Трансмиссионные масла
Назначение и основные требования к трансмиссионным маслам.
Трансмиссионные масла предназначены для смазки механических, гидромеханических и объемных трансмиссий. Агрегаты трансмиссий могут иметь в одном корпусе все виды передач и механизмов – зубчатые, фрикционные, гидравлические. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать и смазывающими свойствами материала механических передач, и свойствами среды, обеспечивающей сцепление в фрикционных передачах, и свойствами рабочего тела, передающего мощность в гидравлических передачах и регулирующих устройствах.
Механические передачи, смазываемые трансмиссионными маслами – это коробки передач, раздаточные коробки, ведущие мосты автомобилей, трансмиссии тракторов и т.д. (цилиндрические прямозубые и косозубые шестерни, конические зубчатые передачи, гипоидные, спирально-конические зубчатые передачи). По условиям эксплуатации эти масла существенно отличаются от моторных, поскольку они не соприкасаются с горячими поверхностями камеры сгорания и не имеют контакта с продуктами сгорания топлива. Тем не менее условия их эксплуатации весьма жестки, поскольку на их работоспособность оказывает влияние ряд факторов:
- одновременное воздействие высоких удельных нагрузок (в цилиндрических, конических и червячных передачах составляет 0,5-1,5 ГПа) и значительных скоростей сдвига сопряженных поверхностей (скорость скольжения на входе в зацепление – от 1,5-3 до 9-12 м/с, в червячных редукторах – 20-25 м/с);
- высокие рабочие (установившиеся) температуры: 150° С и выше (до 165-170° С в повышающих редукторах тяжелых гусеничных машин); минимальные температуры масла в агрегатах трансмиссий автомобилей и промышленных редукторов, работающих на открытом воздухе, зависят от климатической зоны;
- выполнение своих функций частично в режиме граничной или смешанной смазки;
- влияние накопления в маслах продуктов износа, влаги, дорожной пыли и т.д.
Основные виды повреждения рабочих поверхностей в механических передачах – заедание, износ и питтинг. Поэтому трансмиссионным и редукторным маслам придают ряд свойств, позволяющих им надежно и эффективно выполнять свои функции. К этим свойствам относятся:
- высокая смазочная способность, которая обеспечивается как оптимальными вязкостно-температурными свойствами основы масла (необходимая вязкость при рабочей температуре для обеспечения режима жидкостной смазки и высокий индекс вязкости, обеспечивающий нормальный режим смазывания при холодном пуске и приемлемый режим смазки при максимально возможных рабочих температурах), так и эффективными противозадирными, противоизносными и антифрикционными свойствами, обеспечиваемыми соответствующим подбором присадок;
- подавление вибраций и смягчение ударных нагрузок;
- высокая термическая стойкость и стойкость к окислению, хорошие антикоррозионные и защитные свойства;
- совместимость с эластомерами.
В гидромеханических передачах масла кроме общих требований (снижение износа, обеспечение теплоотвода от зоны трения и т.д.), должны, с одной стороны, обеспечивать снижение трения в зубчатых передачах, а с другой – заданные значения коэффициента трения в фрикционных механизмах (например, в дисках сцепления) во всем интервале рабочих скоростей. Масла для гидромеханических трансмиссий, кроме того, должны быть маловязкими, чтобы уменьшить энергетические потери на внутреннее трение при высоких скоростях потоков масла, но их вязкость должна быть достаточна для обеспечения смазывания зубчатых передач и подшипников.
При производстве отечественных трансмиссионных масел, как правило, используют нефтяные основы различной степени очистки и вязкости. Повышение вязкости приводит к увеличению уровня противозадирных и противоизносных свойств масел, так что снижение вязкости масел в процессе эксплуатации (в основном из-за деструкции загущающих присадок) повышает склонность передач к задиру и износу контактирующих элементов трущихся сопряжений. Кроме того, повышение вязкости масла позволяет повысить стойкость сопряжения против питтинга.
