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汽车变速箱张小矛
（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海201804）
摘要：汽车变速箱齿轮搅油扭矩损失对整车传动效率及经济性有重要影响。为研究齿轮搅油对变速箱润滑及传动效率的影响，对某型变速箱齿轮搅油润滑过程进行仿真。采用计算流体动力学（CFD）方法旋转动网格，结合流体体积函数（VOF）模型对齿轮搅油过程进行分析。结果显示，转速越高，齿轮搅油扭矩损失越大，且搅油损失的增长趋势越明显，润滑油液位越低，齿轮搅油扭矩损失越小，但齿轮润滑效果会变差。在开发过程中，应综合考虑各方面影响，在保证润滑效果的前提下，尽量降低搅油损失。
关键词：汽车变速器；润滑分析；搅油扭矩损失
0前言
作为汽车核心部件之一，汽车变速箱的传动效率影响着整车动力性与油耗。齿轮搅油损失，即齿轮在润滑油中旋转受到阻力所产生的功率损失，占齿轮传动总功率损耗的重要部分，尤其是在发动机高速低负
荷状态工。因此，研究变速箱润滑与搅油损失的内在规律，掌握不同影响因素对搅油扭矩损失的影响，如齿轮转速、浸油深度等，对产品开发有着重要意义。
目前，在变速箱开发过程中，国内外各企业通常依赖于试验验证。1种做法是建立全透明壳体试验台或者某个断面采用透明设计，观测在不同工况下润滑油的流动状态及分布情况。c.Changenet等人通过搭建试验台，研究了单个齿轮搅油损失及齿轮转动时内部流动分布情况，研究了润滑油温度、齿轮转速、齿轮几何形状、齿轮浸油深度等变量对搅油扭矩损失的影响，并通过结果建立相应的经验公式⑵。该做法只能进行定性评估，无法进行数值量化评估，精度不高，可重复性差，并且试验需要花费大量的时间和开发费用。相对而言，仿真方法可以在设计早期进行探索，加快开发进度。
变速箱在运行过程中不仅存在齿轮的啮合，而且存在多相流问题，在计算上存在一定的难度。目前有2种较为常见的计算方法，一种是计算流体动力学（CFD）方法，将齿轮所在区域设为旋转区域，在该区域使用旋转动网格，通过接口与静止区域连接。C.Kodela等人在2015年SAE技术论坛上发表的试验模拟，与实际结果较好的吻合⑶。H.Liu等人在2017年研究的单级齿轮箱内润滑油分布和搅油损失，结果与试验呈现岀较高的一致性⑷；另1种做法是采用粒子流软件对齿轮搅油过程进行分析，如文献[5]的工作。
本文使用CFD方法，在STAR-CCM+软件中，建立变速箱齿轮搅油的完整模型，评估不同旋转速度、不同浸油深度对齿轮搅油扭矩损失的影响，以及齿轮润滑情况，为变速箱开发提供参考。
1模型建立及数值仿真
如图1所示，本文以某无级变速箱（CVT）为研究对象，计算模型与实际状态尺寸一致。
图1齿轮搅油仿真模型
汽车与新动力
毬
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