郭必勝

上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 上海 201800

引言

通常，除少量特殊部位（一般是自密封良好的軸承）采用油脂潤滑，變速箱內(nèi)部絕大部分零件采用的是油潤滑。油潤滑兼具潤滑、散熱、去污等多種功能，且易于更換，最為適應(yīng)變速箱的工作特點。從潤滑油的驅(qū)動源動力來說，潤滑系統(tǒng)一般是分為強(qiáng)制潤滑和飛濺式潤滑兩類，也有部分是兩者綜合（比如大部分強(qiáng)制噴油結(jié)合局部飛濺）。強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)中，油液由油泵驅(qū)動，通過固定油路（殼體內(nèi)部加工孔道）及獨立管道到達(dá)潤滑需求部位。飛濺式潤滑系統(tǒng)中，油液主要由低位齒輪（這些齒輪較大程度的浸沒在油中）轉(zhuǎn)動而帶起，從空中直接到達(dá)目標(biāo)位置或者先到達(dá)殼體內(nèi)壁，然后通過集油通道自然流動至潤滑需求部位。當(dāng)前，傳統(tǒng)自動變速箱（AT）、無級變速箱（CVT）及濕式雙離合變速箱（WDCT）多采用強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)，控制系統(tǒng)（控制離合器、液力變矩器、鋼帶及撥叉等）的液壓回路可以與潤滑回路融合。對于手動變速箱（MT/AMT）及干式雙離合變速箱（DDCT），考慮到結(jié)構(gòu)簡單緊湊，多采用飛濺式潤滑方式。

1 典型的變速箱飛濺式潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及開發(fā)試驗方法

1.1 飛濺式潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上來說，當(dāng)前MT（DDCT的齒輪箱與MT基本一樣）主要有兩軸式結(jié)構(gòu)和三軸式結(jié)構(gòu)。兩軸式包含一根輸入軸和一根中間軸，三軸式包含一根輸入軸和兩根中間軸。兩軸式與三軸式變速箱內(nèi)部軸系布置有明顯差別，對應(yīng)其潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有明顯區(qū)別。

（1）圖1為一種典型的兩軸式變速箱潤滑回路結(jié)構(gòu)。主要回路由近端（潤滑目標(biāo)位置在主減大齒輪側(cè)）回路和遠(yuǎn)端回路（潤滑目標(biāo)位置在遠(yuǎn)離主減大齒輪側(cè)）組成。這種結(jié)構(gòu)中，油液飛濺的動力源主要包括主減大齒輪、一擋從動齒（二擋從動齒也有輔助作用）。由于主減大齒輪、一擋從動齒位于同側(cè)，近端回路主要是油液飛濺——殼體內(nèi)壁——導(dǎo)油嘴——傳動軸，遠(yuǎn)端回路則是油液飛濺——導(dǎo)游槽——殼體內(nèi)壁油道——導(dǎo)油嘴——傳動軸。導(dǎo)游槽起到關(guān)鍵作用，把潤滑油從近端運輸?shù)竭h(yuǎn)端，并且通過開溢流口的方式來保證中間位置的潤滑。

圖1 兩軸式MT變速箱潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）圖2則為一種三軸式DDCT變速箱齒輪箱潤滑回路結(jié)構(gòu)。與兩軸式相比，最大的區(qū)別是由單側(cè)甩油改成了雙側(cè)甩油。其中主減大齒輪主要負(fù)責(zé)軸系的近端部位供油，一擋從動齒則承擔(dān)軸系遠(yuǎn)端供油，去掉了導(dǎo)游槽這種長途運輸潤滑油的專用部件。

圖2 三軸式MT變速箱潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 飛濺式潤滑系統(tǒng)開發(fā)試驗

在新變速箱開發(fā)過程中，潤滑試驗一般是所有開發(fā)試驗的第一個。如果潤滑性能有明顯缺陷，耐久試驗沒有開展的必要。對于飛濺式潤滑系統(tǒng)，其潤滑試驗當(dāng)前主要有以下幾種方式，實際工作中往往根據(jù)具體情況采用多種方式相結(jié)合。

