10.16638/jki.1671-7988.2017.13.015
自动变速器加油量的研究
郑海兵，王中华
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：自动变速器的加油量是自动变速器设计开发过程中的最先需要确定的参数，因为加油量的多少，会影响到变速器的基本功能，变速器的效率，甚至影响到变速器的可靠性。文章从变速器系统设计和验证两个方面，介绍了如何确定变速器加油量的方法。
关键词：自动变速器油；润滑；油位；测试
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-47-03
安徽江淮汽车A study Of Automatic Transmission’s Oil Volume
Zheng Haibin, Wang Zhonghua
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei  230601 )
Abstract: Oil volume is first parameter during the development of Auto transmission. Oil volume will affect transmission’s basic performance , transmission efficiency and the components reliability. This paper will introduce how to define the transmission oil volume from transmission system design and test requirement.
Keywords: Automatic transmission fluid; lubrication; oil level; test
CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-47-03
概述
自动变速器油就像人身体中的血液一样，主要包含实现以下的功能：
1）动力传递功能，例如，双离合器及液力变矩器动力的传递, 离合器及制动器的接合，同步器换挡功能的实现。
2）冷却功能，例如，离合器，齿轮，同步器在摩擦的过程中产生大量的热，均需要通过油液的循环将这些热量带走；
3）润滑功能，例如，齿轮和轴承在运行的过程中，润滑油在其表面形成油膜，防止了齿轮和轴承的点蚀和胶合失效，有效地延长这些部件的寿命；
4）清洁功能，油液在循环的过程中，将齿轮和各个部件上的磨损的污染物及时带走，通过设置在油路循环系统中的过滤器将其收集。
5）防锈功能，变速器部件在变速器运转时，所有部件覆盖一层油膜，有效防止零部件因生锈而导致的功能失效。
油在变速器中有以上诸多的功能，可见油液对自动变速器的重要性，变速器必须有合适的加油量，才能保证以上功能的实现，如果加油量过少，一方面会导致自动变速器油泵的吸空，压力无法建立，无法实现动力传递要求，另一方面，会导致变速器冷却润滑不足，进而导致变速器零部件烧蚀而失效。如果加油量过多，一方面会导致变速器因内部损失过大（齿轮及其他旋转部件的搅油）造成的变速器性能的降低，另一方面，加油过多，会导致变速器在运行的过程中，油液从变速器中溢出，造成环境的污染。
如何定义合适的变速器加油量，则是在变速器设计与开发过程中，第一步，需要解决的问题。
1 变速器加油量设计要求
变速器加油量的设计，需要考虑变速器润滑系统及液压系统用油的需求。变速器内部加油量多少与变速
器的油位的
作者简介：郑海兵，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。
郑海兵等：自动变速器加油量的研究48 2017年第13期
高低呈对应关系，油位高则变速器加油多，油位低则变速器加油量少。
1.1 变速器润滑的需求
变速器油润滑的对象，包含了齿轮，轴承，同步器，离合器等部件，而这些部件润滑方式无外乎两种，强制润滑及飞溅润滑。
强制润滑，一般通过液压系统的循环，形成压力油，对零部件进行强制性润滑；而飞溅润滑，则需要旋转部件浸在油液中，通过旋转部件的转动，将油液搅动起来，带入到其他部件，实现润滑的要求。为了保证润滑的效果，旋转部件必须有一定的浸入深度，但不能浸入太深，浸入太深，会因为搅油导致效率降低，同时导致热量的增加。在变速器中，齿轮为典型的旋转部件，一般情况下，齿轮的浸油深度为该齿轮的1~3模数为宜。
以下为某DCT 油位设计，输出轴齿轮浸入到油液中，对油液搅动，实现飞溅润滑的需求。输出轴齿轮的
模数2.5，浸入深度的系数取中值为2，则齿轮浸入深度则为5mm，此时，按照齿轮浸入深度，则可以完成变速器最低油位的初定义。
图1 变速器设计油位
1.2 液压系统用油的需求
