Трансмиссионные масла

СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ

 

Трансмиссионные масла применяют в коробках передач, мостах, в раздаточных коробках, механизмах рулевого управления - везде, где вращающий момент передается либо зубчатыми парами (тогда масло выполняет только функции смазки), либо посредством самого масла, как, например, в гидромеханических передачах (в них является рабочим телом). Сразу оговоримся: есть очень много марок автомобилей, в коробки передач которых заливают то же масло, что и в двигатели. Как правило, зубчатые передачи и находящиеся внутри агрегатов подшипники смазываются погружением в масло и разбрызгиванием. Однако есть конструкции, где такой смазки недостаточно - тяжелонагруженные или особо сложные механизмы с труднодоступными для капель и масляного тумана сопряжениями требуют принудительного подвода масла. К ним смазку подают под давлением. 
    Для обеспечения работоспособности механизмов трансмиссионные масла должны выполнять следующие функции:

• предотвращать износ поверхностей трения за счет образования стойкой масляной пленки между ними;
• снижать потери на трение в зубчатых зацеплениях;
• отводить тепло от поверхностей трения;
• удалять продукты износа из зон трения;
• защищать детали от коррозии;
• снижать ударные нагрузки на шестерни, вибрации и шум, уплотняя зазоры между поверхностями трения;

    Доля трансмиссионных масел в общем объеме смазочных материалов, потребляемых автомобилем за весь срок эксплуатации, всего лишь 0,3-0,5%. Меняют их не часто: или через 45-50 тыс. км, или, если автомобиль эксплуатируется нерегулярно, через каждые 3-5 лет независимо от пробега. 
    Несмотря на то, что трансмиссионные масла работают в условиях, безусловно, более легких, чем моторные, они испытывают высокие нагрузки. Давление в зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач может составлять от 500 до 2000 МПа, а гипоидных - до 4000 МПа. Скорость скольжения зубьев друг относительно друга на входе в зацепление изменяется в диапазоне 1,5-12м/с в конических и цилиндрических передачах; 20-25 м/с - в червячных; в гипоидных она может превышать 15 м/с. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссий изменяется от температуры окружающего воздуха до 200°С, однако в точках контакта зубьев часто возникает кратковременный местный перегрев - до 300°С, а иногда и выше. В результате - износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен) и многое другое. 
    К трансмиссионным маслам предъявляют самые разнообразные эксплуатационные требования, подчас довольно противоречивые. Масла должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры, с другой - не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не препятствовало свободному вращению шестерен. 
    Способность масла соответствовать этим требованиям отражает индекс вязкости. Чем он выше, тем меньше изменяется вязкость масла в зависимости от изменения температуры. Кроме того, масла должны обладать высокими антикоррозионными, антиокислительными, противопенными и другими «противо» свойствами, а также иметь высокую термоокислительную стабильность (длительная стабильность характеристик в рабочих условиях и при хранении) и не быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям и цветным металлам. 
    К жидкостям, работающим в автоматических коробках передач, предъявляются гораздо более высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и антиокислительным свойствам, чем к применяемым в других агрегатах. Поскольку автоматические коробки включают в себя несколько совершенно разнородных узлов - гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления, - спектр функций жидкости весьма широк. Она и смазывает, и охлаждает, и передает вращающий момент. Динамические нагрузки в таких передачах меньше, чем в обычных коробках передач из-за отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией. Средняя рабочая температура масла в картере автоматической коробки составляет 80-95°С, в жаркую же погоду при городском цикле движения она Может подниматься до 150°С. 
    Конструкция автоматической коробки такова, что если с двигателя снимается мощность большая, чем нужно для преодоления дорожного сопротивления, ее избыток расходуется на внутреннее трение жидкости, оно еще больше нагревается. Высокие скорости движения потоков масла в гидротрансформаторе и температура вызывают интенсивную аэрацию, приводящую к вспениванию, что создает благоприятные условия, во-первых, для окисления самого масла, во-вторых, для коррозии металлов. Разнообразие материалов в парах трения автоматической коробки (сталь-сталь, сталь-металлокерамика, сталь-бронза) затрудняет подбор антифрикционных присадок к маслам. К тому же разнородные по материалам детали, работая во вспененном и постепенно насыщающемся кислородом и водой масле, образуют электрохимические пары, акти зирующие коррозионный износ. В таких условиях должно не только сохранять свои эксплуатационные свой ства и защищать поверхности трения, но и, как передаю щая вращающий момент среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. И вот тут требования к вязке пря мо противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о смазке. Для смазки шестерен нужна высо кая вязкость. Для нормальной работы гидротрансформа тора - низкая (4-9 сСт при 100°С). 
    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 основу вводят различные присадки: противозадирные, загущаюшие, противокоррозионные и др. 
    Некоторые специалисты по трансмиссионным маслам считают, что минеральные базовые масла во многом лучше синтетических, так как у них изначально выше смазывающие качества. Пьезовязкостные свойства, то есть способность образовывать прочную смазывающую пленку под высоким давлением, у них развиты больше, нежели у часто используемых в качестве синтетической основы поли-альфаолефинов (ПАО). Да и эффективность присадок в минеральной и синтетической основах неодинакова - в минеральной основе они растворяются лучше, и для достижения высоких антифрикционных качеств лучше подходят минеральные основы. 
    Другое дело, что добиться высоких интервалов между заменами масла можно только при использовании «синтетики». И конечно, полностью синтетические масла необходимо использовать там, где предполагаются высокие обороты и интенсивные нагрузки, - в высокофорсированных двигателях. 