（1）主觀觀測。比如齒面的潤滑，1st齒這種低檔位，尺寸大的齒輪可以通過直接浸油得到潤滑，5th齒這種高檔位，尺寸小的齒輪則需要通過飛濺潤滑。油液飛濺不便于直接量化測量，一般是觀測后給出經(jīng)驗判斷。還有位置偏高遠(yuǎn)離潤滑動力源的部位，其潤滑量需求可能不高，那么主觀觀測分辨有油還是無油即可做出判斷。以往，主觀觀測多采用金屬殼體開窗貼透明片，隨著材料和工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)可以應(yīng)用全透明殼體。如采用高性能PC（聚碳酸酯）板，配合合適的工藝，制成的殼體可以裝配全部軸系并在無負(fù)載的情況下高速運轉(zhuǎn)，滿足潤滑試驗的絕大部分工況要求。通過主觀觀測，大部分運轉(zhuǎn)部件的潤滑情況可以得到基本的判斷。

（2）局部流量測試。由于結(jié)構(gòu)原因，有些部位不能直接觀測，比如圖2上軸中的齒輪滾針軸承。其潤滑途徑是通過導(dǎo)油嘴1和導(dǎo)油嘴3統(tǒng)一進(jìn)油然后內(nèi)部分配。由于位置不同，各滾針軸承之間得到的潤滑油量可能相差懸殊，因此有必要進(jìn)行定量測量。一種可行的測量方法是在變速箱總成臺架試驗中直接測量導(dǎo)油嘴進(jìn)油總量結(jié)合單軸內(nèi)部流量分配試驗。比如應(yīng)用堵頭臨時堵塞導(dǎo)油嘴3，同時在殼體打孔將潤滑油引出測量則得到進(jìn)入該導(dǎo)油嘴流量，然后在一個以單軸為試驗對象的零件試驗臺上以導(dǎo)油嘴流量作為邊界輸入條件，最后得到每個滾針軸承的潤滑油量。軸承潤滑油量與設(shè)計要求流量比較即可進(jìn)行性能判斷。

（3）局部溫度測試。潤滑不良會導(dǎo)致摩擦生熱量劇增，因而會使局部溫度快速上升，故局部溫度監(jiān)測也是對于潤滑性能開發(fā)的一種輔助手段。如傳動軸兩端的錐軸承，當(dāng)主觀觀測發(fā)現(xiàn)有少量潤滑油但不能準(zhǔn)確量化流量，僅憑經(jīng)驗判斷就會比較困難，此時附加監(jiān)測局部溫度則可以提供有效信息。一般經(jīng)驗，軸承持續(xù)工作三到五小時且局部溫度穩(wěn)定，則基本可以認(rèn)為潤滑合格。

2 典型的變速箱強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及開發(fā)試驗方法

2.1 強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)

傳統(tǒng)自動變速箱（AT）、無級變速箱（CVT）及濕式雙離合變速箱（WDCT）有濕式離合器，需采用強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)。圖3是一種典型的強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要由過濾系統(tǒng)、油泵、封閉油路、流量分配閥、噴油嘴等組成，潤滑油如箭頭所示在系統(tǒng)中流動。飛濺式潤滑系統(tǒng)由于甩油的驅(qū)動齒輪受轉(zhuǎn)速影響明顯，因此高速與低速的潤滑性能往往差距很大，潤滑性能穩(wěn)定性不佳；強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)則由于有了油泵這個穩(wěn)定的動力源，配合閥體作為主動調(diào)節(jié)手段，可以保證潤滑對象得到穩(wěn)定的潤滑流量。

圖3 一種典型的強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)開發(fā)試驗

潤滑開發(fā)試驗需要回答兩個問題：多少油量合適？關(guān)鍵位置噴油量是否符合要求？對于強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)，潤滑性能主要由油泵性能以及閥體分配性能決定。系統(tǒng)內(nèi)部油液流動為壓力驅(qū)動，因此在試驗過程中，監(jiān)控對象為主油路壓力和關(guān)鍵位置的壓力。主油路壓力代表油泵的性能，局部壓力代表局部位置的潤滑量。一般試驗方案包括兩部分：

