一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构和变速箱

技术领域

本发明公开了一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构，属于变速箱润滑技术领域，具体公开了一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构和变速箱。

背景技术

动力性、经济性指标是评价重型商用车好坏的重要指标之一，对于变速箱总成往往用传动效率指标来评价变速箱的经济性能。有数据显示，对于高速物流工况，某重型变速箱平均传动效率提升0.3％，整车的经济性能提升1.2％。变速箱传动效率主要包括齿轮的啮合损失、齿轮的搅油损失、轴承损失、油泵功率损失等因素的影响，其中齿轮的搅油损失约占传动功率损失的3％。变速箱总成油面高度越高，齿轮浸油深度越深，齿轮搅油损耗越大，传动效率越低。

传统变速箱润滑系统一般采用飞溅润滑或飞溅润滑+主动润滑两种润滑方式，飞溅润滑主要是浸油润滑，主动润滑主要依靠油泵将润滑油泵入润滑系统中，主要包括喷淋润滑+二轴中心油管中心油路润滑或喷淋润滑或二轴中心油管中心油路润滑，两种润滑方式齿轮均存在着搅油损耗。

对于采用飞溅(浸油)润滑的变速箱总成，为了满足齿轮啮合副的散热及润滑需求，往往把变速箱油面高度设置在中间轴轴线附近，中间轴上的齿轮全部浸没在润滑油中，齿轮的浸油深度很深，搅油损耗很大，变速箱传动效率很低。

对于采用飞溅(浸油)润滑+主动润滑的变速箱总成，由于对变速箱齿轮啮合副进行了主动润滑，油面高度可以设置的比飞溅润滑的变速箱总成稍低，齿轮浸油深度减小，齿轮啮合副搅油损耗比飞溅润滑的变速箱总成低，变速箱传动效率比飞溅润滑的变速箱总成传动效率有所提升。但仍然存在一定的搅油损耗，变速箱传动效率比飞溅润滑的总成有所提高，但仍然不高。

中国发明专利CN113251133A的说明书中公开了一种用于实现不等高油面的挡油板，其邻近中间轴总成设置，所述中间轴总成上套设固定第一大齿轮、第二大齿轮和控制齿轮，所述挡油板呈弧形壳体，所述弧形壳体分为阶梯状的小直径壳体和大直径壳体；所述小直径壳体包覆于控制齿轮的外侧，所述大直径壳体包覆于第一大齿轮和第二大齿轮的外侧；当所述中间轴总成转动，且所述挡油板向内的进油速度等于所述第一大齿轮和第二大齿轮向外的甩油速度时；所述大直径壳体内壁的油面厚度到达主设定厚度。该润滑方案公开了：中间轴齿轮转动时将挡油板内部润滑油搅到挡油板外部，挡油板外部的润滑油再经过挡油板底部的小孔流回挡油板中。挡油板内部的油面高度随着齿轮的转速变化而变化，挡油板安装在变速箱内部，隔开了润滑油的油面，使得变速箱内部的润滑油实现了不等高油面，在保证控制齿轮以及其余小齿轮润滑的同时，第一大齿轮和第二大齿轮的侵入油面不会太深，降低大直径齿轮的搅油损失，提高变速箱的传动效率；但是需要指出，该技术方案中的齿轮的浸油深度不确定，中间轴齿轮始终浸在油里搅油，变速箱齿轮一直存在搅油损耗，故变速箱传动效率无法达到最大。进一步的，CN113251133A的变速箱的工作原理为中间轴总成转动前，挡油板内外油面高度一致；中间轴总成转动后，由于挡油板的隔阻作用，挡油板向内的进油速度小于第一大齿轮和第二大齿轮向外的甩油速度；随着时间的推进，挡油板内壁的油液会越来越少，而随着油液的减少，第一大齿轮和第二大齿轮向外的甩油速度也会越来越小，直到向外的甩油速度等于向内的进油速度，达到一个动态平衡，挡油板内壁的油液厚度会一直保持不变；在实际设计的过程中，可以通过调整渗油间隙或渗油孔的大小，来调整该动态平衡，设计巧妙，调节灵活便捷；即该变速箱内的润滑油始终由位于挡油板下侧的变速箱壳体底部油腔通过渗油孔流入挡油板内，即壳体内部围绕中间轴齿轮安装半封闭的挡油板将挡油板内部油腔与外部油腔隔离开来，挡油板外部油面高度高于挡油板内部油面高度，中间轴齿轮转动时将挡油板内部润滑油搅到挡油板外部，挡油板外部的润滑油再经过挡油板底部的小孔流回挡油板中，该方案存在的缺陷是：齿轮的浸油深度不确定，中间轴齿轮始终浸在油里搅油，变速箱齿轮一直存在搅油损耗，变速箱传动效率无法达到最大。