 

КОМПОНЕНТЫ

 

Трансмиссионные масла представляют собой сложную коллоидную систе­му, включающую две группы компонентов: первая — основа масла, вторая — функциональные присадки для улучшения эксплуатационных свойств масел. 
    Основой трансмиссионных масел служат высококачественные дистиллят-ные или остаточные минеральные масла, подвергнутые специальной очистке, и депарафинизации, фракции нефти асфальтового основания, высокополимерные соединения и синтетические масла. Однако дистиллятные масла (легкие сорта индустриальных масел, трансформаторные) имеют слишком малую вязкость при высоких температурах, а остаточные масла (МС-20, МК-22, АК-15) — высокую вязкость при низких температурах. Поэтому для получения трансмиссионных масел с необходимыми вязкостно-температурными свойствами используются следующие методы:

• смешение высоковязких масел с маловязкими
• загущение маловязких масел высокополимерными загущающими присадками
• глубокая очистка масел для удаления из них компонентов с неудовлетворительными вязкостно-температурными свойствами

    Наиболее перспективным способом получения трансмиссионных масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами является загущение масел типа АСВ-5, МС-8, И-12А и др. высокополимерными присадками. В качестве загущающих присадок используют главным образом полиизо-бутилены, полиметакрилаты, виниполы и др. После добавления к данным маслам загущающих присадок может быть получено масло, рекомендуемое к применению при самых низких температурах. К числу перспективных относятся синтетические масла (с вязкостью SAE 75W-90 и уровнем качества GL-5 (ТМ-5)). С их помощью реально отдалить сроки капитального ремонта, сэкономить топливо и тем самым избежать лишних затрат, особенно в разветвленной трансмиссии полноприводных машин. Течи, возникающие, например, в редукторах российских автомобилей, при заправке их синтетическими маслами, связаны прежде всего с качеством изготовления самих уплотнителей. Синтетические трансмиссионные масла гораздо предпочтительнее для зимних условий, так как загустевают при значительно более низких температурах, чем минеральные масла. Синтетические масла характеризуются пологой вязкостно-температурной кривой. Для получения таких масел используют синтетические углеводородные масла, сложные эфиры двух основных карбоновых кислот, сложные эфиры многоатомных спиртов, полисилаксановые жидкости и др. Типичное синтетическое масло имеет вязкость 7,1 мм²/с при 100 °С, 22 Пас при -40 °С, температуру вспышки 230 °С, температуру застывания -57 °С. Лишь высокая стоимость синтетических масел сдерживает их применение (в три-четыре раза выше, чем минеральных масел). В целом нежелательно снижать уровень качества масла ниже допустимого: GL-5 для гипоидных передач; GL-4 для редукторов и коробок передач. По существу, синтетических масел может хватить на весь срок службы автомобиля (агрегата), если, конечно не будет утечки масла через сальники. В ряде случаев течь можно устранить присадками с эффектом «Стоп-Ойл». Коль речь зашла о присадках, то максимальный эффект в редукторах с гипоидными парами дают тефлоновые или молибденсодержащие добавки. Возможно также использование чистого измельченного порошка дисульфида молибдена. Названные материалы в какой-то мере снижают риск появления задиров на зубьях. Присадка выручит в критических ситуациях. В случае ремонта в пути, когда специального трансмиссионного масла нет, в коробку передач можно залить обычное моторное масло, смешав его с дисульфидом молибдена. 
    Присадки чаще всего вводятся в масла при их изготовлении. Применяют антифрикционные, противоизносные, противозадирные, антиокислительные, антикоррозионные, защитные, диспергирующие, противопенные, депрессорные и другие типы присадок. В табл. 1.20 представлены группы трансмиссионных масел, различающиеся между собой эксплуатационными свойствами и содержанием присадок. 

Таблица 1.20. Группы трансмииссионных масел, различающиеся наличием присадок и эксплуатационными свойствами 
 

Группа масла	Наличие присадок	Область применения, контактные напряжения, температура масла в объеме
ТМ-1	Без присадок	Прямозубые, конические, спирально-кони­ческие и червячные передачи при контакт­ных напряжениях до 600 мПа и температуре в объеме до 90 °С
ТМ-2	Противоизносные присадки	Прямозубые, спирально-конические и чер­вячные передачи до 1200 мПа и темпера­туре в объеме до 120 °С
ТМ-3	Противозадирные присадки умеренной эффективности	Те же передачи, но при контактных напря­жениях до 2000 мПа и объемной темпера­туре до 120 "С
ТМ-4	Противозадирные присадки высокой эффективности	Прямозубые спирально-конические пере­дачи, работающие при контактных напряже­ниях свыше 2000 мПа. Гипоидные пере­дачи, работающие при высокой скорости, низком крутящем моменте и низкой скорос­ти, высоком крутящем моменте и объемной температуре до 130 °С
ТМ-5	Противозадирные и противоизносные высокоэффективные присадки и многофункциональные композиции присадок	Гипоидные передачи, работающие при высо­кой скорости, ударных нагрузках, высокой скорости, высоком крутящем моменте и контактных напряжениях до 3000 мПа и объемной температуре выше 130 ° С

 

 

ПРИСАДКИ 

 

