Трансмиссионные и гидравлические масла конспект

Обновлено: 06.07.2024

Трансмиссионные масла предназначены для применения в узлах трения агрегатов трансмиссий легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, тепловозов, дорожно-строительных и других машин, а также в различных зубчатых редукторах и червячных передачах промышленного оборудования.

Трансмиссионные масла представляют собой базовые масла, легированные различными функциональными присадками.

В качестве базовых компонентов используют минеральные, частично или полностью синтетические масла.

В агрегатах трансмиссий смазочное масло является неотъемлемым элементом конструкции. Способность масла выполнять и длительно сохранять функции конструкционного материала определяется его эксплуатационными свойствами. Общие требования к трансмиссионным маслам определяются конструкционными особенностями, назначением и условиями эксплуатации агрегата трансмиссии.

Трансмиссионные масла работают в режимах высоких скоростей скольжения, давлений и широком диапазоне температур. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от -60 до +150 °С. Поэтому к трансмиссионным маслам предъявляют довольно жесткие требования.

Основные функции трансмиссионных масел:

— пркдохранение поверхностей трения от износа, заедания, питгинга и других повреждений;

— снижение до минимума потерь энергии на трение;

— отвод тепла от поверхностей треёия;

— снижение шума и вибрации зубчатых колес, умеёьшение ударных нагрузок.

Масла не должны быть токсичными.

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

— иметь достаточные противозадирные, противоизносные и противопиттинговые свойства;

— обладать высокой антиокислительной стабильностью;

— иметь хорошие вязкостно-температурные свойства;

— не оказывать коррозионного воздействия на детали трансмиссии;

— иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой;

— обладать достаточной совместимостью с резиновыми уплотёениями;

— иметь хорошие антипенные свойства;

— иметь высокую физическую стабильность в условиях длительного хранения.

Все эти свойства трансмиссионного масла могут быть обеспечены путем введения в состав базового масла соответствующих функциональных присадок: депрессорной, противозадирной, противоизносной, антиоуислительной, антикоррозионной, противоржавейной, антипенной и др.

Условия работы трансмиссионных масел отличаются от моторных следующим:

— зубчатые передачи работают в условиях граничного трения;

— они должны сохранять работоспособность при температурах от —50 до 50 °С;

— их время работы продолжительнее;

— они должны снижать вибрацию и уровень шума.

Зубчатые передачи работают с высокими удельными давлениями в местах контактов зубьев (600—1200 МПа, а в гипоидных до 4000 МПа), большими скоростями скольжения трущихся поверхностей (3—10 м/с, в гипоидных и червячных редукторах — до 20 м/с) и высокими, порядка 300—800 °С, температурами в точках контакта зубчатых колес. Температура масла в агрегатах трансмиссии достигает 120—150 °С. В этих условиях и наблюдается наиболее часто режим граничного трения. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать высокими противоизносными и противозадирными свойствами, поэтому они содержат значительное количество природных поверхностно-активных смолистых веществ и специальные противоизносные и противозадирные присадки.

Нижний температурный предел применения трансмиссионных масел обеспечивает трогание машины с места и последующий переход на повышенные передачи без предварительного разогрева масла в агрегатах. Летом в жару температура в картерах трансмиссии достигает максимальных значений, что предопределяет выбор минимально допустимой вязкости масла, не вызывающей его утечек через неплотности.

Кроме того, трансмиссионные масла должны обладать хорошими антикоррозионными свойствами и образовывать минимальное количество пены, что решается подбором соответствующей масляной основы и добавкой комплекса присадок.

2.3.2. Классификация трансмиссионных масел и их обозначение

Согласно ГОСТ 17479.2—85, трансмиссионные масла делятся на классы по вязкости (табл. 2.6), а в зависимости от эксплуатационных свойств подразделяются на пять групп, определяющих область их применения (табл. 2.7).

Таблица 2.6. Классы вязкости трансмиссионных масел

Таблица 2.7. Группы трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам и области их применения

Маркировка трансмиссионных масел: ТМ — трансмиссионное масло; первая цифра — группа масла (уровень качества масла); второе число — класс вязкости.

В нормативно-технической документации встречаются устаревшие обозначения, поэтому в табл. 2.8 приводится их соответствие с обозначениями по ГОСТ 17479.2—85.

Таблица 2.8. Соответствие устаревших обозначений трансмиссионных масел и обозначений по ГОСТ 17479.2—85

В табл. 2.9 приведены соответствия классов вязкости и групп трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2—85 и по SAE и API.

