19 Трансмиссионные масла

Эксплуатационно-технические требования

Основное назначение трансмиссионных масел - смазка высоконагруженных зубчатых механизмов сило­вой передачи, подшипников и других деталей и узлов автомобилей. Масло является прежде всего средством передачи мощности и средой, которая заполняет регулирующие системы.

Доля трансмиссионных масел в общем потреблении смазочных материалов составляет 0,3—0,5% в зависи­мости от параметров автомобилей. Близок к этой цифре и расход масел по отношению к потреблению топлива (примерно 0,5%). Однако, несмотря на относительно невысокий «удельный вес» масел, их значение для обеспечения оптимальных условий эксплуатации авто­мобилей чрезвычайно велико.

К наиболее важным требованиям, которым должны удовлетворять масла, относят:

• уменьшение износа всех деталей трансмиссии;

• снижение потерь энергии, передаваемой от двигате­ля к ходовой части автомобиля;

• отвод тепла, вымывание и удаление из зон трения продуктов износа и других загрязняющих масло при­месей;

• отсутствие коррозионной агрессивности по отноше­нию к деталям трансмиссии;

• снижение вибрации и шума шестерен и защита их от ударных нагрузок;

• отсутствие вспенивания и возможно меньшее изме­нение свойств масла при работе смазываемых им ме­ханизмов.

• Не должны оказывать коррозионного воздействия на детали трансмиссии;

• Должны иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой;

Для соответствия этим требованиям трансмиссион­ные масла должны характеризоваться:

пологой вязкостно-температурной кривой и сравни­тельно малой вязкостью в области отрицательных температур;

высокими противоизносными, противозадирными свойствами;

хорошей термической и термоокислительной ста­бильностью;

стойкостью к образованию эмульсий с водой;

высокой физической стабильностью в условиях дли­тельного хранения;

минимальным воздействием на резинотехнические уплотнительные материалы, лаки, краски и пластмассы.

Классификация

По классам вязкости:

Класс по ГОСТ		ν 100^0, мм^2/с		T ^0С, при которой динамич. ν≤150 Па/с	SAE
9 12 18 34	6-11 11-14 14-25 25-40(41)		≤-35^0С ≤-26^0С ≤-18^0С ----		75W 80W 85/90W 140W

По группам эксплуатации:

ГОСТ	Состав и область применения	Группа API
ТМ-1	Без присадок, для цилиндрических, конических, червячных передач при σн≤1600 МПа и t ≤ 90^0С	GL-1
ТМ-2	Те же передачи с противозадирными присадками σн≤2100 МПа и t ≤ 130^0С	GL-2
ТМ-3	……+противозадирные присадки (умеренной эффективности) +противоизносные присадки. Цилиндрические, конические, спирально-конические передачи σн≤2500 МПа и t ≤ 150^0С	GL-3
ТМ-4	+противоизносные присадки высокой эффективности. Цилиндрические, спирально-конические, гипоидные передачи σн≤3000 МПа и t ≤ 150^0С	GL-4
ТМ-5	+противозадирные присадки высокой эффективности. Цилиндрические, спирально-конические, гипоидные передачи σн≥3000 МПа и t ≤ 150^0С	GL-5

Условия работы трансмиссионных и моторных масел существенно отличаются друг от друга. Температурный режим, частота вращения шестерен (скорость относи­тельного скольжения трущихся поверхностей зубьев), удельное давление в зоне их контакта — основные факторы, предопределяющие условия работы масла в зубчатой передаче. Весьма существенны здесь и влияние металла, использованного для изготовления деталей трансмиссии, и их конструктивные особен­ности.

Температура масла в агрегатах трансмиссии колеб­лется в широких пределах, а это влияет и на интенсив­ность истирания зубьев шестерен. Так, при понижении температуры масла с +20 до — 20°С она возрастает не менее, чем вдвое, а до — 30°С — вчетверо. С повы­шением температуры интенсивность изнашивания за­медляется, и постепенно этот процесс при температуре масла 70—80°С и воздуха 30—40°С стабилизируется

При оценке температурного режима работы масла и зубчатых передачах различают минимальную, макси­мальную и среднеэксплуатационную температуры. Ми­нимальная температура характерна для момента нача­ла работы передачи после длительного перерыва. Она равна наиболее низкой температуре окружающего воздуха. Максимальная температура устанавливается при экстремальных для данной передачи условиях ра­боты. За среднеэксплуатационную принимают наиболее вероятную во время эксплуатации передачи температу­ру. Два последних критерия зависят от ряда факторов, среди которых температура воздуха, эксплуатационные условия, вязкость масла, его уровень в картере пере­дачи.