В большинстве случаев используются поверхностно-активные вещества. К ним относятся животные и растительные жиры, жирные кислоты и их эфиры, мыла жирных кислот и др. Эти вещества адсорбируются на поверхностях трения, препятствуя их непосредственному контакту.
    Хорошими противоизносными и противозадирными присадками являются серосодержащие соединения: осерненные минеральные масла, олефиновые полимеры, дисульфиды и полисульфиды и т. п. При повышенных температурах и нагрузках эти соединения взаимодействуют с металлом с возник­новением пленки сульфида железа на поверхностях трения, препятствующей износу и задиру. 
    Противозадирный эффект обеспечивается и при использовании хлорсодержащих присадок. К ним относятся гексахлорэтон, хлорированный парафин, ароматические углеводороды, минеральные масла и др. Хлорсодержащие соединения коррозионно-агресивны, особенно при контакте с водой. Хлорсодержащие присадки чаще всего применяют в сочетании с другими присадками, устраняющими этот недостаток. Противозадирный и противоизносный эффекты достигаются также фосфорсодержащими присадками — органическими производными фосфорных и фосфористых кислот, их средними эфирами, солями кислых эфиров и др. Фосфорсодержащие присадки эффективно увеличивают нагрузку заедания трущихся поверхностей при небольших скоростях скольжения. Однако они недостаточно эффективны при высоких скоростях и ударных нагрузках. 
    В товарные масла вводят присадки с несколькими активными элементами (S-Cl, S-P, C1-P). В этом случае действие одного активного элемента при изменении условий трения дополняется действием другого. Трансмиссионные масла длительное время работают при высоких температурах и окисляются, что приводит к изменению их свойств. Для избежания этого, к маслам добавляют антиокислительные присадки. К ним относятся соединения, например, фенолов, соединения, содержащие серу, фосфор, аминные и другие функциональные группы. Для защиты деталей от коррозии в масло добавляют антикоррозионные присадки — соединения, содержащие либо серу, либо фосфор, либо серу и фосфор одновременно, образующие каталитически неактивную пленку на поверхности металла, предохраняющую ее от воздействия продуктов окисления масла. 
    Для предотвращения ценообразования в масле используются противопенные присадки, обычно на основе кремнийорганических соединений. Противопенные присадки добавляют к трансмиссионным маслам, в количестве не бо­лее 0,001%. Для уменьшения температуры застывания масел и улучшения их текучести при низких температурах применяют депрессорные присадки (полиметакрилаты, окисленный потролатум и др.). Эффективность действия этих присадок зависит от химической природы масла, его вязкости, содержания высокозастывающих углеводородов. Присадки могут снизить температуру застывания масла на 5-25 °С. Иногда в одном соединении содержится несколько различных функциональных групп, что делает присадку универсальной. Например, соли кислых эфиров диалкилдитиофосфорной кислоты. Они обладают противоизносными, противозадирными, моющими, антикоррозионными, антиокислительными, депрессорными свойствами. 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ И АССОРТИМЕНТ

 

 В агрегатах трансмиссии автомобилей применяется широкий ассортимент масел. Согласно ГОСТ 17479.2-85 масла классифицированы по классам и группам в зависимости от их вязкости и эксплуатационных свойств. 

Классификация трансмиссионных масел по классам 
 

Класс вязкости	Кинематическая вязкость при температуре 100 °С, мм2/с	Максимальная температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 Па -с, °С
9	6,00-10,99	-45
12	11,00-13,99	-35
18	14-24,99	-18
34	25,00-41,00	-

    В зависимости от смазывающих свойств масла делят на пять групп. С учетом деления на классы и группы трансмиссионные масла имеют условные обозначения. Например, обозначение ТМ4-10 расшифровывается следующим образом: ТМ — трансмиссионное масло, цифра 4 — группа по эксплуатацион­ным свойствам, цифра 10 — класс вязкости. 
    Представителями группы ТМ-1 являются нигролы зимний и летний (ТУ 38.101529-75), применяющиеся на старых моделях автомобилей. Нигролы — это неочищенные остатки от прямой перегонки нефти. Они характеризуются неудовлетворительными противоизносными, антиокислительными и низкотемпературными свойствами. К этой группе можно отнести базовые масла (ТБ-20, ТС-14,5), служащие основой для изготовления автомобильных трансмиссионных масел. 
    К группе ТМ-2 относится масло для коробок передач и рулевого управления — ТС (ОСТ 38.01260-82, прежнее обозначение ГОСТ 4002-53), класс 18. Это масло имеет низкие эксплуатационные свойства, применяется в ограниченных масштабах только на старых моделях легковых автомобилей. 
    В группу ТМ-3 входят масла ТСп-10, Тап-15В, ТСп-15К, выпускаемые по ГОСТ 23652-79. ТСп-10 применяют для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач грузовых автомобилей. Можно применять в качестве зимнего для умеренной климатической зоны и всесезонного для северных районов. Тап-15В служит для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач грузовых автомобилей. ТСп-15К имеет улучшенные по сравнению с маслом Тап-15В противоизносные, антиокислительные и низкотемпературные свойства. Служит в качестве всесезонного для умеренной климатической зоны. Предназначено для тяжелонагруженных цилиндрических и спирально-конических передач, в том числе большегрузных автомобилей КрАЗ, КамАЗ, УралАЗ. 
    К группе 4 относятся масла ТСп-14гип (ГОСТ 23652-79), ТС3-9гип (ОСТ 38.101158-78),ТСгип (ОСТ 38.01260-82, прежнее обозначение ГОСТ 4003-53). 
    ТСп-14гип (класс 18) применяется для гипоидных передач грузовых автомобилей всесезонно в умеренной и жаркой климатической зоне. Обладает высокими противозадирными, но недостаточными антиокислительными и антикоррозионными свойствами. Показатели масла резко ухудшаются при попадании в него воды. В этом случае масло необходимо немедленно заменить. 
    ТС3-9гип (класс 9) применяется в агрегатах трансмиссии грузовых автомобилей в районах Крайнего Севера при температуре воздуха до -55 °С. Ввиду малой вязкости и ухудшения противоизносных свойств при большой температуре это масло используется только в зимний период. ТСгип предназначено для гипоидных передач старых моделей легковых автомобилей. Ввиду недостаточных низкотемпературных, противоизносных и антиокислительных свойств для новых моделей автомобилей не рекомендуется. 
    В группу 5 входят масла ТАД-17и (ГОСТ 23652-79) и ТМ5-12рк (ТУ 38.101844-80). ТАД-17и (класс 18) получают смешением остаточного и дистилляторного масел с введением многофункциональной и депресорной присадок. Масло обладает высокими эксплуатационными свойствами, является универсальным и может применяться в тяжелонагруженных цилиндрических, спирально-конических и гипоидных передачах грузовых и легковых автомобилей в умеренной и жаркой климатической зонах. 
    ТМ5-12рк (класс 12) получают из низкозастывшего масла селективной очистки, загущенного полимерной присадкой, с введением многофункциональной присадки. Масло относится к числу универсальных для эксплуатации и консервации цилиндрических, спирально-конических и гипоидных передач грузовых автомобилей. Предназначено для применения в качестве всесезонного, в первую очередь для эксплуатации в северных районах. 
    Основным сортом, применяемым для автомобильных гидромеханических коробок передач, является масло марки А (ТУ 38.101179-79). Это масло имеет температуру застывания -40 °С, его применяют всесезонно в умеренной климатической зоне. Для автомобилей, эксплуатируемых в северных районах страны, разработано масло МГТ (ТУ 38.401494-84), которое по эксплуатационным свойствам соответствует маслу марки А, но имеет лучшие низкотемпературные показатели — работоспособно до -50 °С. В гидрообъемных передачах автомобилей, в частности в гидроусилителях рулей, используют масло марки Р, выпускаемое по тем же ТУ, что и масло марки А. Применяется оно в качестве всесезонного в умеренной климатической зоне. 