Трансмиссионные масла имеют следующие классы вязкости: 75W, 80W, 85W — зимние, 90 и 140 — летние, 80W-90, 85W-95 и 85W-140 — всесезонные.

Таблица 2.9. Соответствие классов вязкости и групп трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2—85 и по SAE и API

Встречающееся масло GL—6 по API соответствует GL—5, но более долговечное с повышенными противокоррозионными свойствами.

Масло марки ТАД-17и соответствует SAE 85W-90 по SAE или GL—5 по API.

Перспективными являются синтетические трансмиссионные масла с вязкостью SAE 75W-90 и уровнем качества API GL—5 (ТМ-5). Такие масла предпочтительнее для зимних условий, так как они загустевают при более низких температурах, чем минеральные. Также как и моторные масла, синтетические трансмиссионные масла характеризуются пологой вязкостно-температурной кривой. Для получения таких масел используют синтетические углеводородные масла, сложные эфиры многоатомных спиртов, сложные эфиры карбоновых кислот, полисилоксановые жидкости и другие высокотехнологические компоненты. Обычно синтетическое масло имеет вязкость 7,1 мм 2 /с при температуре 100 °С, 22 Па • с при температуре —40 °С, а также температуру вспышки 230 °С, температуру застывания —57 °С.

Синтетического масла может хватить на весь срок службы автомобиля при условии отсутствия подтеканий через неплотности. Сдерживающим фактором широкого применения синтетических масел является их высокая стоимость.

В табл. 2.10 приведены рекомендации по применению трансмиссионных масел в зависимости от их назначения и температуры окружающей среды, а в табл. 2.11 даны рекомендации по применению трансмиссионных масел с учетом предельно низких температур эксплуатации.

Таблица 2.10. Рекомендации по применению трансмиссионных масел

Таблица 2.11. Значения температур окружающей среды, при которых возможно трогание машины с места, °С, не ниже

2.3.3. Условия работы и требования к гидравлическим маслам

Гидравлические масла используются в гидравлических приводах систем управления, в подъемных устройствах автомобилей-самосвалов и дополнительного оборудования.

Являясь рабочим элементом в гидравлических приводах, они также предохраняют трущиеся детали от износа, отводят избыточное тепло, и удаляют продукты износа и загрязнения.

При работе гидравлические масла подвергаются большому перепаду температур — от минус 30 до плюс 80 °С; давление в системе составляет 10—15 МПа; скорость скольжения до 20 м/с; имеет место постоянный контакт с черными и цветными металлами, уплотнениями и шлангами при высоких давлениях и температурах. Поэтому к гидравлическим маслам предъявляются следующие эксплуатационные требования:

— хорошие вязкостно-температурные свойства (при максимальной температуре вязкость должна быть не ниже 7 мм 2 /с, а при минимальной — не ниже 1000 мм 2 /с);

— низкая температура застывания;

— хорошие смазывающие свойства, не вызывающие коррозии и не разрушающие резиновых изделий;

— стабильность при хранении и использовании;

— хорошие антипенные свойства;

Чаще всего для заполнения гидросистем в качестве жидкости используются маловязкие нефтяные масла или их смеси. Иногда добавляются вязкостные, противоизносные и антиокислительные присадки.

2.3.4. Классификация гидравлических масел и их обозначение

По кинематической вязкости гидравлические масла делят на десять классов (табл. 2.12), а по эксплуатационным свойствам — на три группы (табл. 2.13).

Таблица 2.12. Классы вязкости гидравлических масел

Таблица 2.13. Группы гидравлических масел по эксплуатационным свойствам

Пример обозначения гидравлического масла МГ-15-В: МГ обозначает масло гидравлическое; 15 — класс вязкости; В — группа по эксплуатационным свойствам.

Отечественная классификация гидравлических масел по группам в зависимости от эксплуатационных свойств имеет зарубежные аналоги.

по ГОСТ 17479-85 . А Б В

по ISO 6074/4 1982/Е . НН Н НМ

В технической литературе часто встречается устаревшая классификация гидравлических масел. В табл. 2.14 представлено соответствие обозначений гидравлических масел современной классификации по ГОСТ 17479.3—85 и принятой ранее.

Таблица 2.14. Соответствие обозначений гидравлических масел по ГОСТ 17479.3—85 принятым ранее

Контрольные вопросы

1. Расскажите об условиях работы трансмиссионных масел.

2. Какие требования предъявляются к трансмиссионным маслам?

