重卡变速箱齿轮润滑效果影响因素及两级飞溅润滑分析

2021-10-15李敬杰

机械管理开发 2021年9期

李敬杰

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西大同 037000）

引言

重卡汽车对我国国民经济增长具有实质性的推动作用，由于其装载量及发动机传递功率较大，而且变速箱齿轮结构复杂，导致变速箱齿轮在对动力和扭矩传递的过程中会产生一定的变形、噪声和热量，尤其是变速箱齿轮在低速、大扭矩工况下及摩擦作用下产生大量的热能[1]。若所产生的热能散不出去容易导致齿轮出现热胶和磨损的现象，从而降低齿轮的传动效率。因此，对重卡汽车变速箱齿轮的润滑尤为重要，本文将着重对齿轮润滑效果影响因素及两级飞溅润滑进行分析。

1 齿轮润滑效果影响因素研究

为保证对重卡变速箱齿轮的润滑效果，确保所飞溅润滑系统能够对齿轮完成高效、稳定的润滑，需充分掌握可能影响齿轮润滑效果的因素。本节将从齿轮转速、齿轮箱不同倾角以及润滑温度三方面的因素对润滑效果的影响进行研究[2]。具体阐述如下：

1.1 齿轮转速对润滑效果的影响

本节基于计算流体动力学（CFD）对齿轮转速为600 r/min、900 r/min和1 200 r/min时齿轮的润滑情况进行对比。其中，当齿轮转速为600 r/min时，润滑油的飞溅的高度为38 mm；当齿轮转速为900 r/min时，对应润滑油的飞溅高度为47 mm；当齿轮转速为1 200 r/min时，对应润滑油的飞溅高度为57 mm。此外，不同齿轮转速下润滑油变速箱内的分布情况也不尽相同，具体如图1所示。

图1 不同齿轮转速下润滑油分布情况

如图1所示，当齿轮转速为600 r/min时，润滑油在小齿轮的作用下已经逐步被带入啮合取，而且润滑油在齿轮顶端处于向前向上运动的趋势；与此同时，润滑油虽然在大齿轮的作用下达到齿轮顶端，但是还未到双方的啮合区。当齿轮转速为900 r/min时，小齿轮和大齿轮的润滑油均已达到双方的啮合区，而且已经有部分润滑油飞溅至变速箱的内壁。当齿轮转速为1 200 r/min时，变速箱内润滑油的分布形式与转速900 r/min，二者区别在于1 200 r/min转速时润滑油的动量更大[3]。

综上所述，随着齿轮转速的增加，对应变速箱内润滑油的动量不同。当齿轮转速较低时，润滑油主要集中在齿轮周围；而当转速较高时，润滑油获得的动量更大，润滑油飞溅至变速箱内壁。

1.2 齿轮箱倾角对润滑效果的影响

针对重卡汽车在山路坡面上的运行工况，本节着重对齿轮箱齿轮处于静止状态下处于不同倾角时对应润滑油的润滑效果进行研究，齿轮箱的倾角包括有-15°、0°以及15°。结合实际情况，当齿轮箱倾角为-15°时，大齿轮约有两个齿没入润滑油中，而小齿轮没入润滑油中的深度为其对应的分度圆半径；当齿轮箱倾角为0°时，大齿轮没入润滑油中的深度为其分度圆半径的1/3，小齿轮没入润滑油中的深度为其分度圆的1/2；当齿轮倾角为15°时，大齿轮没入润滑油中的深度约为其对应的分度圆半径，小齿轮仅有两个齿没入润滑油中[4]。

当齿轮箱齿轮开始运行时，齿轮箱润滑油在不同倾角下的分布情况如下页图2所示。

如下页图2所示，当倾角为-15°时，小齿轮由于没入润滑油的深度较大其对应搅拌起的润滑油率先进入双方的啮合区，并已飞溅至齿轮箱的内壁；而大齿轮搅拌起的润滑油未进入双方的啮合区。当倾角为0°时，在同等转速下，小齿轮的转速大于大齿轮，小齿轮润滑油率先进入啮合区。当倾角为15°时，润滑油的分布情况正好与倾角为-15°时的相反；需要注意的是，虽然大齿轮浸没深度大但是由于其尺寸较大被搅拌起润滑油仅能达到齿轮顶部并未能够达到飞溅至齿轮箱内壁。

图2 齿轮箱润滑油在不同倾角下的分布情况

综上所述，当倾角为-15°时，齿轮箱内润滑油的分布效果最佳，对应的润滑效果也最佳。

1.3 润滑油温度对润滑效果的影响

我国地域辽阔，而且春夏秋冬四季分明，在不同季节，不同气温下重卡运行时，对应润滑油的温度也不同。温度直接影响润滑油的运动黏度，本节将对不同运动黏度下对应润滑油的效果进行研究[5]。一般情况下，重卡变速箱在不同档位工作时润滑油集中温度范围为70℃~100℃，选取其中典型的三种运动黏度值分别为14 mm2/s、18 mm2/s、22 mm2/s。不同运动黏度润滑油在齿轮箱的分布情况如图3所示：

图3 不同运动粘度润滑油在齿轮箱的分布情况

如图3所示，当润滑油运动黏度为14 mm2/s时，大小齿轮搅拌起润滑油的量很少，大齿轮对应的润滑油已达到其顶端；当润滑油运动黏度为18 mm2/s时，大齿轮润滑油已经达到飞溅的级别，小齿轮润滑油进入双方的啮合区。当润滑油运动黏度增大至22 mm2/s时，大小齿轮搅拌的润滑油均进入双方的啮合区，并进入下一阶段的润滑。