 

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

 

Качество трансмиссионных масел оценивают по результатам их испытаний в лабораторных, стендовых и эксплуатационных условиях. Лабораторными методами определяют физико-химические показатели масел: плотность, кинематическую и динамическую вязкость, температуру вспышки, температуру застывания, термическую стабильность, содержание воды, механических примесей, коррозионное воздействие на медные и стальные пластины, кислотное число и др. Стендовые испытания масел проводят на специальном оборудовании или на агрегатах трансмиссии автомобилей. Этими испытаниями определяют влияние масел на износ и состояние деталей агрегатов при выбранных режимах, соответствующих наиболее напряженным условиям эксплуатации. Испытания на автомобилях проводят для определения влияния масел на надежность работы агрегатов трансмиссии: краткосрочные — серия циклов на режиме «разгон — резкое замедление» для оценки противозадирных свойств масел и длительные — в условиях рядовой эксплуатации.    Основные показатели масел для гидросистем автомобилей     Показатели Для гидротранс­форматоров и авто­механических передач Для гид­роусилите­ля руля, А МГТ   Вязкость кинематическая (ммУс) при температуре:       50 °С 20-30 - 12-14 100 °С - 6-7 - -20 °С 2100 -   Вязкость динамическая при температуре -50 °С -не более, Па с - 400 - Температура вспышки — выше, °С, 175 160 163 Температура застывания - ниже, "С -40 -55 -45 Испытания на коррозию стальных пластин Выдерживает Увеличение массы резины после выдерживания ее в масле в течение 72 ч при температуре 130 °С — не более, %:       марка 81-90 2 — — марка В-1И - 5,0 2,5 Испытание на вспенивание при температуре 125 °С Пена должна исчезать не более чем через 30 с Индекс задира, Из - 40 2 Критическая нагрузка, Н 720 900 - Нагрузка заедания, Н 2240 2000 - Диаметр пятна износа, мм (4 ч, 200 Н) 0,55 0,50 -   Основные физико-химические показатели некоторых марок российских трансмиссионных масел   Показатели     Группа ТМ-3 Группа ТМ-4 Групп. iTM-5 Сп-10 ТАп-15В ТСп-15 ТСп-14гип ТС3-9гип ТСгип ТАД-17и ТМ5-12рк Вязкость кинематическая при температуре 100 °С, мм2/с 10 15 16 14 9 21-32 17 12 Вязкость динамическая (Па с) при температурах: -20 °С -30 °С 10-20 40-100 300 2000 25 120 30-70 180-550 1-3 2-9 750 3000-10000 25-62 130-480 - 11 Температура застывания ниже, °С -40 -20 -25 -25 -50 -20 -25   Температура вспышки выше, °С 128 180 180 180 160 - 200 180 Термоокислительная стабильность на приборе Д-НАМИ при температуре 140 °С: увеличение вязкости, % осадок, % 21,4 0,54 21,3 1,40 3,8 0,07 1,9 0,07 1,1 0,20 22,2 0,95 2,8 0,02 0,8 0,07 Смазывающие свойства на ЧМТ:                 критическая нагрузка сваривания Р, Н 3500 2800 3150 4640 3480 7750 3750 3350 критическая нагрузка заедания, 1^, Н 825 800 1120 1235 1300 1190 1250 1190 диаметр пятна износа DH, мм 0,94 0,60 0,50 0,86 0,80 0,87 0,40 0,40

 

ВЯЗКОСТНО-ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА

 