3. Как классифицируются трансмиссионные масла?

4. Расскажите об условиях работы гидравлических масел.

5. Какие требования предъявляются к гидравлическим маслам?

6. Расскажите о классификации гидравлических масел.

Трансмиссионное масло и гидравлическое масло представляют собой две различные жидкости, которые относятся к категории смазочных материалов. Состав этих смазочных масел значительно различается в зависимости от их применения в оборудовании. Чтобы обеспечить высокую производительность и срок службы машины, оптимальные составы для масла необходимы для удовлетворения потребностей. Существуют различные типы и комбинации гидравлических жидкостей и трансмиссионных масел либо в виде минеральных масел, либо синтетических материалов, все они смешиваются с добавками.

Трансмиссионное масло

Основная функция трансмиссионного масла заключается в защите передач, работающих под высоким давлением и на высоких скоростях. Масла для трансмиссий, которые доступны во многих сочетаниях, используются для смазывания контактов редуктора с помощью скользящих и катящихся движений, используемых в промышленном оборудовании, автомобилях и других машинах. Масло обладает антифрикционными свойствами, в то время как оно охлаждает и удаляет тепло, которое возникает из-за трения между деталями. Низконагруженные цилиндрические шестерни нуждаются только в маслах, которые обеспечивают защиту от ржавчины и окисления, тогда как тяжело нагруженным требуется высокий уровень EP-присадок. Масла с высокой вязкостью хорошо защищают шестерни и плавно переносят смазку по всей зубчатой передаче. Такие масла обладают сильным запахом серы из-за присутствующих в них присадок, что способствует максимальной защите от давления. Масла, содержащие добавки EP (экстремального давления), имеют соединения фосфора или серы и являются коррозионными для желтых металлических втулок и синхронизаторов. Масла трансмиссионного масла GL-1 (Gear Lubricant-1) не имеют никаких добавок EP, поэтому они используются для применения на деталях из желтых металлов, таких как медь и латунь.

Трансмиссионные масла подразделяются на несколько групп в соответствии с рейтингами GL. Передовые коробки передач требуют масла GL-4; и, следовательно, при выборе трансмиссионных масел хорошо убедиться, что они соответствуют спецификациям производителя. Сегодня полностью синтетические трансмиссионные масла используются в транспортных средствах, так как они демонстрируют большую устойчивость к разрушению при сдвиге, чем минеральные масла. Тем не менее, высококачественные минеральные масла являются лучшими вариантами, поскольку они толще, имеют лучшие коэффициенты вязкости, чем синтетические трансмиссионные масла. Определение подходящего трансмиссионного масла для конкретного применения заключается в оценке вязкости, базового масла и смазки.

Гидравлическое масло

Гидравлическое масло - это смазочная среда, которая передает энергию через гидравлические системы, такие как стрелы экскаватора, гидравлические тормоза, системы рулевого управления с усилителем, подъемники и т. Д. Он получает большое количество энергии, используя сравнительно тонкие трубки и шланги. Ключевыми элементами эффективности в качестве гидравлических масел являются их жесткая устойчивость к уменьшению объема под давлением и высокой вязкостью. Чтобы облегчить это, гидравлические масла изготовлены из масел и добавок, чтобы плавно и эффективно передавать мощность, одновременно выполняя роль смазочных материалов и охлаждающих жидкостей. Гидравлическое масло может снизить износ, ржавчину и коррозию в гидравлическом оборудовании. Поскольку гидравлическое масло легко воспламеняется, небезопасно приближать его к любому источнику воспламенения.

Независимо от того, что указано выше, функции гидравлических масел в любой конкретной прикладной системе можно суммировать следующим образом: (i) Эффективность и экономичность передачи энергии; ii) Смазка системы. Iii) Устойчивость к пенам. (Iv) Возможность выпускать (v) Термическая, окислительная и гидролитическая стабильность (vi) Устойчивость к коррозии, удаление примесей и способность к износу (vii) Отфильтрованность (viii) Теплоотдача (ix) Вязкость (x) Сопротивление огню и вспышке и (xi) ) Низкий коэффициент расширения и низкий удельный вес. Ключом к прогнозированию поведения гидравлической жидкости является анализ ее вязкости при движении по гидравлической системе. Масла с низкой вязкостью не могут правильно запечатываться, что приводит к потере давления, просачиванию и износу компонентов. Слишком толстые жидкости снижают эффективность системы.

В качестве базовых компонентов используют минеральные, частично или полностью синтетические масла.

