油温对驱动桥传动效率影响测试研究

王恩鹏 张林涛 王勇哲 李旭伟

摘 要：现如今大多数驱动桥主减速器采用的是准双曲面齿轮传动，这种准双曲面齿轮传动有更好啮合性且传动平稳，能承载较大的载荷。随着人们对汽车舒适性和燃油经济性要求的不断提高，驱动桥的效率和振动噪声水平越来越受到重视，从而使得对准双曲面齿轮传动的相关技术要求就越来越高[1]，因此，对于驱动桥总成的传动效率有着更大的研究空间。本文以某商用车驱动桥总成为研究对象，通过台架测试分析不同油温对其传动效率的影响。

关键词：驱动桥 传动效率 准双曲面齿轮

驱动桥作为汽车传动系统中的重要部件之一，担负着将由传动轴或变速器传递来的驱动转矩分配到左右侧驱动车轮，最终推动汽车行驶的重要作用。在这一过程中，驱动桥需要完成传动方向转换、增矩降速、以及左右轮差速等基本功能，对整车行驶时的动力性有着直接的影响，因此对于其传动效率有着更高的要求。驱动桥主减速器和差速器总成是由不同齿轮结构组成，齿轮传动是当今机械结构中最常见的机械传动形式，应用极为广泛。它相比于带、链条、液压等机械传动有着更高的传动效率、传动比更准确、使用寿命长、功率范围大等一系列优势。齿轮传动伴随着各齿轮之间相互摩擦，会使齿轮和润滑油产生大量热量，导致齿轮热变形以及齿面长时间工作会损坏齿面，影响传动效率，降低汽车燃油经济性，所以本文对于某种车型驱动桥在不同油温下进行测试，研究其传动效率有何影响。

1 传动效率相关计算

目前驱动桥主减速器总成多数采用准双曲面齿轮传动方式，其突出特性包括：轮齿强度高、运转平稳，噪声小、传动效率好。准双曲面齿轮传动也是一种齿轮传动方式，在任何機械传动系统中都会存在各种各样的能量损失，当今的机械传动正朝着大功率、小体积、高效能以及长寿命的方向发展[2]。驱动桥总成传动效率是衡量驱动桥系统工作性能的重要指标之一，通过提高传动效率可改善汽车行驶效率从而可以减少燃油消耗降低排放[3]。

汽车在行进过程中，动力是由发动机传递给变速器再通过传动轴把动力传递给驱动桥主减速器，主减速器通过差速器再把动力合理分配给两端车轮，所以在传动系统工作时会产生一定的能源损耗。传动系功率损失一般包括液力损失和机械损失两种方式，其中液力损失主要是旋转零部件搅油损失、旋转零部件与润滑油之间的摩擦等产生的功率损失，且与润滑油油面高度、油品、动力粘度、工作温度、以及齿轮转速等有关;机械损失主要以齿轮副之间啮合、油封和轴承摩擦等损失有关。

2 试验台架及试验方案设计

2.1 试验使用台架

本次测试使用设备布置形式为T字形台架，是一台专门为驱动桥等旋转类零部件相关试验所设计的测试台架。台架由三台可变速比减速箱、三台驱动电机和一套组装平台及电力控制系统组成。交流电力测功机是使用三相交流电机作为加载设备，通过变频器提供可变频率的驱动电源，精确控制其转矩和转速。与其他测功机相比，交流测功机具有功率容易控制，转矩和转速控制精度高，动态响应时间短、结构灵活多样、高效节能和可靠性高等特点。

此驱动桥传动效率测试台架主要特点：以CAC系列交流电力测功机是动力机械功率试验的负载。标准的CAC系列交流电力测功机由一台交流电机，一套转矩、转速测量传感器、底座及与动力机械连接的法兰，一套可四象限运行的ACS交流变频调速与配电系统，一台交流电力测功机测控仪组成。其工作原理是将交流电机发出的交流电经ACS变频器逆变为直流电然后再逆变为交流电上网。ACS交流变频调速系统调节电机的上网电流来控制原动机的转速和扭矩。

CAC系列电力测功机应用范围十分广泛，但主要还是应用在发动机性能、出厂试验及汽车传动部件（变速箱、驱动桥、传动轴、同步器）的性能、寿命试验。

2.2 传动效率测试试验

按照驱动桥设计参数及实际使用工况，制定测试工况，具体测试方案如下：

（1）首先按照设计把驱动桥安装到试验台架上，并加以紧固，再将保护罩安装好，保证测试安全。

（2）按照驱动桥规定加注GL-5/85W润滑油，进行试验前磨合：按照、、三个阶段先后进行磨合，每个阶段磨合时间为2h，在阶段磨合结束后观察传动效率值浮动情况，浮动在±1%内方可进行测试。

（3）驱动桥润滑油在60℃、80℃、90℃三种不同油温下，在转速、扭矩相同情况下进行传动效率测试，并对比测试结果。

试验测试工况以及试验现场照片详见表1和图2。

3 测试结果对比

通过试验采集传动效率测试数据并将数据以折线图的形式直观的反映出在三种不同工作油温下对其传动效率的影响情况，坐标系以扭矩的大小作为横轴，效率的高低作为纵轴，在相同转速、不同扭矩下的测试数据通过带平滑的散点图来绘制传动效率曲线，具体测试结果曲线如图3：

通过传动效率测试曲线能直观反映出工作油温的不同，对于驱动桥传动效率也会有所差异。在不同油温下，其传动效率也会有所改变;油温60℃和80℃对比可看出，传动效率在80℃时效率更高，随着扭矩升高效率趋于稳定，且变化很小;80℃和90℃对比可看出，相同工况下效率值差异很小，10%、25%、50%、100%这四种工况下，90℃比80℃的效率要低;由此得出，影响驱动桥传动效率降低的其中一个因素是因为随着工作油温的升高，主减速器齿轮自身的热变形严重，齿轮啮合时会产生误差。

4 结论

1）齿轮的传动效率与其功率损失成反比，当齿轮传动效率低，齿轮啮合会产生大量热量使主减速器润滑油温度急剧升高，破坏驱动桥的润滑系统，导致主减速器齿轮失效（齿面磨损、点蚀、胶合等）。

2）试验证明，当输入转速保持不变时，驱动桥传动效率将随着加载扭矩的增加而逐渐上升。

3）随着工作油温的升高，传动效率不一定高。

参考文献：

[1]赵木青，准双曲面齿轮副对驱动桥传动效率的影响研究.

[2]何毅斌，齿轮减速器传动效率的测量与研究.

[3]占锐，重型汽车驱动桥传动效率试验台及方法研究.