Общая характеристика трансмиссионных масел

Трансмиссионные масла применяются для смазки таких высоконагруженных узлов автомобиля, как коробка передач и ведущий мост, раздаточная коробка, рулевое управление, с целью уменьшения потерь на трение, отвода тепла от зоны контакта, предохранения деталей трансмиссии от коррозии.

Для обеспечения надежной и длительной работы агрегатов трансмиссий смазочные масла должны:

- обладать противозадирными, противоизносными, противопиттинговыми, вязкостно-температурными, антипенными свойствами;

- иметь высокую антиокислительную стабильность;

- не оказывать коррозийного воздействия на детали трансмиссии;

- иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой;

- обладать достаточной совместимостью с резиновыми уплотнителями;

- иметь хорошую физическую стабильность в условиях длительного хранения.

Доля трансмиссионных масел в общем объеме смазочных материалов, потребляемых автомобилем за весь срок эксплуатации, всего лишь 0,3–0,5 %, потому что масло необходимо заменять через 60–150 тыс. км пробега (при нерегулярной эксплуатации замена через 3–7 лет независимо от пробега).

Несмотря на то, что трансмиссионные масла используются в более легких условиях, чем моторные, они испытывают высокие нагрузки. Давление в зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач может составлять от 0,5 до 2 ГПа, а гипоидных – до 4 ГПа. Скорость скольжения зубьев относительно друг друга на входе в зацепление изменяется в диапазоне 1,5–25 м/с в зависимости от вида передачи. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссий изменяется от температуры окружающего воздуха до 200 °С, а в точках контакта зубьев – до 300 °С. В результате этого могут происходить усиленный износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен) и др.

В основном трансмиссионные масла имеют минеральную (нефтяную) основу. Однако в последнее время появляется все большее количество масел на синтетической и полусинтетической основах. Для придания маслам функциональных и специфических свойств в их основу вводят присадки: противозадирные, защищающие, антикоррозионные и др.

Вязкостно-температурные свойства оказывают большое влияние на КПД агрегатов трансмиссии. Например, при изменении вязкости масла с 5 мм²/с при температуре 100 °С до 30 мм²/с в условиях городского режима движения автомобиля КПД трансмиссии снижается почти на 2 %, кроме того, по мере снижения температуры масла резко возрастает сила сопротивления вращению деталей трансмиссии. Поэтому с точки зрения снижения трения при трогании автомобиля с места желательно иметь минимальную вязкость. Минимально допустимая вязкость трансмиссионных масел должна обеспечить работу агрегатов трансмиссии без утечек и повышения трения и равна 5 мм²/с. В то же время при работе агрегатов трансмиссии вязкость должна быть достаточной для предотвращения износа при больших контактных нагрузках, что обеспечивает возможность трогания автомобиля без разогрева масла в агрегатах. При самой низкой рабочей температуре максимально допустимая вязкость составляет 300–600 Па•с. Для улучшения вязкостно-температурных свойств к базовым маслам добавляют вязкостные присадки, в качестве которых используют полиизобутилен или полиметакрилат.

Применение масел с оптимальными температурными значениями вязкости снижает гидравлические потери, повышает КПД трансмиссии автомобилей, что обеспечивает меньший расход топлива. В случаях, когда вязкость несколько больше, возможны повреждения деталей сцепления, коробки передач при трогании автомобиля, а при значительном превышении неизбежны поломки деталей и агрегатов.

Иногда при особой необходимости в северных условиях, а иногда и в отдельных случаях зимой, для снижения вязкости трансмиссионных масел их разбавляют дизельным топливом. Благодаря наличию в трансмиссионном масле большого количества противоизносных, противозадирных и других присадок при добавлении в него 20 % дизельного топлива эксплуатационные свойства масла (в том числе и смазывающие) практически не ухудшаются.

Смазочные свойства трансмиссионных масел должны обеспечить долговечную и надежную работу агрегатов трансмиссии при больших нагрузках и скоростях перемещения трущихся поверхностей. Поверхности трения в агрегатах трансмиссии, кроме естественного процесса изнашивания, могут быть повреждены вследствие заклинивания, процесса контактной усталости (питтинга), коррозионно-химического воздействия и т. п. Смазочные свойства трансмиссионных масел зависят как от компонентного состава масел, так и от количества и эффективности добавляемых к маслу антифрикционных, противозадирных и противоизносных присадок.

В качестве присадок добавляют различные органические соединения, содержащие серу, фосфор, азотосодержащие соединения; металлоорганические соединения, содержащие свинец, цинк, алюминий, молибден, вольфрам; сложные соединения, содержащие одновременно несколько активных элементов, например, серу, хлор, фосфор.

Механизм действия присадок заключается в том, что продукты их разложения вступают в реакцию с металлическими поверхностями. В результате реакций образуются пленки, которые покрывают микротрещины на поверхностях трения и предотвращают их дальнейшее образование.

Для оценки смазочных свойств трансмиссионных масел определяют: критическую нагрузку, нагрузку сваривания, показатель износа и индекс задира.

В процессе эксплуатации трансмиссионное масло обводняется за счет конденсации паров воды и попадания ее через неплотные соединения в уплотнениях. С увеличением концентрации воды в трансмиссионном масле ухудшается ряд его свойств, в том числе и противопиттинговые.

Кроме того, вместе с водой могут попадать коррозионно-агрессивные компоненты, в результате возникает электрохимическая коррозия.

Для снижения вредного действия воды, а также защиты поверхностей трения в трансмиссионные масла вводят наряду с противокоррозионными присадками ингибиторы коррозии.

Способность масла исключать (или предотвращать) контакт металла с агрессивной средой принято называть защитными свойствами.

В состав трансмиссионных масел входят также антиокислительные, моющие, противокоррозионные, антипенные и другие присадки, механизм действия которых аналогичен механизму их действия в моторных маслах.

Международная классификация по вязкости SAE делит масла на семь классов: четыре зимних и три летних (таблица 1.17). Если масло всесезонное, применяется двойная маркировка, например SAE 80W-90.

Таблица 1.17 – Классификация в соответствии с SAE

Классификация API по эксплуатационным свойствам предусматривает деление масел на шесть групп в зависимости от области применения, которая определяется типом зубчатой передачи, удельными контактными нагрузками в зонах зацепления и рабочей температурой (таблица 1.18).

Обозначение трансмиссионных масел в соответствии с ГОСТ 17479.2-85 включает в себя буквы ТМ, цифры, характеризующие принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам, и цифры, обозначающие класс кинематической вязкости (при температуре 100 °С).

Характеристики классов вязкости трансмиссионных масел приведены в таблице 1.19. Соответствие отечественных и иностранных групп трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам показано в таблице 1.18.

Физико-химические и эксплуатационные свойства трансмиссионных масел отечественного производства приведены в таблице 1.20 [3, 12, 15, 16].

Таблица 1.18 – Классификация API трансмиссионных масел по уровню эксплуатационных свойств

Таблица 1.19 – Классы вязкости трансмиссионных масел

Таблица 1.20 – Характеристика трансмиссионных масел