进一步的，中国实用新型专利CN211501591U的说明书中公开了一种汽车用变速箱，包括转动组件和分油槽，转动组件包括中间轴和设于中间轴上的小齿轮、第一大齿轮和第二大齿轮；分油槽内沿中间轴的轴向方向设有相连通的第一蓄油腔室和第二蓄油腔室，第一大齿轮和第二大齿轮的底部分别容纳于第一蓄油腔室和第二蓄油腔室内，第一大齿轮和第二大齿轮的底部分别浸入第一蓄油腔室和第二蓄油腔室内的润滑油中，且第一蓄油腔室和转动组件之间形成供润滑油进入第一蓄油腔室的第一通道；同时，分油槽两侧的高度高于原始油面，防止分油槽外的润滑油从分油槽的两侧进入第一蓄油腔室和第二蓄油腔室，以使第一大齿轮和第二大齿轮转动时，第一蓄油腔室和第二蓄油腔室内的润滑油从分油槽两侧排出，降低了第一大齿轮和第二大齿轮的浸油深度，降低了大齿轮的搅油损失，提高变速器的传递效率。但是其还是无法实现齿轮的浸油深度的确定，故其中间轴齿轮仍然可能浸在油里搅油，变速箱齿轮一直存在搅油损耗，变速箱传动效率无法达到最大。

进一步的，中国发明专利CN202110475258.7《可变油面变速箱润滑系统》及中国发明专利CN202110476963.9《变速箱润滑方法》中公开了可变液面变速箱润滑方法，其均需在变速箱上设置单独的集油空间，通过安全阀的开启，对变速箱壳体内的油面高度进行调整，变速箱初始油面高度很高，加油量大，润滑油成本高；储油空间占用空间大，导致变速箱体积、重量增加；集油池与润滑系统油路之间需要单独管路连接和密封，制造成本增加，同时存在可靠性风险。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构和变速箱，其不仅结构简单，而且能够根据变速箱的输入转速自动调节变速箱内齿轮浸没于润滑油的高度，合理的在喷淋润滑、浸油润滑、喷淋润滑+浸油润滑工况下自动切换，即保证了变速箱工作的可靠性，又最大限度的减少齿轮搅油损耗，提高了变速箱的传动效率。

本发明公开了一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构，包括变速箱壳体，所述变速箱壳体内设置有中间轴总成、喷淋润滑单元和油泵，所述中间轴总成上设置有至少一个齿轮，所述齿轮和所述变速箱壳体的底部之间设置有挡油板，所述挡油板为弧形壳体，所述挡油板包络于所述齿轮的外侧，其特征在于：所述挡油板上沿中间轴总成的轴向延伸的第一边缘与所述变速箱壳体的第一内壁密封固接，所述挡油板上沿中间轴总成的轴向延伸的第二边缘与所述变速箱壳体的第二内壁之间设置有间隙，所述第二边缘的高度等于所有齿轮中直径最小的齿轮的齿根圆。

在本发明的一种优选实施方案中，所述挡油板包括一个弧形壳体，所述弧形壳体的直径大于所有齿轮中直径最大的齿轮的齿顶高。

在本发明的一种优选实施方案中，所述挡油板包括多个弧形壳体，至少两个弧形壳体的直径不等，每个弧形壳体包络至少一个齿轮，每个弧形壳体的第二边缘的高度等于位于其内直径最小的齿轮的齿根圆。

在本发明的一种优选实施方案中，所述挡油板的弧形上端面构成上集油腔，所述挡油板的弧形下端面与所述变速箱壳体的底部之间构成下集油腔，所述上集油腔和所述下集油腔仅通过第二边缘与第二内壁之间的间隙连通。

在本发明的一种优选实施方案中，所述下集油腔与油泵的吸油口连通，油泵的油泵转子与中间轴总成末端连接，通过中间轴总成上的花键驱动油泵泵油，油泵的出油口通过油道与喷淋润滑单元连通，为喷淋润滑提供润滑油量。