Такие характеристики, как скорость скольжения (от 1,5 до 25 м/с) и удельные нагрузки на поверхности зубьев (от 0,5 до 4 ГПа в полюсе зацепления), во мно­гом определяют возможность применения масла в пе­редаче того или иного типа. Так, например, вследствие резкого увеличения вязкости масла при указанных на­грузках условия смазки в зоне контакта ухудшаются.

По уровню напряженности работы зубчатых пере­дач трансмиссионные масла можно разделить на сле­дующие группы:

универсальные, обеспечивающие работу всех типов зубчатых передач и других трущихся деталей агрега­тов трансмиссий;

общего назначения для цилиндрических, конических и червячных передач автомобилей;

для гипоидных передач грузовых и легковых автомо­билей; сочетание высокой скорости относительного скольжения профилей зубьев с высокими давлениями обусловливает крайне неблагоприятные условия трения, поэтому необходимы масла с высокоэффективными противозадирными присадками;

Общее требование для всех масел — надежное раз­деление контактирующих зубьев шестерен, защита по­верхностей от износа, снижение потерь на трение.

В зависимости от климатических условий в перечис­ленные группы могут входить летние, зимние, всесезонные, северные и арктические масла, различающиеся вязкостно-температурными свойствами.

Основные эксплуатационные свойства:

• Смазывающая способность

Для обеспечения возможно меньшего износа высоконагруженных зубчатых передач трансмиссионные масла должны обладать хорошими смазывающими свой­ствами. Смазывающая способность (маслянистость) трансмиссионных масел зависит от их состава, опреде­ляемого методом получения: путем смешения маловяз­ких масел с остаточными маслами или с экстрактом (смолкой), получаемым после селективной очистки, в которых сохраняются естественные поверхностно-ак­тивные вещества, находящиеся в исходном сырье. По­вышению смазочных свойств трансмиссионных масел, кроме того, способствует добавление антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок.

Роль антифрикционных присадок — снижение или стабилизация коэффициента трения соприкасающихся поверхностей. Для этого используют вещества, обла­дающие поверхностной активностью: животные или растительные жиры, жирные кислоты и их эфиры, наф­теновые кислоты, мыла жирных кислот и др.

Противоизносные присадки применяют для предотвращения интенсивного износа трущихся поверх­ностей при нормальных режимах трения, когда еще сох­раняется масляная пленка. Противозадирные при­садки (они и снижают интенсивность износа, и предот­вращают заедание трущихся поверхностей, образуя на них тонкие пленки, изолирующие детали и предотвра­щающие сваривание и заедание зубьев шестерен) — при сверхвысоких нагрузках, когда граничная масля­ная пленка разрушается из-за чрезмерного выделения тепла в зоне трения. Таков же и механизм действия противоизносных присадок.

Смазочные свойства масел в качестве присадок улучшают органические вещества (серо-, фосфор-, гало­ид- и азотсодержащие соединения); металлоорганические соединения свинца, цинка, алюминия, молибдена, вольфрама и др.; сложные соединения (в их молекуле содержится одновременно несколько активных элемен­тов, например, сера, хлор, фосфор), эффективность действия которых зависит от их активности (характе­ра) и концентрации в масле.

Смазывающую способность, противозадирные и про­тивоизносные свойства оценивают экспериментальным путем на машинах трения.

• Противокоррозионные свойства

Ряд деталей агрегатов трансмиссии автомобилей изготавливают из цветных металлов, металлокерамики на медной основе, сплавов, содержащих олово, и др. В результате их химического взаимодействия с кислы­ми продуктами (образуются в процессе окисления мас­ла) возникают коррозионные процессы. Коррозию мед­ных деталей могут вызвать также входящие в состав трансмиссионных масел противозадирные и противоизносные присадки, отличающиеся высокой химической стабильностью. Повышенные рабочие температуры ма­сел усиливают этот процесс. Необходимо учитывать, что значительное поражение коррозией ответствен­ных деталей из медных сплавов может быть причиной серьезных нарушений работы агрегатов трансмис­сии.

Чтобы предупредить или уменьшить коррозионные процессы, в масло вводят противокоррозионные присад­ки. Поскольку антиокислительные и моющие присадки тормозят процессы окисления (снижается концентра­ция в масле агрессивных продуктов) или нейтрализу­ют уже образовавшиеся кислые вещества,, их можно рас­сматривать и как противокоррозионные. Механизм дей­ствия непосредственно противокоррозионных присадок основывается на их способности создавать на поверхно­сти металла защитные пленки, которые исключают пря­мой контакт с ними агрессивных продуктов и одновре­менно пассивируют металл. Это исключает их роль как катализаторов окисления масла и накопления в нем агрессивных продуктов.