Общие требования

Основные функции трансмиссионных масел:

- предохранение поверхностей трения от износа, заедания, питгинга и других повреждений;

- снижение до минимума потерь энергии на трение;

- отвод тепла от поверхностей трения;

- снижение шума и вибрации зубчатых колес, уменьшение ударных нагрузок.

Масла не должны быть токсичными.

- иметь достаточные противозадирные, противоизносные и противопиттинговые свойства;

- обладать высокой антиокислительной стабильностью;

- иметь хорошие вязкостно-температурные свойства;

- не оказывать коррозионного воздействия на детали трансмиссии;

- иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой;

- обладать достаточной совместимостью с резиновыми уплотнениями;

- иметь хорошие антипенные свойства;

- иметь высокую физическую стабильность в условиях длительного хранения.

Все эти свойства трансмиссионного масла могут быть обеспечены путем введения в состав базового масла соответствующих функциональных присадок: депрессорной, противозадирной, противоизносной, антиокислительной, антикоррозионной, противоржавейной, антипенной и др.

Важнейшие свойства трансмиссионных масел

Смазывающая способность.
Вязкость и потери энергии на трение.
Термоокислительная стабильность.
Антикоррозионные свойства.
Защитные свойства.
Стойкость к пенообразованию.

В режиме гидродинамического трения смазывающая способность обеспечивается вязкостью базового масла (т.е. толщиной масляной пленки). Однако гидродинамический режим трения может возникнуть только на периферии контакта зубчатых передач. Непосредственно в зоне контакта наблюдаются режимы смешанного и граничного трения.

В режиме граничного трения, возникающего в трансмиссии под воздействием высоких температур и нагрузок, защита от износа и задира обеспечивается при помощи противозадирных и противоизносных присадок, в качестве которых обычно используют серу-фосфор-борсодержашие вещества.

В режиме граничного трения пленка смазочного материала становится очень тонкой, при этом в точках микроконтактов зубчатых колес возникают очень высокие температуры, которые в десятитысячные доли секунды достигают и превосходят температуру плавления металла. При этом активные элементы противозадирных и противоизносных присадок вступают в химическое взаимодействие с металлом, образуя модифицированные слои (так называемые "эвтектические смеси") с более низким напряжением сдвига, чем у металлов. Эти модифицированные слои представляют собой сульфиды, оксиды, фосфаты или фосфиды железа (в зависимости от присадки, входящей в состав масла). Модифицированная пленка образуется мгновенно и предотвращает задир зубчатых колес. Далее, под воздействием сил, возникающих в агрегате трансмиссии, эта пленка может быть подвергнута частичному сдвигу7. При этом в точке контакта зубьев колес снова происходит быстрое повышение температуры, которое вызывает повторение реакции и повторное образование пленки. И так далее.

Так, вкратце, выглядит механизм действия противозадирных и противоизносных присадок, входящих в состав трансмиссионного масла.

Зависимость смазывающих свойств масла от кинематической вязкости v при 100 °С:
1 - критическая нагрузка Рк; 2 - нагрузка спаривания Рс, 3 - диаметр пятна износа Dи

Вязкость масла в этих условиях не имеет такого принципиального значения, как при режиме контактно-гидродинамического смазывания. Однако в очень тонком слое масла малой вязкости может содержаться недостаточное количество противозадирной присадки, вследствие чего возникает опасность непосредственного контакта металлических поверхностей. Поэтому при создании маловязких трансмиссионных масел их противозадирный потенциал повышают увеличением концентрации серу-фосфорсодержащих присадок в 1,5 раза.

Между вязкостью и потерями мощности в агрегатах трансмиссии автомобиля существует прямая связь. Чем меньше вязкость масла, тем меньше потери энергии на внутреннее трение, тем больше КПД трансмиссии.

Общие потери энергии в трансмиссии значительны. Если 25 % полезной мощности автомобиля поступает от двигателя к трансмиссии, то в общей системе агрегатов трансмиссии вследствие собственных потерь эта мощность, передаваемая колесам, снижается уже до 12 %.

