李敬杰

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037000）

引言

重卡汽車對我國國民經(jīng)濟增長具有實質(zhì)性的推動作用，由于其裝載量及發(fā)動機傳遞功率較大，而且變速箱齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致變速箱齒輪在對動力和扭矩傳遞的過程中會產(chǎn)生一定的變形、噪聲和熱量，尤其是變速箱齒輪在低速、大扭矩工況下及摩擦作用下產(chǎn)生大量的熱能[1]。若所產(chǎn)生的熱能散不出去容易導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)熱膠和磨損的現(xiàn)象，從而降低齒輪的傳動效率。因此，對重卡汽車變速箱齒輪的潤滑尤為重要，本文將著重對齒輪潤滑效果影響因素及兩級飛濺潤滑進行分析。

1 齒輪潤滑效果影響因素研究

為保證對重卡變速箱齒輪的潤滑效果，確保所飛濺潤滑系統(tǒng)能夠?qū)X輪完成高效、穩(wěn)定的潤滑，需充分掌握可能影響齒輪潤滑效果的因素。本節(jié)將從齒輪轉(zhuǎn)速、齒輪箱不同傾角以及潤滑溫度三方面的因素對潤滑效果的影響進行研究[2]。具體闡述如下：

1.1 齒輪轉(zhuǎn)速對潤滑效果的影響

本節(jié)基于計算流體動力學(xué)（CFD）對齒輪轉(zhuǎn)速為600 r/min、900 r/min和1 200 r/min時齒輪的潤滑情況進行對比。其中，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為600 r/min時，潤滑油的飛濺的高度為38 mm；當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為900 r/min時，對應(yīng)潤滑油的飛濺高度為47 mm；當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時，對應(yīng)潤滑油的飛濺高度為57 mm。此外，不同齒輪轉(zhuǎn)速下潤滑油變速箱內(nèi)的分布情況也不盡相同，具體如圖1所示。

圖1 不同齒輪轉(zhuǎn)速下潤滑油分布情況

如圖1所示，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為600 r/min時，潤滑油在小齒輪的作用下已經(jīng)逐步被帶入嚙合取，而且潤滑油在齒輪頂端處于向前向上運動的趨勢；與此同時，潤滑油雖然在大齒輪的作用下達到齒輪頂端，但是還未到雙方的嚙合區(qū)。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為900 r/min時，小齒輪和大齒輪的潤滑油均已達到雙方的嚙合區(qū)，而且已經(jīng)有部分潤滑油飛濺至變速箱的內(nèi)壁。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時，變速箱內(nèi)潤滑油的分布形式與轉(zhuǎn)速900 r/min，二者區(qū)別在于1 200 r/min轉(zhuǎn)速時潤滑油的動量更大[3]。

綜上所述，隨著齒輪轉(zhuǎn)速的增加，對應(yīng)變速箱內(nèi)潤滑油的動量不同。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速較低時，潤滑油主要集中在齒輪周圍；而當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，潤滑油獲得的動量更大，潤滑油飛濺至變速箱內(nèi)壁。

1.2 齒輪箱傾角對潤滑效果的影響

針對重卡汽車在山路坡面上的運行工況，本節(jié)著重對齒輪箱齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)下處于不同傾角時對應(yīng)潤滑油的潤滑效果進行研究，齒輪箱的傾角包括有-15°、0°以及15°。結(jié)合實際情況，當(dāng)齒輪箱傾角為-15°時，大齒輪約有兩個齒沒入潤滑油中，而小齒輪沒入潤滑油中的深度為其對應(yīng)的分度圓半徑；當(dāng)齒輪箱傾角為0°時，大齒輪沒入潤滑油中的深度為其分度圓半徑的1/3，小齒輪沒入潤滑油中的深度為其分度圓的1/2；當(dāng)齒輪傾角為15°時，大齒輪沒入潤滑油中的深度約為其對應(yīng)的分度圓半徑，小齒輪僅有兩個齒沒入潤滑油中[4]。

