶來(lái)較大的效率提升收益。一條可行的優(yōu)化措施為調(diào)整用于二軸支撐的圓錐滾子軸承的預(yù)緊量，以降低電驅(qū)橋的空載功率損失。

4 結(jié)論與討論

基于臺(tái)架試驗(yàn)的方法，研究了不同潤(rùn)滑油對(duì)某平行軸電驅(qū)橋功率損失的影響。主要結(jié)論如下：

1） 電驅(qū)橋的功率損失受其工作條件和潤(rùn)滑油配方的影響較大。隨著輸入轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)矩的增大，電驅(qū)橋的功率損失逐漸增大。電驅(qū)橋的空載功率損失占總功率損失的比例較大，所有4種被測(cè)的潤(rùn)滑油的空載損失占比均超過(guò)80%。

2） 從提高電驅(qū)橋傳動(dòng)效率的角度看，75W-80（1）潤(rùn)滑油是該電驅(qū)橋的最佳潤(rùn)滑油。測(cè)試結(jié)果顯示，與使用75W-90潤(rùn)滑油相比，使用75W-80（1）潤(rùn)滑油能夠帶來(lái)約1. 04%的效率提升效果。

3） 降低潤(rùn)滑油加注量能夠顯著提高電驅(qū)橋的傳動(dòng)效率。測(cè)試結(jié)果顯示，油位線(xiàn)由線(xiàn)下35 mm降低至線(xiàn)下43 mm能夠帶來(lái)約3. 90%的效率提升效果。

4） 保持合適的油溫能夠明顯提高電驅(qū)橋的傳動(dòng)效率。測(cè)試結(jié)果顯示，75W-80（1）潤(rùn)滑油在80 ℃油溫的傳動(dòng)效率表現(xiàn)比在50℃油溫的表現(xiàn)高約1. 60%。

5） 在電驅(qū)橋機(jī)械部分阻力矩中，一、二軸嚙合副的阻力矩約占總機(jī)械阻力矩的80%，這是后續(xù)降阻提效的重點(diǎn)方向。

研究結(jié)果為電驅(qū)橋潤(rùn)滑油的選擇奠定了基礎(chǔ)。可為基于試驗(yàn)的電驅(qū)橋功率損失評(píng)估提供指導(dǎo)。基于本研究，未來(lái)還可以在以下幾方面開(kāi)展更深入的研究：

1） 研究考慮添加劑作用的齒輪軸承功率損失計(jì)算模型，提高齒輪傳動(dòng)裝置功率損失計(jì)算的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)基于理論建模的齒輪傳動(dòng)裝置功率損失評(píng)估與影響因素分析。

2） 研究潤(rùn)滑油的理化參數(shù)對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置運(yùn)行可靠性與耐久性的影響，在綜合考慮傳動(dòng)效率及可靠性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)裝置所用潤(rùn)滑油的性能評(píng)估與選擇。

參考文獻(xiàn)

［1］ ANDERSON N E，LOEWENTHAL S H. Effect of geometry andoperating conditions on spur gear system power loss［J］. Journal ofMechanical Design，1981，103（1）：151-159.

［2］ MICHAELIS K，H?HN B R，HINTERSTOIBER M. Influence factorson gearbox power loss［J］. Industrial Lubrication and Tribology，2011，63（1）：46-55.

［3］ MICHAELIS K，H?HN B R. Influence of lubricants on power lossof cylindrical gears［J］. Tribology Transactions，1994，37（1）：161-167.

［4］ ZHOU X X，WALKER P，ZHANG N，et al. Numerical and experimentalinvestigation of drag torque in a two-speed dual clutch transmission［J］. Mechanism and Machine Theory，2014，79：46-63.

［5］ CONCLI F，GORLA C. Numerical modeling of the power lossesin geared transmissions：windage，churning and cavitation simulationswith a new integrated approach that drastically reduces thecomputational effort［J］. Tribology International，2016，103：58-68.

［6］ FERNANDES C M，HAMMAMI M，MARTINS R C，et al. Powerloss prediction：application to a 2.5 MW wind turbine gearbox［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part J：Journal of Engineering Tribology，2017，230（8）：983-995.

［7］ FERNANDES C M，MARQUES P M，MARTINS R C，et al. Gearboxpower loss. Part Ⅲ： Application to a parallel axis and a planetarygearbox［J］. Tribology International，2015，88：317-326.

［8］ NEUROUTH A，CHANGENET C，TINGUY E，et al. Experimentalinvestigations to use splash lubrication for high-speed gears［J］.Journal of Tribology，2017，139（6）：061104.

［9］ PETRY-JOHNSON T T，KAHRAMAN A，ANDERSON N E，etal. An experimental investigation of spur gear efficiency［J］. Journalof Mechanical Design，2008，130（6）：062601.

［10］ FERNANDES C M C G，BLAZQUEZ L，SANESTEBAN J，et al.Energy efficiency tests in a full scale wind turbine gearbox［J］. TribologyInternational，2016，101：375-382.

［11］ 劉傳波，董拓，莫易敏，等. 潤(rùn)滑油黏度對(duì)后橋傳動(dòng)效率和整車(chē)油耗影響的試驗(yàn)研究［J］. 機(jī)械傳動(dòng)，2015，39（5）：146-149.

LIU Chuanbo，DONG Tuo，MO Yimin，et al. Study on the experimentalof the influence of lubricant viscosity on transmission efficiencyof rear axle and vehicle fuel consumption［J］. Journal ofMechanical Transmission，2015，39（5）：146-149.

［12］ 莫易敏，雷志丹，姜宏霞，等. 潤(rùn)滑油對(duì)變速箱傳動(dòng)效率影響的試驗(yàn)研究［J］. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2019（7）：131-134.

MO Yimin，LEI Zhidan，JIANG Hongxia，et al. Experimentalstudy on the effect of lubricant on transmission efficiency of gearbox［J］. Machinery Design amp; Manufacture，2019（7）：131-134.

［13］ LIU H，JURKSCHAT T，LOHNER T，et al. Determination of oildistribution and churning power loss of gearboxes by finite volumeCFD method［J］. Tribology International，2017，109：346-354.

［14］ LIU H，LIU H，ZHU C，et al. Effects of lubrication on gear performance：a review［J］. Mechanism and Machine Theory，2020，145：103701.

［15］ YAN S，KONG Z，LIU H，et al. Oil change interval evaluation ofgearbox used in heavy-duty truck e-axle with oil analysis data［J］.Lubricants，2022，10（10）：252-252.

［16］《齒輪手冊(cè)》編委會(huì). 齒輪手冊(cè)（上冊(cè)）［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：2-154.

Gear Handbook Editorial Committee.Gear handbook（part 1）［M］.Beijing：China Machine Press，2002：2-154.

［17］ 王熙，秦大同，胡明輝，等. 汽車(chē)變速器傳動(dòng)效率理論建模與實(shí)驗(yàn)測(cè)試［J］. 機(jī)械傳動(dòng)，2010，34（8）：21-24.

WANG Xi，QIN Datong，HU Minghui，et al. Modeling and testingof the vehicle transmission efficiency［J］. Journal of MechanicalTransmission，2010，34（8）：21-24.

［18］ MARTIN K F. A review of friction predictions in gear teeth［J］.Wear，1978，49（2）：201-238.

［19］ HAMROCK B J，JACOBSON B O. Elastohydrodynamic lubricationof line contacts［J］. Tribology Transactions，1984，27（4）：275-287.