在本发明的一种优选实施方案中，变速箱初始加油时，油面高度线H1低于所有齿轮中直径最大的齿轮的齿顶圆，油面高度线H1高于吸油滤网的吸油口，吸油滤网安装在油泵吸油口处，通过油泵与喷淋润滑单元连通；当变速箱运转时，中间轴总成驱动油泵开始工作，油泵将下集油腔中的润滑油通过吸油滤网过滤后泵入喷淋润滑单元，喷淋润滑单元的喷油孔正对齿轮啮合点，喷淋润滑单元喷出的润滑油喷淋到齿轮表面，一部分润滑油被齿轮直接甩到第二内壁沿着第二内壁流至下集油腔，另一部分润滑油流到上集油腔中；上集油腔的油面高度升高，高于直径最大的齿轮的齿顶圆时，该齿轮旋转将上集油腔中的润滑油搅起，润滑油沿着第二边缘被甩到第二内壁上，再通过第二边缘与第二内壁之间的间隙流到下集油腔中。

在本发明的一种优选实施方案中，油泵泵出的润滑油量为Q

在本发明的一种优选实施方案中，当变速箱工作在低转速区间时，中间轴输入转速较低，此时油泵泵出的润滑油量为Q

在本发明的一种优选实施方案中，当变速箱工作在高转速区间时，变速箱输入转速升高，油泵泵油量增加，此时油泵泵出的润滑油量为Q

在本发明的一种优选实施方案中，低转速区间为变速箱输入转速≤发动机怠速；高转速区间为发动机怠速＜变速箱输入转速≤发动机额定转速。

在本发明的一种优选实施方案中，所述变速箱壳体和所述挡油板铸造成形为一体式结构或者，所述变速箱壳体和所述挡油板分别铸造成型后两者焊接固定或者，所述变速箱壳体和所述挡油板为分体结构装配固定。

在本发明的一种优选实施方案中，所述喷淋润滑单元包括齿面喷淋油管和/或二轴中心油管。

在本发明的一种优选实施方案中，二轴中心油管的油孔与二轴中心油腔连通，二轴上设置有出油孔，进入二轴中心油管的润滑油通过二轴上的出油孔润滑轴承后流到上集油腔。

本发明还公开了一种变速箱，其包括前述的控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构。

本发明的有益效果是：本发明不仅结构简单，而且能够根据变速箱的输入转速自动调节变速箱内齿轮浸没于润滑油的高度，合理的在喷淋润滑、浸油润滑、喷淋润滑+浸油润滑工况下自动切换，即保证了变速箱工作的可靠性，又最大限度的减少齿轮搅油损耗，提高了变速箱的传动效率，本发明创造性的通过将挡油板上沿中间轴总成的轴向延伸的第一边缘与变速箱壳体的第一内壁密封固接，挡油板上沿中间轴总成的轴向延伸的第二边缘与变速箱壳体的第二内壁之间设置有间隙，第二边缘的高度等于所有齿轮中直径最小的齿轮的齿根圆，通过控制挡板右侧边缘的高度可以控制变速箱齿轮的浸油深度，通过设置油泵偏心距、转子厚度等参数，可以控制油泵泵出的润滑油量Q

进一步，本发明的挡油板包括一个弧形壳体，弧形壳体的直径大于所有齿轮中直径最大的齿轮的齿顶高，该方案便于制造装配，适用于多个齿轮且多个齿轮直径相差不大的情况下；

进一步，本发明的挡油板还可以包括多个弧形壳体，至少两个弧形壳体的直径不等，每个弧形壳体包络至少一个齿轮，每个弧形壳体的第二边缘的高度等于位于其内直径最小的齿轮的齿根圆，即挡油板阶梯状的弧形壳体，结构类似于CN113251133A或CN211501591U所公开的结构，该结构适用于多个齿轮且多个齿轮直径相差较大的情况，该技术方案虽然不利于加工制造，但是更利于浸油润滑的精准控制；

进一步，挡油板的弧形上端面构成上集油腔，挡油板的弧形下端面与变速箱壳体的底部之间构成下集油腔，上集油腔和下集油腔仅通过第二边缘与第二内壁之间的间隙连通，该间隙的控制能够有效地调整上集油腔内可存储油量的高度，从而保证使变速箱运行在高转速区间时，齿轮啮合副几乎没有搅油损耗，变速箱传动效率达到最高。又可以实现变速箱运行在低转速区间时，通过增加齿轮啮合副浸油润滑的方式，解决齿轮啮合副仅靠喷淋润滑或二轴中心油路润滑或喷淋润滑+二轴中心油路润滑无法满足散热、润滑需求的问题；