當(dāng)齒輪箱齒輪開始運行時，齒輪箱潤滑油在不同傾角下的分布情況如下頁圖2所示。

如下頁圖2所示，當(dāng)傾角為-15°時，小齒輪由于沒入潤滑油的深度較大其對應(yīng)攪拌起的潤滑油率先進入雙方的嚙合區(qū)，并已飛濺至齒輪箱的內(nèi)壁；而大齒輪攪拌起的潤滑油未進入雙方的嚙合區(qū)。當(dāng)傾角為0°時，在同等轉(zhuǎn)速下，小齒輪的轉(zhuǎn)速大于大齒輪，小齒輪潤滑油率先進入嚙合區(qū)。當(dāng)傾角為15°時，潤滑油的分布情況正好與傾角為-15°時的相反；需要注意的是，雖然大齒輪浸沒深度大但是由于其尺寸較大被攪拌起潤滑油僅能達到齒輪頂部并未能夠達到飛濺至齒輪箱內(nèi)壁。

圖2 齒輪箱潤滑油在不同傾角下的分布情況

綜上所述，當(dāng)傾角為-15°時，齒輪箱內(nèi)潤滑油的分布效果最佳，對應(yīng)的潤滑效果也最佳。

1.3 潤滑油溫度對潤滑效果的影響

我國地域遼闊，而且春夏秋冬四季分明，在不同季節(jié)，不同氣溫下重卡運行時，對應(yīng)潤滑油的溫度也不同。溫度直接影響潤滑油的運動黏度，本節(jié)將對不同運動黏度下對應(yīng)潤滑油的效果進行研究[5]。一般情況下，重卡變速箱在不同檔位工作時潤滑油集中溫度范圍為70℃~100℃，選取其中典型的三種運動黏度值分別為14 mm2/s、18 mm2/s、22 mm2/s。不同運動黏度潤滑油在齒輪箱的分布情況如圖3所示：

圖3 不同運動粘度潤滑油在齒輪箱的分布情況

如圖3所示，當(dāng)潤滑油運動黏度為14 mm2/s時，大小齒輪攪拌起潤滑油的量很少，大齒輪對應(yīng)的潤滑油已達到其頂端；當(dāng)潤滑油運動黏度為18 mm2/s時，大齒輪潤滑油已經(jīng)達到飛濺的級別，小齒輪潤滑油進入雙方的嚙合區(qū)。當(dāng)潤滑油運動黏度增大至22 mm2/s時，大小齒輪攪拌的潤滑油均進入雙方的嚙合區(qū)，并進入下一階段的潤滑。

2 兩級齒輪飛濺潤滑分析

為確保能夠針對重卡變速箱齒輪能夠達到最佳的潤滑效果，本節(jié)對兩級齒輪的飛濺潤滑效果進行分析。將采用CFD軟件對兩級齒輪的飛濺潤滑效果進行研究，所搭建的飛濺潤滑模型如圖4所示：

圖4 兩級齒輪飛濺潤滑模型

如圖4所示，兩級齒輪中對應(yīng)三個齒輪的模數(shù)均為5。其中，大齒輪M的齒數(shù)為36，左小齒輪L和右小齒輪R的齒數(shù)均為25。經(jīng)對仿真結(jié)果研究得出如下結(jié)論：

1）單級齒輪與兩級齒輪相對可確保更多的潤滑油進入齒輪的嚙合區(qū)；

2）雖然兩級齒輪下在齒輪兩側(cè)損失的潤滑油較多，但是通過比例云圖表示，兩級齒輪依然可以保證有充足的潤滑油進入嚙合區(qū)；

3）對比了解兩級齒輪和單級齒輪的潤滑油的分布情況可知，兩級齒輪與單級齒輪相對中間軸的數(shù)量增加，導(dǎo)致變速箱的橫向尺寸增加，需對兩級齒輪的位置進行優(yōu)化設(shè)計，才能達到最佳的潤滑效果。

3 結(jié)語

重卡在我國運輸行業(yè)扮演者重要的角色和地位，其變速箱需具備傳遞大扭矩、多擋位的功能。為保證變速箱的高效、穩(wěn)定為重卡提供動力，其內(nèi)部齒輪的潤滑效率尤為重要。本文基于CFD軟件對重卡變速箱齒輪潤滑效果的影響因素和兩級齒輪的飛濺潤滑進行對比，得出如下結(jié)論：

1）隨著轉(zhuǎn)速的增加，變速箱齒輪的潤滑效果越好；

2）當(dāng)傾角為-15°時，單級齒輪的潤滑效果最佳；

3）隨著潤滑油溫度的增加，其對應(yīng)的運動黏度越高，越有利于齒輪的潤滑。

4）兩級齒輪和單級齒輪對變速箱齒輪的潤滑影響明顯。