    Важным показателем, характеризующим эксплуатационные свойства масел, является вязкость. От вязкости масла зависят потери энергии на трение в агрегатах трансмиссии. Опыт эксплуатации показывает, что при температуре -10 °С вязкость масла Тап-15В достигает 30Па-с, при этом КПД заднего моста грузового автомобиля, например, ЗИЛ-130 уменьшается до 50%, а расход топлива возрастает в 2 раза по сравнению с нормой. При движении автомобиля температура масел в агрегатах трансмиссии возрастает по сравнению с температурой окружающего воздуха, но в зимний период остается низкой. 
    Интенсивность изменения температуры в агрегатах зависит от режима движения автомобиля и температуры окружающего воздуха. При частых остановках температура резко уменьшается, особенно в зимнее время. Температура масла в коробке передач гораздо выше, чем в ведущем мосту, ввиду прогрева от двигателя, а также вследствие более интенсивного охлаждения ведущего моста воздухом при движении автомобиля. Согласно характеристикам трансмиссионных масел наилучшие показатели имеют следующие масла: в умеренной климатической зоне — ТСп-15К, Тап-15В и ТАД-17и; в северных районах страны — ТМ5-12рк, ТСп-10 и ТС3-9гип. Применение в агрегатах трансмиссии маловязких масел, не рекомендованных автозаводами, недопустимо, так как может привести к утечкам масла через сальники, повышенному износу деталей и выходу агрегатов трансмиссии из строя. Минимальные значения вязкости масел в агрегатах трансмиссии должны быть в пределах 10-20 мм2/с, что определяется их противоизносными свойствами и способностью сальниковых уплотнителей предотвращать утечку масла. Максимальная вязкость определяется возможностью преодоления сопротивления вращению застывшего масла в агрегатах при трогании автомобиля с места, зависит от конструкции автомобиля и составляет 300-600 Па-с.

СМАЗЫВАЮЩИЕ СВОЙСТВА

    Работа шестерен агрегатов трансмиссии происходит в основном в условиях граничного трения, при которых повышается износ зубьев шестерен. Интенсивность изнашивания во многом зависит от смазывающих свойств применяемых масел. Смазывающие свойства — способность масла абсорбироваться на рабочей поверхности с образованием граничного слоя — определяются совокупностью противоизносных, противозадирных и противопиттинговых показателей масла. Смазывающие свойства можно оценивать на четырехшариковой машине трения (ЧМТ) по обобщенному показателю индекса, задира И3. Чем больше И3, тем эффективнее смазывающие свойства масла. При оценке противоизносных и противозадирных свойств принимают во внимание критическую нагрузку заедания Рк и сваривания шаров Р, а также диаметр пятки износа D . 
    Величина Р характеризует нагрузку, при которой разрушается масляная пленка в зоне контакта, Р — нагрузку, при которой происходит задир шаров, D — износ шаров после одного часа испытаний. 
    Наиболее высокие требования по противозадирным свойствам предъявляются к маслам для гипоидных передач, в которых удельные давления в зоне контакта зубьев достигают 4000 мПа. Значение И3 для гипоидных масел составляет 60 ед. У масел для спирально-конических передач этот показатель должен быть не менее 50 ед. Для масел, применяемых в коробках передач, противозадирные свойства имеют второстепенное значение. Выбор масел для гипоидных передач осуществляется с учетом режима работы агрегатов. Так, для гипоидных передач грузовых автомобилей эксплуатационный режим характеризуется постоянными повышенными удельными нагрузками на зубья шестерен и относительно небольшими скоростями вращения. Для легковых автомобилей характерны высокие скорости вращения и переменные режимы нагрузки. Гипоидные масла ТС-14гип предназначены для грузовых автомобилей. Масла ТСгип — применяются только для легковых автомобилей. 
    Универсальное масло ТАД-17и может использоваться в агрегатах трансмиссии как грузовых, так и легковых автомобилей. Противоизносные свойства масел влияют на интенсивность изнашивания зубьев шестерен. Масла со значением D =0,4-0,5 мм обеспечивают в 1,5 раза меньший износ деталей, чем масла с D =0,8-0,9 мм. Наиболее эффективными маслами по этому показателю являются ТАД-17и и ТСр-15к. 
    Противопиттинговые свойства — это способность масел предотвращать усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев шестерен под влиянием циклических нагрузок — при оценке физико-химических показателей масел не нормируется. Для различных масел эти свойства неодинаковы. Время наступления питтинга зубьев шестерен сокращается при повышении рабочих температур масла и снижении его вязкости. Наилучшими противопиттинговыми свойствами в условиях повышенных температур обладают масла ТАД-17и и ТСп-15к, наихудшими — ТСп-10.

СТАБИЛЬНОСТЬ ПРОТИВ ОКИСЛЕНИЯ

    В процессе работы в агрегатах трансмиссии в результате взаимодействия масла с кислородом воздуха при повышенной температуре в присутствии каталитически активных металлов происходит изменение физико-химических и эксплуатационных свойств масла. Это приводит к возрастанию вязкости и кислотного числа. В масле накапливаются продукты окисления. Повышение вязкости сопровождается ухудшением вязкостно-температурных свойств. Увеличение кислотного числа может вызвать коррозию подшипников и других деталей агрегатов трансмиссии. 
    Антиокислительные свойства масла оцениваются термоокислительной стабильностью на экспериментальных установках, имитирующих условия работы масел при повышенных температурах. Наилучшие показатели имеют масла на очищенной основе: ТАД-17и, ТСп-15к, ТСп-14гип, ТМ5-12рк, что позволяет использовать их для продления срока службы агрегатов.

КОРРОЗИОННАЯ АГРЕССИВНОСТЬ

    В результате накопления органических кислот, а также попадания в масло паров воды из атмосферы может возникнуть коррозия металлических деталей агрегатов трансмиссии. Коррозионная агрессивность масла характеризуется изменением кислотного числа, содержанием водорастворимых кислот и щелочей. Наиболее наглядной проверкой масел на коррозионную агрессивность является проба на стальную и медную пластинки при температуре выше 100 °С. Наименьшую коррозионную агрессивность имеют масла ТСп-15К, ТМ5-12рк, ТАД-17и, наибольшую — ТСгип. 