进一步，本发明将变速箱输入转速分为低转速区间和高转速区间，根据转速实现了变速箱的油面高度的合理控制；本发明通过控制变速箱输入转速、喷淋润滑的进油量(油泵的泵油量)、齿轮的甩油量、与挡油板右侧边沿的高度之间的关系，可以使变速箱运行在高转速区间时，齿轮啮合副几乎没有搅油损耗，变速箱传动效率达到最高。又可以实现变速箱运行在低转速区间时，通过增加齿轮啮合副浸油润滑的方式，解决齿轮啮合副仅靠喷淋润滑或二轴中心油路润滑或喷淋润滑+二轴中心油路润滑无法满足散热、润滑需求的问题。即提高了变速箱工作在经济转速区间时的传动效率，又保证了变速箱工作在低转速区间时工作的可靠性；

进一步的，本发明的中壳结构允许时，挡板可以直接铸造在壳体上，一次成型，该技术方案不仅有效地节约了变速箱壳体的制造成本，而且具有安装牢固、可靠的优点。

附图说明

图1是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的轴测视图(隐藏中间轴总成)；

图2是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的主视图；

图3是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的变速箱初始状态主视图；(初始状态油面高度线H1)；

图4是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的变速箱初始状态侧视图；(初始状态油面高度线H1)；

图5是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的变速箱低转速状态主视图；(低转速状态油面高度线H2)；

图6是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的的变速箱低转速状态侧视图；(低转速状态油面高度线H2)；

图7是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的的变速箱高转速状态主视图；(高转速状态油面高度线H3)；

图8是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的变速箱高转速状态侧视图；(高转速状态油面高度线H3)；

图9是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的油泵示意图；

图10是本发明一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构的吸油滤网示意图；

图中，1-变速箱壳体；2-中间轴总成；3-齿面喷淋油管；4-二轴中心油管；5-挡油板；6-油泵；7-吸油滤网；1.1-第一内壁；1.2-第二内壁；5.1-第一边缘；5.2-第二边缘，6.1-油泵吸油口，6.2-油泵出油口，6.3-油泵转子。

具体实施方式

下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

进一步的，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明公开了一种控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构，包括变速箱壳体1，变速箱壳体1内设置有中间轴总成2、齿面喷淋油管3和/或二轴中心油管4(齿面喷淋油管3和/或二轴中心油管4可以根据需要设置，即本发明具有三种组合方案，技术方案1：单独设置齿面喷淋油管3；技术方案2：单独设置二轴中心油管4；技术方案3：同时设置齿面喷淋油管3和/或二轴中心油管4)、集成在壳体上的油道、油泵6及吸油装置，中间轴总成2的末端与油泵6连接，油泵6为喷淋润滑提供润滑油量，中间轴总成上设置有至少一个齿轮，齿轮和变速箱壳体1的底部之间设置有挡油板5，挡油板5为弧形壳体，挡油板5包络于齿轮的外侧，挡油板5上沿中间轴总成的轴向延伸的第一边缘5.1与变速箱壳体1的第一内壁1.1密封固接，挡油板5上沿中间轴总成的轴向延伸的第二边缘5.2与变速箱壳体1的第二内壁1.2之间设置有间隙(从图1和图2看出可以理解挡油板5的左端与壳体密封连接，挡油板5的右侧边沿是开放的，挡油板5与变速箱壳体内壁之间留有间隙)，第二边缘5.2的高度等于所有齿轮中直径最小的齿轮的齿根圆。挡油板5将变速箱壳体底部油腔分隔成上层油腔和下层油腔，吸油装置从壳体下层油腔内吸油，油泵将润滑油泵送到滑系统的油路中。齿面喷淋油管3和二轴中心油管4并联设置在润滑油自变速箱壳体底部流经吸油滤网、油泵之后的油道上。齿面喷淋油管3上开设有对着齿轮啮合副的喷淋油孔，二轴中心油管4上开设有二轴中心油管出油孔。

在本发明的一种优选实施方案中，挡油板5包括一个弧形壳体，即该弧形壳体内设置有一个圆柱状的槽型结构，弧形壳体的直径大于所有齿轮中直径最大的齿轮的齿顶高，该结构适用于多个齿轮且多个齿轮直径相差不大的情况下。