Вместе с тем увеличение вязкости приводит к потере энергии на преодоление внутреннего трения. Хорошие низкотемпературные свойства масел при сравнительно низкой его вязкости при рабочих температурах обеспечивают заметную экономию топлива, особенно в период пуска и разогрева смазываемых агрегатов. Нижний уровень вязкости трансмиссионных масел ограничен надежностью уплотнений картеров трансмиссии.
В трансмиссионные масла для обеспечения требуемого уровня их служебных свойств, кроме противоизносных и противозадирных присадок (до 5-7%), добавляют также присадки антиокислительные, депрессорные, антипенные и т.д. (всего 8-12%). В последние годы в трансмиссионные масла вводят также высокотемпературные антифрикционные присадки (модификаторы трения) в виде маслорастворимых соединений молибдена или в виде суспензий графита или дисульфида молибдена. Эти продукты обеспечивают снижение коэффициента трения в сопряжении в режиме граничной или смешанной смазки, что, с одной стороны, уменьшает энергетические потери и, следовательно, обеспечивает экономию топлива, а с другой стороны, повышает нагрузочную способность трансмиссий. Суспензии графита, дисульфида молибдена и некоторых других продуктов одновременно улучшают также противозадирные и противопиттинговые свойства масел.
В масла для гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий добавляют также моющие присадки.
Классификация трансмиссионных масел.
Масла для механических трансмиссий, как и моторные, классифицируют по вязкости и эксплуатационным свойствам. Благодаря имеющимся классификациям существенно упрощается правильное назначение масел для каждого конкретного случая.
По уровню эксплуатационных свойств трансмиссионные масла согласно ГОСТ 17479.2-2015 разбиты на пять групп в зависимости от типа смазываемой передачи, контактных напряжений, рабочей температуры масла (табл. 1). Противозадирные и противоизносные свойства трансмиссионных масел, по уровню которых производится разбивка масел на группы, оцениваются по результатам измерения предельной нагрузочной способности (нагрузки сваривания Pc) и показателя износа Ди на четырехшариковой машине по ГОСТ 9490 (табл. 2).
| Группа трансмиссионного масла по области применения | Состав трансмиссионного масла | Рекомендуемая область применения |
|---|---|---|
| 1 | Трансмиссионные масла без присадок. | Цилиндрические конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях от 900 до 1600 МПа и температуре масла в объеме не выше 90° С |
| 2 | Трансмиссионные масла с противоизносными присадками. | Цилиндрические конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме 130° С. |
| 3 | Трансмиссионные масла с противозадирными присадками умеренной эффективности. | Цилиндрические, конические, спирально-конические передачи, работающие при контактных напряжениях до 2500 МПа и температуре масла в объеме не выше 150° С. |
| 4 | Трансмиссионные масла с противозадирными присадками высокой эффективности. | Цилиндрические, спиральноконические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях до 3000 МПа и температуре масла в объеме не выше 150° С. |
| 5 | Трансмиссионные масла с противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальные масла. | Гипоидные передачи, работающие с ударными нагрузками при контактных напряжениях выше 3000 МПа и температуре масла в объеме не выше 150° С |
| Примечание: Допускается при обозначении масла по настоящему стандарту в скобках указывать примерную группу трансмиссионного масла в соответствии с классификацией API. | ||
Масла групп ТМ-1 и ТМ-2 имеют ограниченное применение из-за низкого уровня смазочных свойств. Масла группы ТМ-5 предназначены для работы в самых тяжелых условиях, и их состав зависит от конструкции трансмиссии и условий работы.
| Определяемое свойство | Группа масла | Метод испытания | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Предельная нагрузочная способность по нагрузке сваривания Рс, Н, не менее | – | – | 2930 | 3283 | 3685 | По ГОСТ 9490 |
| Противоизносное свойство по показателю износа Ди при осевой нагрузке 392 Н при (20±5) °С в течение 1 ч, мм, не более | – | 0,55 | – | – | – | По ГОСТ 9490 |
Широко распространена классификация трансмиссионных масел API (табл. 3), которая предусматривает разбивку их на шесть групп по уровню эксплуатационных свойств. В табл. 4 приведено примерное соответствие между группами эксплуатационных свойств по ГОСТ 17479.2-2015 и API.
