|
Нефтяные и синтетические
трансмиссионные масла предназначены для применения в узлах трения агрегатов
трансмиссий автомобилей, тракторов, тепловозов, дорожно-строительных и других
машин, а также в различных зубчатых редукторах и червячных передачах
промышленного оборудования.
Общие требования и свойства
Совершенствование конструкций узлов и агрегатов
трансмиссий современной мобильной техники неизменно ведет к возрастанию
скоростей вращения шестерен и относительного скольжения трущихся поверхностей
зубьев, увеличению удельных нагрузок в зоне контакта и повышению рабочих
температур масла. Это, в свою очередь, ужесточает требования к качеству
смазочных материалов для трансмиссий и редукторов.
В агрегатах трансмиссий смазочное масло является
неотъемлемым элементом конструкции. Способность смазочного масла выполнять и
длительно сохранять функции конструкционного материала определяется его
эксплуатационными свойствами. Трансмиссионные масла эксплуатируются в широком
диапазоне температур. Пусковые свойства и длительная работоспособность их
должны обеспечиваться в интервале температур от минус 60 °С — температуры
холодного пуска в районах Крайнего Севера — до 120—130 С (а в некоторых случаях
и до 150 °С) — рабочей температуры в объеме масла. При этом фактическая
температура масла в зоне контакта зубьев шестерен может быть на 150—250 °С
выше температуры масла в объеме.
Трансмиссионные масла в зависимости от условий работы узла
трения (скоростей вращения и удельных нагрузок) характеризуются тремя
основными областями смазочного действия:
область практически полного отсутствия износа, когда
смазывание осуществляется толстым масляным слоем;
область износа в результате истирания, которое происходит при
возрастании удельных нагрузок в условиях низких скоростей и высоком крутящем
моменте;
область задира, вызываемого непосредственным контактом;
металла с металлом, что приводит к резкому повышению температуры, вследствие
чего «размягчается» поверхность металла.
Трансмиссионные масла должны удовлетворять следующим
требованиям:
снижать износ трущихся пар, снижать потери энергии на
преодоление трения, отводить тепло от трущихся поверхностей, защищать
металлические поверхности от коррозии, понижать шум и вибрацию шестерен и
смягчать в них ударные нагрузки,
удалять из зоны трения продукты износа и другие примеси,
не быть токсичными.
Эти требования как основные принимают при разработке
трансмиссионных и редукторных масел.
Смазывающая способность. Главной функцией трансмиссионных
масел является снижение трения и износа. Это свойство, называемое смазывающей
способностью, обеспечивается в режимах гидродинамического трения вязкостью
базового масла (толщиной масляной пленки) или с помощью модификаторов-
трения. Последние, накапливаясь на металлических поверхностях трущихся пар за
счет адсорбции, упрочняют масляную- пленку. При режимах граничного трения,
возникающего в трансмиссиях под воздействием высоких температур и давлений,,
защита от износа возможна за счет активных элементов проти- воизносных и
противозадирных присадок путем их химического' взаимодействия с металлом
трущейся поверхности. При этом, образуются «новые продукты» (сульфиды,
фосфаты и оксиды металла), обладающие пластичной структурой и относительно, низким
коэффициентом трения.
Влияние вязкости базового масла на смазывающие свойства
представлено зависимостями на 46. По мере возрастания вязкости масла
возрастают критическая нагрузка и нагрузка- сваривания, соответственно
снижается диаметр пятна износа- Как видно из рисунка (кривая /), маловязкие
масла вязкостью 4—6 мм2-с-1 при 100°С, не защищенные противозадирными и
противоизносными присадками, уже при нагрузках 1000— 1400 Н не могут
сохранять необходимый уровень смазывающих свойств и устранять сваривание
шаров на ЧШМ.
Вязкостно-температурные свойства. Вторая важная функция
трансмиссионного масла — снижение потерь энергии иа преодоление трения. Она
также непосредственно связана с вязкостью масла, но в обратной зависимости:
чем меньше вязкость, тем больше к. п. д. трансмиссии. Общие потери энергии в
трансмиссии значительны. Если 25% так называемой полезной мощности автомобиля
поступает от двигателя к трансмиссии без учета потерь, то в общей системе
агрегатов трансмиссии за счет собственных потерь (в коробке передач, ведущем
мосту и др.) эта мощность, передаваемая колесам для непосредственного
передвижения автомобиля, снижается уже до 12%. Отсюда постоянное стремление
конструкторов и эксплуатационников к созданию масла минимальной вязкости как
для двигателя, так и для трансмиссий автомобилей. В связи с этим к маслу при
его подборе предъявляют противоречивые требования. Для обеспечения холодного
пуска трансмиссии при возможно низких температурах и минимуме потерь энергии
на преодоление трения в передачах вязкость масла должна быть минимальной, а
для обеспечения высокой несущей способности масляной пленки и для снижения
утечек через уплотнения и герметизирующие устройства — максимальной.
По мере совершенствования конструкций коробок передач,
ведущих мостов, повышения интенсивности их работы доминирующим режимом работы
узлов становится граничное трение, при котором вязкость масла теряет
первостепенное значение.
Улучшение конструкции и материалов уплотнений также
позволяет использовать маловязкие масла. Снижение вязкости трансмиссионных
масел
способствует решению проблемы их низкотемпературной
текучести. При сочетании хороших низкотемпературных свойств и сравнительно
низкой вязкости трансмиссионного масла достигается заметная экономия топлива,
особенно в период пуска и разогрева автомобиля. По данным Ли Шимана (фирма
«Lubri- 2о1», США), правильно выбранные масла с пониженной вязкостью
обеспечивают нормальную работоспособность при низких температурах и дают
значительную экономию топлива (47 и 48). Следует обращать особое внимание на
низкотемпературную текучесть масла, обеспечивающую попадание его в масляные
каналы подшипников коробки передач и ведущих мостов ( 49).