Поэтому для обеспечения снижения расхода топлива понятно стремление разработчиков к созданию масла минимальной вязкости. Однако с уменьшением вязкости масла существует опасность увеличения задира, истирания и питтинга. Кроме этого, уменьшение вязкости масла ниже определенного уровня может привести к повышению его расхода из-за несовершенства уплотнений или недостаточной герметичности трансмиссии. В связи с этим к маслу при его разработке предъявляют противоречивые требования. Для обеспечения холодного пуска трансмиссии при возможно низких температурах и минимуме потерь на преодоление трения в передачах вязкость масла должна быть минимальной, а для обеспечения высокой несущей способности масляной пленки и для снижения утечек через уплотнения - максимальной. Однако по мере совершенствования конструкций агрегатов трансмиссий, повышения интенсивности их работы доминирующими режимами работы узлов становятся граничное и смешанное трение, при которых вязкость масла теряет свое прежнее значение, а первостепенное значение приобретает введение в масло эффективных функциональных присадок, благодаря которым осуществляется защита поверхностей трения от задира и износа. Улучшение материалов уплотнений также позволяет использовать маловязкие масла в агрегатах трансмиссий.

Таким образом, при сочетании хороших низкотемпературных свойств и минимально допустимой вязкости при рабочей температуре трансмиссионного масла достигается заметная экономия топлива особенно в период пуска и разогрева автомобиля.

Возможности снижения расхода топлива при применении энергосберегающих сортов трансмиссионных масел значительно ниже, чем при применении маловязких моторных масел. Однако в масштабах транспортного парка экономия топлива может быть достаточно велика. Годовая экономия топлива в результате применения трансмиссионных масел пониженной вязкости может составить 2-3 %. В отдельных случаях (при работе транспорта в городских условиях, на коротких дистанциях и при холодном запуске) этот показатель может возрасти до 5-6 %.

В результате окисления масла изменяются его физико-химические и эксплуатационные свойства: увеличивается вязкость, возрастает коррозионная агрессивность, ухудшаются противозадирные свойства. Скорость и глубина окисления масла зависят от длительности окисления, температуры масла, каталитического действия металла, концентрации кислорода. Наибольший ускоряющий эффект на окисление масла оказывает его температура. Состав базового масла также оказывает влияние на окисляемость трансмиссионного масла. Так, при уменьшении в основе содержания остаточного компонента наблюдается пропорциональное увеличение термоокислительной стабильности масла.

При работе смазочного масла в трансмиссии окисляются все его компоненты, в том числе и содержащиеся в нем присадки. При этом эксплуатационные свойства масла ухудшаются. Особенно опасно уменьшение содержания в масле противозадирной присадки, что может привести к выходу механизма из строя. Для замедления процесса окисления в трансмиссионные масла вводят антиокислительные присадки.

Антиокислители уменьшают степень окисления масла, вступая в реакцию со свободными радикалами и гидроперекисями, образуя неактивные вещества, растворимые в масле, или разлагая эти материалы, образуя менее реакционноспособные продукты.

Для защиты деталей из цветных металлов от воздействия кислых продуктов в трансмиссионное масло вводят ингибиторы коррозии. Эти присадки или тормозят процесс окисления, снижая в масле концентрацию агрессивных элементов, или нейтрализуют образовавшиеся в масле кислые продукты, или образуют на поверхности металла плотную защитную пленку, которая предотвращает прямой контакт с ним агрессивных продуктов. Такая пленка одновременно пассивирует металл, предупреждая его каталитическое воздействие на окисление масла. Поэтому большинство ингибиторов коррозии являются также дезактиваторами металла.

Электрохимическую коррозию частично устраняют введением в состав масла защитных присадок, называемых противоржавейными. Механизм действия защитных присадок сводится к вытеснению влаги и других электролитов с поверхности металла и образованию на нем прочной адсорбционной пленки, предотвращающей контакт металла с агрессивной средой. Таким образом, эта пленка, в отличие от пленки, образованной антикоррозионными присадками, устойчива к действию не только органических кислот, но и воды.

В нафтеновых маслах растворимость воздуха больше, чем в парафиновых. Растворимость воздуха в масле снижается с уменьшением температуры и давления. При повышении температуры процесс образования пены интенсифицируется, причем тем эффективнее, чем меньше вязкость масла.

Загрязняющие примеси и в некоторых случаях функциональные присадки увеличивают поверхностное натяжение пленки, повышая степень устойчивости пены, в результате чего зубчатые колеса смазываются только масловоздушной смесью, что приводит к отказам зубатых передач через короткий период времени.

Основное назначение антипенных присадок - предупреждение образования стабильной пены в работающем агрегате. Антипенные присадки вызывают уменьшение поверхностного натяжения пленок, разделяющих мелкие пузырьки воздуха. Вследствие этого пузырьки объединяются в более крупные, легко разрываются, и пена гасится.

Читайте также: