传动装置效率特性试验：测试传动输入输出功率比值

与国外先进的传动系统相比，我国传动装置功率损耗大、传动效率低。当前传动装置最高挡位额定转速机械工况传动效率为78%，功率损失超过200 kW。勒克莱尔坦克ESM500传动装置最高挡位额定转速机械工况传动效率为85%，功率损失约135 kW。德国研制的HSWL295传动装置最高挡位额定转速机械工况传动效率为88%，功率损失约110 kW。

效率特性试验的主要目的是测试传动装置各挡在不同输入转速、油温、变矩器状态和负载下传动输出功率和传动输入功率的比值。效率特性是传动装置评价指标体系中经济性指标之一。

效率特性试验的条件是有动力源，可以是发动机或者电机，动力源和综合传动之间需要布置转速转矩传感器，传动和加载单元之间也需要布置转速转矩传感器。对于传递功率在1 000 kW左右的传动装置，输入端测试仪器转速范围一般为0～3 000 r/min，转矩范围为0～6 000 N·m；输出端测试仪器转速范围一般为0～3 000 r/min，转矩范围为0～20 000 N·m。

（一）影响因素分析

液力机械综合传动装置的效率与其使用工况密切相关，各个挡位低转速阶段，液力变矩器处于液力工况，转速越高效率越大。当随着转速的升高，液力变矩器自动闭锁，效率特性出现瞬时的跃升，随着转速的升高，总体效率下降。传动装置的各挡效率特性如图3-49所示。

传动系统功率传递过程中，离合器、齿轮轴系、旋转构件等全部工作在由润滑油形成的流场内，流体和固体工作界面高度耦合，成为功率损耗的主要组成部分。随着传动系统转速的提高，构件转速、流体流速、流场形态发生变化，从而引起功率损耗变化。湿式离合器摩擦片之间流体随线速度的增加，其流速增加、油气比例改变，流体作用在摩擦片上的力发生变化；摩擦片内、外毂作为行星传动的构件，同时作为摩擦片的支撑基础，其受力状态与离合器系统密切相关；摩擦片的间隙受到流体作用力、内外毂作用力的影响发生动态变化，反之，摩擦片间隙的变化又影响流体的形态和力学关系。因此，润滑油、摩擦片及内外毂之间耦合关系复杂。在传动系统壳体内部的润滑油受温度和外力作用的影响，以油和气的形式分布在整个壳体内部，形成复杂的流场形态。旋转构件转速变化，引起流场形态变化，流场变化反之影响旋转构件的受力状态。齿轮系统，特别是行星传动系统，轮齿啮合和齿面油膜相互作用。高功率密度引起系统结构刚度减小，行星传动齿轮接触界面在重载条件下偏离理论啮合中心；在高转速及强制润滑下，行星传动系统内部流场形态变化，导致功率损耗增大。一般而言传动装置的功率损失由空载功率损失和负载功率损失组成，空载功率损失越大其总体效率越低。负载功率损失主要与负载和转速相关，负载越大，转速越低，负载功率损失越小。

图3-49　各挡效率特性(www.xing528.com)

（二）试验设计

对于整机的效率特性试验，输入转速从怠速到额定转速之间设置4个点左右，挡位覆盖前进挡、倒挡、中心转向挡，温度一般为室温和90～120℃两个温度区间，变矩器状态分为液力和机械两种，负载按照100%（在发动机额定功率点传动输入的净功率）、75%和50%三个点设定，通过组合输入转速、挡位、温度和负载，从而得到各种工况下的效率特性值。挡位顺序一般是空挡，各个前进挡从低到高，最后是倒挡。

（三）试验数据分析

坦克传动系统功率损耗大，传递到主动轮的净功率低，制约了坦克动力性；功率损耗大，所需散热辅助装置体积大，增加了推进系统的质量和体积；功率损耗大，热累计效应明显，热失效故障频发，影响了坦克可靠性。如果传动效率值不满足要求，则需要从总体方案、零部件设计、空损功率抑制等多个方面进行改进，从而提升传动效率。

传动装置整机台架试验需要记录的原始数据主要包括挡位（G）、输入转速（n1）、输入扭矩（M1）、左输出转速（n2）、左输出扭矩（M2）、右输出转速（n3）、右输出扭矩（M3）、传动油温（T）、变矩器状态等。

根据式（3-20）计算得到整机的效率η。