 

СРОКИ ЗАМЕНЫ

 

 Сроки службы масел в агрегатах трансмиссии различных автомобилей находятся в широких пределах: примерно от 20 до 100 тыс. км пробега. Это обусловлено различным качеством масел, конструкцией трансмиссии, условиями и режимами эксплуатации автомобилей. 
    Замену масла производят при значительном изменении его показателей по сравнению с исходными: вязкости, кислотности, противоизносных, антикор­розионных, антиокислительных свойств и др. На изменение показателей масла в значительной степени влияют условия эксплуатации: нагруженность трансмиссии, температурный режим, интенсивность поступления продуктов загрязнения (пыль, вода, продукты износа деталей), механическое воздействие и др.
    Одним из важных факторов, определяющих срок смены масел, являются условия эксплуатации автомобиля. Наиболее нагружены агрегаты трансмиссии при эксплуатации автомобиля на грунтовой дороге (нагруженность характеризуется передаваемой энергией на 1 км пробега), в наименьшей степени — на скоростных магистралях. Если взять удельную энергию при движении на скоростной дороге за единицу, то по булыжной дороге она составит — 1,66, в городских условиях — 1,89, в горных условиях — 1,94, на грунтовой дороге — 2,21. 
    При повышенной рабочей температуре масла ускоряются окислительные процессы, растет количество отложений. При этом ухудшается теплоотвод от деталей и ужесточаются условия их работы. Происходит интенсивное снижение противоизносных, противозадирных и антиокислительных свойств масла. 
    Необходимым условием продолжительной работы масла является надежная защита агрегатов от проникновения пыли и влаги. Наличие в масле дорожной пыли приводит к снижению противоизносных свойств масла, которое невозможно компенсировать самыми эффективными присадками. Поступление воды, влаги в масло также ухудшает его противоизносные и противозадирные свойства. Например, при попадании в масло ТСгип около 5% воды нагрузка сваривания масла Р. уменьшается не менее чем в 2 раза, а диаметр пятки износа возрастает в 2 раза. Срок службы масла в значительной степени зависит от его качества. В большинстве случаев критерием при установлении срока замены масла служит изменение его физико-химических показателей (вязкости, кислотности, содержания активных элементов присадки), изменения противоизносных свойств масла, а также состояние деталей агрегатов трансмиссии после испытаний. Важным параметром, определяющим необходимость замены масла, является повышение вязкости на 50%. Необходимым условием бессменной работы масла являются его высокие эксплуатационные свойства и надежная герметизация узлов и агрегатов. 
    Рекомендации по применению трансмиссионных масел приведены в таблице. Наилучшими эксплуатационными свойствами обладают масла: ТАД-17и — для применения в агрегатах трансмиссии легковых и грузовых автомобилей; Тап-15В — в коробках передач грузовых автомобилей, а также в ведущих мостах с негипоидными передачами легковых и грузовых автомобилей; ТМ5-12рк — для агрегатов трансмиссии грузовых автомобилей в северных районах. Марки трансмиссионных масел должны применяться в соответствии с инструкцией по эксплуатации автомобилей. На практике возможна ситуация, когда возникает необходимость смешивания масел. Как вынужденная временная мера это допустимо. Смеси масел можно использовать в коробках передач и в ведущих мостах с негипоидными передачами. В гипоидных передачах должны использоваться только гипоидные масла. 
 

Рекомендации по применению трансмиссионных масел

 

Масло	Тип передачи	Срок замены масла, тыс. км	Минимальная температура, °С
ТСгип	Ведущие мосты старых мо­делей легковых автомобилей	24-30	-20
ТАД-17и*	Коробки передач и ведущие мосты легковых и грузовых автомобилей	60-80	-30
Тап-15В	Коробки передач грузовых автомобилей с карбюратор­ными двигателями; ведущие мосты грузовых и легковых автомобилей с негипоидными передачами	24-72	-25
ТСп-15	Коробки передач, ведущие мосты грузовых автомобилей с негипоидными передачами	36-72	-30
ТСп-14гип	Ведущие мосты грузовых автомобилей с гипоидными передачами	36	-30
ТСп-10**	Коробки передач грузовых автомобилей с карбюратор­ными двигателями; ведущие мосты грузовых автомобилей с негипоидными передачами	35-50	-45
ТС3-9гип	Коробки передач и ведущие мосты автомобилей на Севере	Зимний период эксплуатации	-50
ТМ5-12рк	Коробки передач и ведущие мосты грузовых автомобилей	50	-50

    На автомобилях ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109 (и другие переднеприводные этого класса) в трансмиссии используется моторное масло, которое заливается в двигатель. 
    ** При отсутствии масла ТСп-10 или ТМ5-12рк в зимний период допускается использовать смесь масла Тап-15В или ТСп-15к с 10-20% дизельного зимнего или арктического топлива, которое будет работоспособно при температуре -40...50 °С. 

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ ПО API

 

    По системе API GL масла подразделяются на классы качеств. Основными признаками классификации являются конструкция и условия работы передачи, дополнительными признаками - содержание противоизносных и противозадирных присадок. 
    Классификация описана в документе API "Обозначение эксплуатационных смазочных масел для коробок передач ручного управления и для мостов. Публикация API 1560, февраль 1976 г." (API Publication 1560, Lubricant Service Designation for Automotive Manual Transmissions and Axles, February 1976). 
    Классы качества по API:

API GL-1 " Масла для передач, работающих в легких условиях. " Состоят из базовых масел без присадок. Иногда добавляются в небольшом количестве антиокислительные присадки, ингибиторы коррозии, легкие депрессорные и противопенные присадки. " Предназначены для спирально-конусных, червячных передач и механических коробок передач (без синхронизаторов) грузовых автомобилей и сельскохозяйственных машин.

API GL-2 " Масла для передач, работающих в условиях средней тяжести. " Содержат противоизносные присадки. " Предназначены для червячных передач транспортных средств " Обычно применяются для смазывания трансмиссии тракторов и сельскохозяйственных машин.

API GL-3 " Масла для передач, работающих в условиях средней тяжести. " Содержат до 2.7% противоизносных присадок. " Предназначены для смазывания конусных и других передач грузовых автомобилей. " Не предназначены для гипоидных передач.

API GL-4 " Масла для передач, работающих в условиях разной тяжести - от легких, до тяжелых. " Содержат 4,0% эффективных противозадирных присадок. " Предназначены для конусных и гипоидных передач, имеющих малое смещение осей, для коробок передач грузовых автомобилей, для агрегатов ведущего моста. " Масла API GL-4 предназначены для несинхронизированных коробок передач Североамериканских грузовых автомобилей, тягачей и автобусов (коммерческих автомобилей), для главных и других передач всех автотранспортных средств. В настоящее время эти масла являются основными и для синхронизированных передач, особенно в Европе. В таком случае на этикетке или в листе данных масла должны быть надписи о таком предназначении и подтверждение о соответствии требованиям производителей машин.

API GL-5 " Масла для наиболее загруженных передач, работающих в суровых условиях. " Содержат до 6,5% эффективных противозадирных и других многофункциональных присадок. " Основное предназначение - для гипоидных передач, имеющих значительное смещение осей. " Применяются как универсальные масла для всех других агрегатов механической трансмиссии (кроме коробки передач). " Для синхронизированной механической коробки передач применяются только масла, имеющие специальное подтверждение о соответствии требованиям производителей машин. " Могут применяться для дифференциала повышенного трения, если соответствуют требованиям спецификаций MIL-L-2105D (в США) или ZF TE-ML-05 (в Европе). Тогда обозначение класса имеет дополнительные знаки, например, API GL-5+ или API GL-5 SL. " Масла для наиболее загруженных передач, работающих в очень тяжелых условиях (большие скорости скольжения и значительные ударные нагрузки). " Содержат до 10% высокоэффективных противозадирных присадок. " Предназначены для гипоидных передач со значительным смещением осей. " Соответствуют наивысшему уровню эксплуатационных свойств. " В настоящее время класс GL-6 больше не применяется, так как считается, что класс API GL-5 достаточно хорошо удовлетворяет наиболее строгие требования.

    Новые классы API:

API MT-1

• Масла для высоконагруженных агрегатов.
• Предназначены для несинхронизированных механических коробок передач мощных коммерческих автомобилей (тягачей и автобусов).
• Эквивалентны маслам API GL-5, но обладают повышенной термической стабильностью.

API PG-2 (проект):

• Масла для передач ведущих мостов мощных коммерческих автомобилей (тягачей и автобусов) и мобильной техники.
• Эквивалентны маслам API GL-5, но обладают повышенной термической стабильностью и улучшенной совместимостью с эластомерами.

    Для механических коробок передач (кроме гипоидных), в основном применяются масла API GL-3 и API GL-4; для гипоидной главной передачи: API GL-4 - для средне нагруженных передач и API GL-5 - для сильно нагруженных передач, в том числе гипоидных со значительным смещением осей. Нефтекомпании выпускают универсальные масла, предназначенные одновременно как для коробки передач с синхронизаторами, так и для сильнонагруженных гипоидных передач.

 

 

КЛАCCИФИКАЦИЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ ПО SAE J306

 

    Для классификации трансмиссионных масел по вязкости наибольшее распространение и признание в мире получила система, разработанная Американским Обществом Инженеров - SAE. Она описывается стандартом SAE J306 "Клаccификация вязкости трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач" (Axle and Manual Transmission Lubricant Viscosity Classification). Вязкость масла выражается в условных единицах - степенях вязкости по SAE. 
    Спецификация SAE J306 используется производителями автомобильных трансмиссий при определении и рекомендации трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач, а также производителями масел при разработке новых составов, производстве и маркировке готовых продуктов.

 

Степени вязкости масел для механических трансмиссий (SAE J306 JUL98)

 

Класс вязкости по SAE	Максимальная температура при вязкости, сП	Вязкость при 100°C, ммІ/c (b)
		min (c)	max
70W	-55 (d)	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	<24.0
140	-	24.0	<41.0
250	-	41.0	-
Примечания	(a) По методике ASTM D2983; (b) По методике ASTM D445; (c) Лимит должен выдерживаться после 20-ти часов испытания CEC L-45-T-93, Method C; (d) Метод ASTM D2983 не обеспечивает необходимой точности при измерениях ниже -40°C. Этот факт должен быть учтен в любых отношениях потребитель-производитель;(e) Дополнительные требования к низкотемпературной вязкости могут быть предъявлены к жидкостям, предназначенным для использования в легконагруженных синхронизированных МКПП (легковые автомобили, микроавтобусы и т.п.);