Классификация трансмиссионных масел и система обозначений
Многообразие требований к трансмиссионным маслам в
зависимости от областей применения и обилие марок приводят к необходимости
обобщения различных спецификаций и создания единой классификационной системы
обозначения этих масел. В настоящее время за рубежом действует несколько
классификаций трансмиссионных масел. Наиболее известные из них — SAE и API. В
СССР для разделения по классам вязкости и эксплуатационным группам, а также
для установления стандартных обозначений минеральных трансмиссионных масел
принят ГОСТ 17479.2—85. С помощью буквенных и цифровых знаков определяют
соответствующую принадлежность масла к классу и группе вязкости.
В соответствии с классом вязкости ограничены допустимые
пределы кинематической вязкости при 100 °С и отрицательная температура, при
которой еще обеспечивается падежная работа трансмиссий (зубчатых зацеплений в
механических коробках передач, раздаточных коробках, ведущих мостах и других
агрегатах), так как динамическая вязкость при этой температуре не превышает
150 Па-с.
Наличие присадок
Соотнесение продуктов действующего ассортимента
трансмиссионных масел, выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями по
разным нормативно-техническим документа- циям, приведено в приложении I к
ГОСТ 17479.2—85 ( 3.2). При определении взаимозаменяемости отечественных и
зарубежных трансмиссионных масел следует учесть, что индексация марок
зарубежных продуктов предусматривает цифровые обозначения, относящиеся, как
правило, к той или иной вязкостной группе одной из известных зарубежных
классификаций (см. Приложение).
Основные требования к физическим свойствам трансмиссионных
масел за рубежом по существу сформулированы в двух действующих в настоящее
время нормативных документах — классификации SAEJ306C и спецификации военного
ведомства США MIL-L-2105C ( 3.3). По классификации SAE трансмиссионные масла
делят на 7 классов вязкости, при этом первые 4 класса — загущенные масла
(индекс W —для зимнего или всесезон- ного применения). Спецификации MIL-L-2105C также предусматривают преимущественно применение всееезонных масел трех вязкостных групп.
Низкотемпературная область применения масел здесь ограничена тоже
максимальной температурой, при которой вязкость масла становится равной или
ниже 150 Па-с. Эта вязкость и по зарубежным данным считается предельной, при
которой сохраняются шестерни, подшипники, узлы и агрегаты трансмиссий от
повреждений из-за недостаточной текучести масла. Спецификации SAEJ 306C и MIL-L-2105C по основным требованиям к физическим свойствам трансмиссионных масел взаимосвязаны
и не противоречат друг другу.
За рубежом хорошо известна и классификация Американского
нефтяного института API, в соответствии с которой масла в зависимости от
конструкции и условий эксплуатации трансмиссий делят на шесть групп:
Группа GL-1— относительно мягкие условия эксплуатации
(невысокие нагрузки и скорости скольжения) в механических коробках передач с
ручным переключением, ведущих мостах со спирально-коническими и червячными
шестернями; в основном масла без присадок или с депрессорными и антипенными
присадками.
Группа GL-2— заметно жесткие условия по нагрузкам и
скоростям скольжения в главных передачах грузовых автомобилей с червячными
парами; в состав масел входят антифрикционные присадки.
Группа GL-3 — умеренно-жесткие условия со средними
нагрузками и скоростями скольжения в ведущих мостах со спирально-коническими
шестернями и некоторые коробки передач; в масле должны быть слабые
противозаднрные присадки.
Группа GL-4 — тяжелые условия работы масла в ведущих
мостах с гипоидными шестернями и механических коробках передач легковых
автомобилей; в составе масла должна быть противозадирная присадка средней
активности (умеренного действия).
Группа GL-5—очень тяжелые условия по нагрузкам и скоростям
скольжения, включая ударные нагрузки в гипоидных парах легковых и грузовых
автомобилей, механические коробки передач; в составе масла должны быть
активные противозаднрные и противоизносные присадки.
Группа GL-6—очень тяжелые условия с высокими скоростями
скольжения и ударными нагрузками в гипоидных передачах с возможно большим
сдвигом осей; в составе масла должны быть сильнодействующие противозаднрные и
противоизносные присадки.
Приведенные здесь классификации и спецификации, а также
диаграмма показателей вязкости масел (см. Приложение) могут оказаться
полезными при подборе зарубежных аналогов трансмиссионных масел для
отечественной или импортной техники.
В левом столбце диаграммы отражены классы вязкости ISO в
мм2/с при 40 °С. Этот столбец включает II классов вязкости из 14, входящих в
вязкостную градацию ISO. Ниже и выше указанных в столбце классов в градацию
входят еще редко встречающиеся классы 10, 1000 и 1500 соответственно.
В столбце рядом отражена вязкостная градация, принятая
AGMA (Общество американских производителей трансмиссий), в которой имеется 8
классов вязкости, при этом относительно широкий диапазон каждого класса
указы- пается в универсальных секундах Сейболта SUS. Следующие два столбца —
классификационные группы SAE для трансмиссионных и моторных масел — укалывают
их среднюю вязкость в секундах Сейболта (универсальных) при 210 "F
(SUS).
В правом столбце даны наиболее распространенные вязкостные
группы базовых масел,- При этом восемь нижних групп с буквой N — нейтральные
дистиллятные масла с указанием средней вязкости в универсальных секундах
Сейболта при 100 °F, а две верхних группы с буквенными обозначениями Brt
(Brightstock) — высоковязкие остаточные масла с указанием средней вязкости
(SUS при 210°F).
|