| Группа | Статус | Описание |
|---|---|---|
| GL-1 | Не действующая | Масла предназначенные для работающих в достаточно легких условиях механических коробок передач, в них с успехом можно использовать масла прямой переработки нефти. Для улучшения характеристик этих смазочных материалов могут добавляться ингибиторы коррозии, антиокислительные, противопенные и депрессорные присадки. Модификаторы трения и противозадирные присадки добавляться не должны. Масла данной группы в основном имеют неудовлетворительные свойства для использования в механических коробках передач большинства легковых автомобилей. Однако, эти масла могут быть использованы в механических коробках передач некоторых грузовиков и тракторов. Масла соответствующие группе API MT-1 имеют улучшенные свойства по сравнению с маслами группы API GL-1, в следствии этого крупные производители механических коробок передач транспортных средств отдают предпочтение маслам группы MT-1 |
| GL-2 | Не действующая | Масла предназначенные для червячных передач транспортных средств, которые работают в условиях нагрузок, температур и скоростей скольжения, при которых характеристики масел группы API GL-1 неудовлетворительны. Масла данной группы содержат противоизносные и присадки повышающие прочность масляной пленки, специально разработанные для защиты червячных передач. |
GL-3 |
Не действующая | Масла предназначенные для механических коробок передач, работающих в средних и жестких условиях и для конических передач со спиральными зубьями, работающих в легких и средних условиях. Несущая способность масел этой группы превышает требования API GL-1, но ниже, чем у смазочных материалов соответствующих группе API GL-4. Масла группы GL-3 не предназначены для использования в ведущих мостах с гипоидными передачами. |
| GL-4 | Действующая | Масла предназначенные для ведущих мостов с коническими передачами со спиральными зубьями, работающие в условиях скоростей и нагрузок от средних до жестких, или с гипоидными передачами с малым смещением осей, работающих в средних условиях скоростей и нагрузок. Ведущие мосты имеющие дифференциал с ограниченным проскальзыванием имеют дополнительные требования по трению, которые обычно определяются производителями ведущих мостов. Масла данной группы можно использовать в некоторых механических коробках передач и моноблочных трансмиссиях, которым не подходят масла группы API MT-1. |
| GL-5 | Действующая | Масла предназначенные для зубчатых передач, в особенности гипоидных, ведущих мостов работающих в различных комбинациях условий – высокая скорость / ударная нагрузка и низкая скорость / высокий крутящий момент. Технические условия для API GL-5 определены в последней версии ASTM D7450. Требования к трению для ведущих мостов имеющих дифференциал с ограниченным проскальзыванием обычно определяются производителями ведущих мостов. |
| GL-6 | Не действующая | Масла, предназначенные для гипоидных передач со увеличенным смещением. Таким конструкциям обычно требуется большая защита от задира поверхности зубьев шестерён, чем обеспечивается маслами группы API GL-5. Переход к передачам с меньшим смещением и устаревание оригинального API GL-6 оборудования для испытаний, значительно сократило коммерческое использование масел данной группы. |
| MT-1 | Действующая | Масла предназначенные для несинхронизированных механических трансмиссий, используемых в автобусах и грузовых автомобилях большой грузоподъемности. Масла, соответствующие требованиям API MT-1, имеют высокую термическую стабильность, обеспечивают защиту деталей от износа и предотвращают повреждение сальников, что не обеспечивается маслами групп API GL-4 или 5. API MT-1 не направлена на соответствие требованиям синхронных передач и моноблочных трансмиссий легковых автомобилей и тяжелой техники. Масло данной группы не должно смешиваться с моторным маслом в одних узлах привода. Технические условия для API MT-1 определены в последней версии ASTM D5760. |
| Группа трансмиссионного масла по ГОСТ 17479.2-2015 | Группа трансмиссионного масла по API |
|---|---|
| ТМ-1 | GL-1 |
| ТМ-2 | GL-2 |
| ТМ-3 | GL-3 |
| ТМ-4 | GL-4 |
| ТМ-5 | GL-5 |
Согласно отечественной классификации (ГОСТ 17479.2-2015) в зависимости от значения кинематической вязкости, измеренной при температуре 100° С и температуры, при которой динамическая вязкость не превышает 15000 мПа·с, трансмиссионные масла подразделяют на классы, указанные в табл. 5. В зависимости от сезона эксплуатации трансмиссионные масла подразделяют на зимние (обозначаются числовым значением с буквой «з»), летние (обозначаются только численным значением) и всесезонные (обозначаются дробью – цифра в числителе указывает на низкотемпературные свойства масла, а цифра в знаменателе – на высокотемпературные свойства масла).