在本发明的一种优选实施方案中，挡油板5包括多个弧形壳体，至少两个弧形壳体的直径不等，每个弧形壳体包络至少一个齿轮，每个弧形壳体的第二边缘5.2的高度等于位于其内直径最小的齿轮的齿根圆，该技术方案的挡油板阶梯状的弧形壳体，结构类似于CN113251133A或CN211501591U所公开的结构，该结构适用于多个齿轮且多个齿轮直径相差较大的情况，该技术方案虽然不利于加工制造，但是更利于浸油润滑的精准控制。

在本发明的一种优选实施方案中，挡油板5的弧形上端面构成上集油腔，挡油板5的弧形下端面与变速箱壳体1的底部之间构成下集油腔，上集油腔和下集油腔仅通过第二边缘5.2与第二内壁1.2之间的间隙连通。

在本发明的一种优选实施方案中，所述下集油腔与油泵的吸油口6.1连通，油泵转子6.3与中间轴总成2末端连接，通过中间轴总成2上的花键驱动油泵泵油，油泵的出油口6.2通过油道与齿面喷淋油管3、二轴中心油管4连通，为喷淋润滑提供润滑油量。

在本发明的一种优选实施方案中，如图3-4所示，变速箱初始加油时，油面高度线H1低于所有齿轮中直径最大的齿轮的齿顶圆，油面高度线H1高于吸油滤网的吸油口，吸油滤网安装在油泵吸油口处，通过油泵与齿面喷淋油管和二轴中心油管或喷淋油管或二轴中心油管连通；当变速箱运转时，中间轴总成2驱动油泵开始工作，油泵将下集油腔中的润滑油通过吸油滤网过滤后泵入齿面喷淋油管3和/或二轴中心油管4，齿面喷淋油管3的喷油孔正对齿轮啮合点，齿面喷淋油管3喷出的润滑油喷淋到齿轮表面，一部分润滑油被齿轮直接甩到第二内壁1.2沿着第二内壁1.2流至下集油腔，另一部分润滑油流到上集油腔中；二轴中心油管的油孔与二轴中心油腔连通，二轴上设置有出油孔，进入二轴中心油管的润滑油通过二轴上的出油孔润滑轴承后流到上集油腔，上集油腔的油面高度升高，高于直径最大的齿轮的齿顶圆时，该齿轮旋转将上集油腔中的润滑油搅起，润滑油沿着第二边缘5.2被甩到第二内壁1.2上，再通过第二边缘5.2与第二内壁1.2之间的间隙流到下集油腔中。

在本发明的一种优选实施方案中，油泵的泵油量为Q

在本发明的一种优选实施方案中，如图5-6所示，当变速箱工作在低转速区间时，变速箱输入转速较低时，油泵泵油量不足，通过喷淋油管喷出的润滑油油量较少，仅靠喷淋在齿轮表面的润滑油难以满足齿轮啮合副散热的需求。但由于Q

在本发明的一种优选实施方案中，如图7-8所示，当变速箱工作在高转速区间时，变速箱输入转速升高，油泵泵油量增加，油泵泵出的润滑油流量为Q

在本发明的一种优选实施方案中，低转速区间为变速箱输入转速≤发动机怠速；高转速区间为发动机怠速＜变速箱输入转速≤发动机额定转速。

在本发明的一种优选实施方案中，变速箱壳体1和挡油板5铸造成形为一体式结构或者，变速箱壳体1和挡油板5分别铸造成型后两者焊接固定或者，变速箱壳体1和所述挡油板5为分体结构组合装配固定。

本发明涉及的可变油面分层润滑结构，在变速箱壳体中间增加挡油板将壳体内腔分成上、下两个油腔，通过控制变速箱输入转速、喷淋润滑的进油量(油泵的泵油量)、齿轮的甩油量、与挡油板右侧边沿的高度之间的关系，可以使变速箱运行在高转速区间时，齿轮副几乎没有搅油损耗，变速箱传动效率达到最高。又可以实现变速箱运行在低转速区间时，通过增加齿轮副浸油润滑的方式，解决齿轮副仅靠喷淋润滑或二轴中心油路润滑或喷淋润滑+二轴中心油路润滑无法满足散热、润滑需求的问题。即提高了变速箱工作在高转速区间时的传动效率，又保证了变速箱工作在低转速区间时工作的可靠性。

本发明还公开了一种变速箱，其包括前述的控制变速箱油面高度提升传动效率的润滑结构。

本发明还公开了一种车辆，其包括前述的变速箱。

需要指出，本发明未详细描述的变速箱壳体1内设置有中间轴总成2、齿面喷淋油管3、二轴中心油管4、集成在壳体上的油道、油泵及吸油装置结构可以参考CN111043294A等专利。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。