在电控液动的自动变速器中，液压油作为自动变速器的动力源的载体，实现离合器接合与脱开，档位的切换及强制润滑。整车在行驶过程中，存在多种姿态，加速，减速，转弯，爬坡等等，而此时变速器油位不是一成不变的，而随着这些工况的变化而变化。自动变速器中的加油量，必须保证变速器在以上的工况中，都能够使得变速器油泵吸到油液，不能油吸空现象的发生。
根据2.1定义的变速器油位定义出变速器初步的加油量，通过仿真的手段，可以得到模拟整车各个工况（加速，减速，左转弯，右转弯）的油位值，然后将各个油平面求解交集，然后检查此交集区域，是否在自动变速器吸入式过滤器吸口之内或满足吸入式过滤器吸入口设计的要求。如交集区域暴露在吸入式过滤器的吸口之外或不满足过滤器的设计要求，则必须通过增加油量，来提升变速器的油位。
图2~图4介绍的是为某DCT变速器在各姿态下的油液面及油液面的交集，油液面的交集，须布置在变速器吸入式过滤器吸口的内部。
图2 加速和减速姿态下的变速器油液面
图3 变速器在左、右转弯姿态下的油液面
图4 变速器在各姿态下油液面的交集
1.3 变速器部件设计对加油量的影响
变速器一部分部件的设计，会对变速器的油位造成影响，例如，壳体的设计，齿轴的布置等。
1）壳体是一个不规则的内腔，壳体的设计过程，要留有足够的间隙，保证油液能够顺利的返回到油底壳，同时保证油液面随温度变化的过程中，防止油液在局部区域形成堆积。
2）变速器的布置过程中，要保证吸入式过滤器在变速器的最底部，对于前横置前驱动变速器，差速器在布置过程中，要尽量降低差速器齿轮的浸油深度，如有需要，必须设计有差速器齿轮挡油板，防止差速器的转动而对油液面过度波动而造成影响。
3）油液会受温度的影响热胀冷缩，为保证密封的安全性，变速器内部的气压必须与外面相等，变速器的通气阀则是保证变速器内外气压平衡的关键部件。通气阀一般布置在变速器顶部，且垂直于水平面布置安装。通气阀设计上，要保证与外界大气相通，同时要防止外界杂质及污染物颗粒进入变速器内部。
2 变速器加油量的验证
变速器加油量的验证通过两个级别的验证来完成，第一级别为台架验证，第二级别为整车的验证。
2.1 变速器油位台架验证
变速器油位的台架验证即确定变速器最佳的加油量，包含以下几个方面，变速器最低油位的验证，变速器最高油位的验证，油位随油量的变化测试，油位随档位的变化测试。油位台架试验需要模拟整车工况，通常在变速器专用的润滑测试台架（可倾斜各种角度）来实现，图5为某变速器油位测试过程。
汽车实用技术
49 2017年第13期
1）变速器最低油位的验证
油液受热胀冷缩的影响，当在低温时，变速器的油位是最低的，将润滑测试台架上倾斜一定角度（通常为16.7°），在-30℃，以一定的转速启动变速器，检查变速器是否有吸空现象的发生。变速器最低油位的设计要求，在各倾斜姿态下，在-30℃，不允许油压波动超过±1.5bar（参见图6，区域A 压力波动为6bar，发生吸空，区域B 压力波动1bar，吸空消失）或吸空声音（哧哧声）的发出。通过以上的验证，即可确定变速器的最低油位，即确定变速器最少的加油量。
图6 低温下的主压力曲线
2）变速器最高油位的验证
同理，在最高温度（120℃）时，变速器的油位是最高的，以变速器最高档位，最高转速运转变速器，在最少的加油量基础上，不断加入油液，直至变速器油液从呼吸口处喷出。则得到变速器最高的油位，即变速器最大的加油量。
3）变速器油位随油量测试
该项测试的目的检查变速器油位随油量是否呈线性关系，参考图7为某DCT油位随油量的变化曲线（油量多则油位升高，油量少则油位降低），检查变速器壳体在设计过程中是否产生油液的堆积。
图7 某DCT油位随油量的变化曲线
4）油位随档位的变化测试
该项测试则是检查变速器在各档位下，因为转速的不同，导致齿轮搅油剧烈程度不同，而造成对油位的影响。如油位随档位波动过大，则必须设计合理的防搅油结构。
2.2 整车油位验证
在整车中，进行整车油位的验证也是一个必不可少的环节，通过台架验证环节中得到的加油量，进行加油，通过整车在专门的试验道路中进行以整车最大加速度加速，以整车最大的制动减速度减速，以一定的角速度进行回转（模拟转弯），在各工况下，变速器不得发生吸空，变速器实际压力与期望压力实现即时的跟随，参考图8，因为加油量的设计不合理，导致急减速下，发生了实际压力的掉坑。
图8 急减速工况下压力曲线
3 总结
自动变速器的加油量是自动变速器开发过程中的第一步，因为加油量的多少，会影响到变速器后续试验的开展。设计合适的变速器加油量，一方面可以使得变速器的性能得到充分的发挥，另一方面可以获得相对合适的零部件成本。
参考文献
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社,2006.
[2] 张逸，凌振国等.自动变速器油位设计及验证.[J]. 起重运输机
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