| Класс трансмиссионного масла | Кинематическая вязкость* при 100 °С, мм2/с (сСт) | Температура, при которой динамическая вязкость** не превышает 150000 мПа·с, °С, не выше |
|---|---|---|
| 5з | Св. 4,1 | -55 |
| 9з | Св. 7,0 | -40 |
| 12з | Св. 11,0 | -26 |
| 18з | Св. 13,5 | -12 |
| 9 | Св. 7,0 до 11,0 включ. | — |
| 12 | Св. 11,0 до 13,5 включ. | — |
| 18 | Св. 13,5 до 24,0 включ. | — |
| 34 | Св. 24,0 до 41,0 включ. | — |
|
* Определяют по ГОСТ 33. ** Определяют по ГОСТ 1929. Примечание: Допускается в обозначении в скобках указывать класс трансмиссионного масла в соответствии с классификацией SAE J306. |
||
Зарубежные фирмы (а также современные отечественные производители) по вязкости трансмиссионные масла в основном нормируют по классификации SAE (см. табл. 6). Эта классификация делит трансмиссионные масла по вязкости на семь классов. Первые четыре из них – зимние, остальные – летние; для всесезонных масел предусмотрена дробная нумерация.
| Класс вязкости по SAE J306 | Температура для вязкости 150000 сП,1) и 2) °С, не выше | Кинематическая вязкость при 100 °С2). мм2/с (сСт)3), не ниже4) | Кинематическая вязкость при 100 °С2), мм2/с (сСт)3), не выше |
|---|---|---|---|
| 70W | -555) | 4,1 | — |
| 75W | -40 | 4,1 | — |
| 80W | -26 | 7,0 | — |
| 85W | -12 | 11,0 | — |
| 80 | — | 7,0 | 11,0 |
| 85 | — | 11,0 | 13,5 |
| 90 | — | 13,5 | 18,5 |
| 110 | — | 18,5 | 24,0 |
| 140 | — | 24,0 | 32,5 |
| 190 | — | 32,5 | 41,0 |
| 250 | — | 41,0 | — |
| 1) Определяют по стандарту ASTM D 2983-09 Standard Test Method for Low-Temperature Viscosity of Lubricants Measured by Brookfield Viscometer (Стандартный метод измерений низкотемпературной вязкости смазок вискозиметром Брукфилда) 2) Дополнительные низкотемпературные требования по вязкости могут быть введены для жидкостей, предназначенных для использования в малонагруженных синхронизированных механических трансмиссиях. 3) Определяют по стандарту ASTM D 445-15a Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and Calculation of Dynamic Viscosity) [Стандартный метод определения кинематической вязкости прозрачных и непрозрачных жидкостей (и расчет динамической вязкости)] 4) Предел устанавливают после испытаний по СЕС L-45-T-93, метод С (20 ч). 5) Следует учитывать, что для испытаний по стандарту ASTM D 2983-09, проведенных при температурах ниже -40° С, прецизионность не установлена. |
|||
Примеры обозначения трансмиссионных масел в соответствии с классификацией SAE J306:2005
SAE 75W – обозначение трансмиссионного масла для эксплуатации в зимнее время.
SAE 80 – обозначение трансмиссионного масла для эксплуатации в летнее время.
SAE 75W-90 – обозначение трансмиссионного масла для всесезонной эксплуатации, в котором первая цифра класса вязкости (75W) обозначает низкотемпературные свойства масла (т.е. динамическая вязкость масла не превышает 150000 мПа•с при температуре -40° С), а вторая (90) – высокотемпературные свойства масла (т.е. кинематическая вязкость масла при температуре 100° С находится в пределах от 13,5 до 18,5 мм2/с).