• Вязкостно-температурные свойства

К важнейшим эксплуатационным характеристикам масел, определяющим возможность их применения на автомобилях, относят величину вязкости масел и зави­симость от температуры. Установлено, что вязкостно-температурные свойства трансмиссионных масел влияют на способность бесперебойно смазывать трущиеся по­верхности; возможность начала движения автомобилей при низких температурах внешней среды, когда масло приняло ее температуру; мощностные показатели агре­гатов трансмиссии. Например, при изменении вязкости с 5 мм²/с при 100°С до 30 мм²/с в условиях городского движения К.ПД трансмиссии падает почти на 2%. Вы­явлены также потери мощности в трансмиссии, свя­занные, в частности, с изменением температуры, что показано на рис. 8.1 для разных автомобилей при ис­пользовании различных трансмиссионных масел. Ха­рактерно, что сила сопротивления вращению трансмис­сии резко возрастает по мере снижения температуры масла.

Нижний допустимый уровень вязкости масла vmin>=5 >5 мм²/с при достаточно надежном уплотнении кар­теров редукторов.

Максимально допустимая рабочая вязкость при экс­плуатационной температуре нюмакс.раб.=2 Па-с. При та­ком уровне вязкости потери энергии на внутреннее трение не должны заметно снижать к. п. д. трансмис­сии, величина которого определяется в данном случае в основном потерями энергии на внешнее трение. В то же время при установившемся рабочем режиме вязкость должна быть достаточной для предотвра­щения износа при больших контактных нагруз­ках.

Предельно допустимая вязкость ν_mах определяется величиной вязкости при минимальной рабочей темпе­ратуре, допускающей свободное трогание автомобилей с места (без ущерба для зубчатых зацеплений и подшипников) без подогрева масла в агрегатах.

С целью снижения динамической вязкости масел при низких температурах окружающего воздуха, когда в наличии нет зимних, северных или арктических сортов, практикуют добавление к маслам зимнего или арктиче­ского дизельного топлива. По зарубежным данным, разбавление трансмиссионных масел на 20—30% позво­ляет обеспечить их работоспособность даже при темпе­ратурах окружающего воздуха до —55 -г- —77°С.

Исследованиями наших ученых установлено, что даже при 20%-ном разбавлении трансмиссионных ма­сел дизельным топливом их эксплуатационные свойст­ва (и в том числе смазывающие) практически не ухуд­шаются. Объясняется это избытком противоизносных, противозадирных и других присадок, содержащихся в маслах.

В настоящее время в заводских инструкциях и руко­водствах по эксплуатации ряда отечественных автомо­билей содержатся рекомендации о разбавлении транс­миссионных масел дизельным топливом (табл. 8.1).

• Термоокислительная стабильность

Окисление масла, интенсивно разогревающегося в процессе работы в агрегатах трансмиссии, вызывает из­менение его физико-химических и эксплуатационных свойств. На этот процесс активное каталитическое дей­ствие оказывают такие металлы, как медь, свинец, их сплавы, железо. Характерно, что после обволакивания металлических деталей агрегатов трансмиссии продук­тами окисления, роль металла как катализатора сводит­ся к нулю. Температура является самым эффективным фактором, ускоряющим окисление масла и протекание этого процесса. Так, при ее увеличении со 140° до 160°С содержание нерастворимого осадка в масле воз­растает с 0,05 до 0,19%, вязкость (по сравнению с ее величиной при 100°С) — с 3 до 5%, а показатель кор­розии медной пластинки — с 53 до 480 г/м². Свойства присадок, содержащихся в основе масла, также влияют на его окисляемость.

Оценивают термоокислительную стабильность транс­миссионных масел на приборе типа ДК-2-НАМИ. При­меняют также специальный прибор — малогабаритный шестеренный редуктор, имитирующий условия работы масел.

• Защитные свойства

Установлено, что концентрация воды в трансмиссионных маслах во время эксплуатации автомобилей может достигать 8%. Причин обводнения масла несколь­ко: во внутренние полости через зазоры в уплотнениях и сапуны поступает воздух, содержащий пары воды; не­плотности в системах охлаждения редукторов — еще один путь проникновения воды в масло, которая нередко содержит неорганические соли и коррозионно-агрессивные компоненты (их образование возможно и в про­цессе старения масла). Поскольку вода выполняет функ­ции электролита, проводящего ток, возникновение элек­трохимической коррозии практически неизбежно. В про­цессе эксплуатации и хранения агрегатов трансмиссии с ней борются, вводя в смазочные масла защитные при­садки, или, как их называют, — ингибиторы коррозии. Они вытесняют влагу и другие электролиты с поверх­ности металла и создают на ней прочную адсорбцион­ную пленку. Таким путем исклю­чается контакт металла с агрессивной средой. Отличие защитных присадок от противокоррозионных состоит в их устойчивости к действию не только органических кислот, но и воды.