（1）確定總油量

總油量的判斷標(biāo)準(zhǔn)是保證油泵在所有工況下都能正常工作，輸出足夠的壓力，那么油泵就不能吸入空氣。實際試驗中，油泵吸入空氣往往發(fā)生在各種極限姿態(tài)下，這些極限姿態(tài)對應(yīng)于整車行駛過程中的各種大加速度的工況，比如全油門起步及緊急制動可以用變速箱沿輸入軸旋轉(zhuǎn)一定角度來模擬，急轉(zhuǎn)彎則用變速箱側(cè)傾一定角度來模擬。圖4為一種可以使變速箱多向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)試驗臺。在正常姿態(tài)下，測量到的各工況下（轉(zhuǎn)速、擋位等）的主油路壓力P0作為參考值，實際姿態(tài)下的實測壓力通過與P0進(jìn)行比較來判斷油泵是否吸入空氣。一般油泵吸入空氣會導(dǎo)致壓力明顯不足或者明顯振蕩（參見圖5），油液中也會產(chǎn)生明顯的泡沫。

圖4 一種可以多向旋轉(zhuǎn)的潤滑試驗臺

圖5 油泵正常壓力波動與吸入空氣導(dǎo)致的壓力波動

（2）關(guān)鍵零件的潤滑

限于結(jié)構(gòu)，變速箱內(nèi)部油道的油量一般不易直接測量。圖6為一種濕式雙離合變速箱潤滑傳動齒的噴油管。每個噴管對應(yīng)潤滑一對傳動齒。在變速箱總成試驗中，每個分管的噴油量不能直接測量（測量裝置的布置非常困難），但根據(jù)流體力學(xué)原理，噴油管噴出的油量直接由入口壓力決定，因此通過測量實際工作中的入口壓力Pin，再將噴油管單獨置于一液壓回路中，控制入口壓力使其與Pin一致，由于噴油管完全暴露在外，則每個噴管的噴油量可以直接測量（只需量杯與秒表即可）得到。

直接測量潤滑油量，適用于那些有明確潤滑需求量的部件（一般此部分工作直接由零部件供應(yīng)商完成）。對于有些發(fā)熱量極大的部件，比如濕式離合器及CVT變速箱中的鋼帶，其失效模式之一是溫度急劇上升，潤滑油更大的程度是起到冷卻換熱的作用，因此判斷局部潤滑性能最有效的判斷指標(biāo)是零件本體的表面溫度。由于本體在快速運動過程中，表面溫度測量不易，同時與零件換熱后的油溫（位于換熱表面附近）與該零件的實際溫度有強(qiáng)相關(guān)性，因此一般采用零件換熱表面附近的油溫作為最終判斷指標(biāo)。如某CVT變速箱的鋼帶，要求其特征位置（發(fā)熱最劇烈的鋼帶摩擦面）5mm距離內(nèi)的油溫低于130℃。

圖6 一種強(qiáng)制潤滑傳動齒的噴油管

3 結(jié)束語

乘用車變速箱種類多，結(jié)構(gòu)差異大，上述的潤滑系統(tǒng)分類只是框架性的，設(shè)計細(xì)節(jié)在每個變速箱都可能不同，潤滑性能開發(fā)試驗也要根據(jù)具體結(jié)構(gòu)采用合適的方法。另外，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，比如強(qiáng)度更高的透明材料，效果更好的高速攝影技術(shù)，也可以幫助提升開發(fā)試驗質(zhì)量。總之，潤滑試驗方案設(shè)計的目標(biāo)是快速、準(zhǔn)確、充分的評價潤滑系統(tǒng)性能，沒有一定之規(guī)，需要工程師根據(jù)潤滑系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)、當(dāng)前技術(shù)手段、可操作性，試驗成本等綜合制定。