Приблизительное соответствие между отечественной классификацией и классификацией по SAE приведено в табл. 7.
| Класс вязкости трансмиссионного масла по ГОСТ 17479.2-2015 | Класс вязкости трансмиссионного масла по SAE J306:2005 |
|---|---|
| 5з | 70W |
| 9з | 75W |
| 12з | 80W |
| 18з | 85W |
| 9 | 80 |
| 12 | 85 |
| 18 | 90-110 |
| 34 | 140-190 |
Обозначения трансмиссионных масел ГОСТ 17479.2-2015
Обозначение трансмиссионных масел состоит из групп знаков:
- первая группа знаков – буквы «ТМ» (трансмиссионное масло), она не зависит от состава и свойств масла;
- вторая группа знаков – цифры, характеризующие принадлежность масла к группе в зависимости от области его применения;
- третья группа знаков – цифры, характеризующие класс трансмиссионного масла в соответствии с величиной вязкости, которую определяют при высокой температуре по ГОСТ 33 и при низкой температуре по ГОСТ 1929.
Так, обозначение
TM-3-18 (типа GL-3 по API, SAE 90), где
ТМ – трансмиссионное масло;
3 – группа масла по эксплуатационным свойствам;
18 – класс вязкости летнего трансмиссионного масла, которому при температуре 100° С соответствует кинематическая вязкость в пределах от 13,5 до 24 мм2/с В скобках указана примерная принадлежность трансмиссионного масла к группе по API и классу SAE.
ТМ-5-9з/18 (типа GL-5 по API, SAE 75W-90), где
ТМ – трансмиссионное масло;
5 – группа масла по эксплуатационным свойствам;
9з/18 – класс вязкости всесезонного трансмиссионного масла, в обозначении которого первая цифра обозначает низкотемпературные свойства масла (т.е. масло гарантированно работоспособно до температуры -40° С, так как динамическая вязкость масла при этой температуре не превышает 150000 мПа·с,), а вторая – высокотемпературные свойства масла (т.е. кинематическая вязкость масла при температуре 100° С находится в пределах от 13,5 до 24 мм2/с). В скобках указана примерная принадлежность трансмиссионного масла к группе по API и классу SAE.
Масла для гидромеханической и гидрообъемной передач
Эти масла выполняют роль рабочего тела для бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя крутящего момента и частоты вращения, а также выполняют общие функциональные задачи масел: смазывание узлов трения, отвод тепла от зоны трения, защита от коррозии и т.д. Эти масла получают на основе маловязкого минерального масла, загущенного полиизобутиленом с добавлением комплекса присадок (противоизносной, антиокислительной и т.д.). В настоящее время в ассортимент выпускаемых масел для гидромеханических передач входят масла марок А, Р и МГТ:
Первое применяется для гидромеханических (автоматических) коробок передач, некоторых типов гидравлических систем всесезонно при температуре окружающего воздуха до -35° С.
Второе применяется в системе гидроусиления руля, гидрообъемных передачах автомобилей и других специальных и транспортных машин, эксплуатируемых при температуре окружающего воздуха до -45° С.
Третье представляет собой высокоочищенное минеральное масло с комплексом высокоэффективных функциональных присадок, обеспечивающих высокий индекс вязкости. Применяется в гидромеханических коробках передач, гидромоторов и некоторых типов гидравлических систем при температуре окружающего воздуха до -50° С и контактных напряжениях до 2500 МПа.
Литература
- Доценко А.И., Буяновский И.А. / Основы триботехники. Учебник. - М.: Инфра-М, 2014.
- Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л. Химмотология. – М.: Химия, 1986. – 368 с.
- ГОСТ 17479.2-2015 Масла трансмиссионные. Классификация и обозначение.
- ГОСТ 23652-79. Масла трансмиссионные. Технические условия.
- http://www.api.org/~/media/Files/Certification/Engine-Oil-Diesel/Publications/1560-Eighth-Edition-April-2013.pdf
Дата размещения материала 18.02.2017