    Информация о рекомендованных к применению вязкостях автомобильных масел заносится в руководство по обслуживанию автомобиля, на основании которого пользователь выбирает соответствующий продукт в ассортименте смазочных материалов. 
    Вязкость трансмиссионного масла должна выбираться с учетом наибольшей и наименьшей температур окружающей среды, при которых планируется эксплуатация автомобиля. Исходя из этих соображений, классификация SAE J306 основана на показателях низкотемпературной и высокотемпературной вязкостей. 
    ПОКАЗАТЕЛЬ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВЯЗКОСТИ оценивается путем определения температуры, при которой вязкость масла по Брукфильду достигает значения 150000 сР. Вязкость определяется по методу ASTM D2983-87 (1993) "Стандартный метод определения низкотемпературной вязкости автомобильных масел путем измерения на вискозиметре Брукфильда" (Standart Test Method for Low-Temperature Viscosity of Automotive Fluid Lubricants Measured by Brookfield Viscometer). 
    Значение вязкости 150000 cР, используемое для определения низкотемпературных свойств трансмиссионных масел, выбрано по результатам серии реальных испытаний на мостах различной конструкции. Эти тесты показали, что при вязкости трансмиссионных масел более 150000 сР наблюдались разрушения подшипников вала-шестерни. Следует отметить, что подобные разрушения могут наблюдаться и при меньших вязкостях, в зависимости от конструкции мостов. Именно по этой причине следует четко соблюдать рекомендации производителей автомобиля или трансмиссии по низкотемпературным границам применения, занесенные в "Руководство пользователя" (Owners manual). При отсутствии данной информации, можно обратиться к обобщенным рекомендациям, приведенным в приложении B. 
    Требования к низкотемпературной вязкости масла, обеспечивающей беспроблемное переключение передач в механических КПП значительно выше. В стандарте J306 редакции OCT91 (октябрь 91-го года), действовавшем до середины 1998 года были приведены данные о том, что большинство механических КПП требуют для исправной работы вязкость масла, не превышающую 20000сР. 
    В стандарте J306 JUL98 была введена рекомендация по дополнительному тестированию трансмиссионных масел, предназначенных для использования в лекгонагруженных синхронизированных механических коробках переключения передач (легковые автомобили и микроавтобусы). В качестве теста рекомендуется использовать метод ASTM D5293-99a"Стандартный метод тестирования кажущейся вязкости моторных масел с использованием имитатора запуска холодного двигателя в интервале от -5 до -35°C" (Standart Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils Between -5 and -35°C Using the Cold-Cranking Simulator). Рекомендован лимит в 5000 сР при температуре -30°C. Практически, это может означать рекомендацию по применению в механических КПП синтетических, полусинтетических или гидрокрекинговых трансмиссионных масел SAE 75W-XX (для регионов с зимними температурами до -30°C). 
    ПОКАЗАТЕЛЬ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВЯЗКОСТИ оценивается на основе значения кинематической вязкости масла при температуре 100°С. Определяется по методу ASTM D445-97 "Стандартный метод определения кинематической вязкости прозрачных и непрозрачных жидкостей" (Standart Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids). 
    Значение кинематической вязкости при высокой температуре позволяет косвенно судить о величине нагрузочной способности защитной масляной пленки и ее достаточности для защиты передач в режиме высоких рабочих температур и нагрузок. 
    Степени вязкости SAE являются условными символами, которые до последней редакции стандарта классифицировали трансмиссионные масла только на основе значений вязкости. С июля 1998 года в стандарте J308 впервые было введено требование по стабильности высокотемпературных вязкостных характеристик (см. Приложение (с) к табл.1.2). Минимальное значение кинематической вязкости при 100°C не должно опускаться ниже указанного предела даже после 20-ти часового воздействия деформации сдвига. Условия деформации сдвига обеспечиваются оборудованием в рамках испытания CEC L-45-T-93 "Тест по определению стабильности вязкости трансмиссионных масел и напряжению сдвига" (Viscosity shear stability of transmission lubricants). Данное требование позволяет выявить трансмиссионные масла, производители которых максимально близко приближались к граничным лимитам вязкости, либо использовали в составах недостаточно стабильные к напряжениям сдвига загустители.

 

Требования маркировки по вязкости

    По аналогии с классификацией моторных масел, степени вязкости трансмиссионных масел можно разделить на условные ряды:

• зимний ряд: SAE 70W, 75W, 80W, 85W;
• летний ряд: SAE 80, 85, 90, 140, 250;

    Условность такого деления объясняется конструктивными особенностями агрегатов трансмиссий различных производителей. В зависимости от рабочих температур масла и нагрузок существуют агрегаты (механические коробки передач легковых автомобилей) для которых масла зимнего рада будут обеспечивать достаточную степень защиты в широком диапазоне внешних температур. Нередки случаи рекомендации всесезонного использования масел зимнего ряда. 
    Последняя редакция стандарта SAE J306 включает раздел с требованиями по маркировке. Согласно данным требованиям, трансмиссионные масла должны маркироваться по следующим принципам:

• одна степень зимнего ряда W (например, SAE 75W), или
• одна степень летнего ряда (например, SAE 85), или
• комбинация из двух степеней, зимнего W и летнего ряда (SAE 75W-85);

    Маркировка с двумя зимними степенями исключается (например, ранее были допустимы следующие обозначения: SAE 75W-80W, SAE 75W-85W, SAE 80W-85W и т.п.). Степени вязкости SAE 80 и SAE 85 Являются новыми и впервые введены в классификацию. 
    Дополнительные степени вязкости и новые требования по маркировке вынуждают поставщиков смазочных материалов более четко определять уровень вязкостных свойств, а производитель трансмиссии получает возможность более четко сформулировать свои рекомендации. Например:

• SAE 80W (для эксплуатации в зимнее время)
• SAE 80 (для эксплуатации в летнее время)
• SAE 80W-80 (для всесезонной эксплуатации)

    После издания новой редакции стандарта некоторые поставщики смазочных масел (oil marketers) вынуждены пересмотреть практику маркировки и, возможно, формулы составов (рецептуры) масел для соответствия новым требованиям отредактированной спецификации SAE. 
    Учитывая диапазон условных значений, используемых для обозначения вязкости моторных масел (от 0 до 60), для обозначения степеней вязкости трансмиссионных масел выбраны значения из диапазона от 70 до 250. Это сделано во избежание возможных ошибок при выборе масла на основе вязкости. Моторные и трансмиссионные масла, имеющие одинаковое значение вязкости, будут значительно различаться в обозначениях по SAE.

 

Примерное сопоставление степеней вязкости SAE моторных и трансмиссионных масел на основе высокотемпературных показателей кинематический вязкости при 100°C

 

 

Примерное сопоставление зимних степеней вязкости SAE моторных и трансмиссионных масел на основе показателей низкотемпературной вязкости по Брукфильду