Трансмиссионные масла
Назначение, общие требования и свойства. Классификации
Трансмиссионным маслам незаслуженно уделяют меньше внимания, чем моторным. Однако надежная эксплуатация транспортного средства возможна лишь при условии применения высококачественного масла во всех узлах.
Работа масла в трансмиссии современного автомобиля имеет специфические особенности. Это высокие контактные давления, скорости скольжения и широкий диапазон температур. Пусковые свойства и длительную работоспособность масла надо обеспечивать в интервале от –60 до +150 °С рабочей температуры в объеме масла. В зоне контакта зубьев шестерен фактическая температура может быть на 150–200 °С выше.
Что касается режимов трения, то в зоне контакта наблюдаются гидродинамическое, смешанное и граничное трение. По мере совершенствования конструкции агрегатов и повышения интенсивности их работы доминирующими становятся граничное и смешанное трение.
К основным функциям трансмиссионного масла относят:
- предохранение поверхностей трения от износа, задира, питтинга и, в конечном счете, поломки зубьев;
- снижение потерь энергии на трение;
- отвод тепла из зоны контакта зубчатой передачи;
- снижение шума и вибрации, уменьшение ударных нагрузок.
| Группа | Состав масла | Рекомендуемая область применения |
|---|---|---|
| 1 | Минеральное без присадок | Цилиндрические, конические и червячные передачи. Контактное давление 900–1 600 МПа, температура масла в объеме до 90 °С |
| 2 | Минеральное с противозадирными присадками | То же. Контактное давление до 2 100 МПа, температура масла в объеме до 130 °С |
| 3 | Минеральное с противозадирными присадками умеренной эффективности | Цилиндрические, конические, спирально-конические и гипоидные передачи. Контактное давление до 2 500 МПа, температура масла в объеме до 150 °С |
| 4 | Минеральное с противозадирными присадками высокой эффективности | Цилиндрические, спирально-конические и гипоидные передачи. Контактное давление до 3 000 МПа, температура масла в объеме до 150 °С |
| 5 | Минеральное с противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальное масло | Гипоидные передачи. Ударные нагрузки. Контактное давление выше 3 000 МПа, температура масла в объеме до 150 °С |
Для обеспечения пуска трансмиссии при возможно более низкой температуре и снижения потерь на трение в передачах вязкость масла должна быть минимальной, а для обеспечения высокой несущей способности масляной пленки и предотвращения потерь масла через уплотнения – максимальной. При хороших низкотемпературных свойствах трансмиссионного масла и минимально допустимой вязкости при рабочей температуре достигается заметная экономия топлива, особенно при пуске и разогреве агрегатов автомобиля.
Масло должно обладать достаточными противозадирными, противоизносными и противопиттинговыми свойствами, быть стойким к окислению, физически стабильным, противодействовать коррозии меди и пенообразованию, обладать необходимой совместимостью с резиновыми уплотнениями и иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой.
Классификация
Отечественная классификация трансмиссионных масел отражена в ГОСТ 17479.2–85.
Трансмиссионные масла разделяют на четыре класса вязкости. В каждом из них ограничены кинематическая вязкость при 100 °С и отрицательная температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 000 мПа·с (предел, при котором еще возможна надежная работа агрегатов трансмиссии).
| Класс вязкости | Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с (сСт) | Температура увеличения динамической вязкости до 150 000 мПа·с, °С, не выше |
|---|---|---|
| 9 | 6,00 – 10,99 | –35 |
| 12 | 11,00 – 13,99 | -26 |
| 18 | 14,00 – 24,99 | -18 |
| 34 | 25,00 – 41,00 | – |
В зависимости от эксплуатационных свойств и возможных областей применения масла для трансмиссий автомобилей, тракторов и другой мобильной наземной техники отнесены к пяти группам. По ГОСТ 17479.2–85 масла маркируют по уровню напряженности работы и классам вязкости. Например, ТМ-5-18:
- ТМ – начальные буквы слов «трансмиссионное масло»;
- 5 – группа по эксплуатационным свойствам;
- 18 – класс вязкости.
В США и Западной Европе получили распространение две системы классификации автотракторных трансмиссионных масел:
- SAE J 306 – по вязкости (разработана Американским обществом автомобильных инженеров);
- API – по эксплуатационным свойствам (разработана Американским нефтяным институтом).
Эти классификации дополняют одна другую. Их совместное использование обеспечивает правильный выбор сорта масла.
| Категория по API | Условия эксплуатации | Область применения | Состав масла |
|---|---|---|---|
| GL-1 | Относительно мягкие: невысокие нагрузки и скорости скольжения | Механические коробки передач грузовых автомобилей и сельскохозяйственных машин | Минеральное масло без присадок или с депрессорной и антипенной присадками |
| GL-2 | Умеренные по нагрузкам и скоростям скольжения | Червячные передачи транспортных средств, индустриальные трансмиссионные масла | То же, что и GL-1. Возможна антифрикционная присадка |
| GL-3 | Умеренно-жесткие со средними нагрузками и скоростями скольжения | Механические коробки передач грузовых автомобилей и спирально-конические передачи задних мостов | Слабая противозадирная присадка |
| GL-4 Эквивалентна отмененной спецификации MIL-L-2105 | Тяжелые по нагрузкам и скоростям скольжения | Механические коробки передач легковых автомобилей, спирально-конические передачи задних мостов | Обязательна противозадирная присадка средней активности. Обычно достаточно 50% присадок масла GL-5 |
| GL-5 Эквивалентна отмененной спецификации MIL-L-2105D | Очень тяжелые по нагрузкам и скоростям скольжения, включая ударные нагрузки в гипоидной передаче при высокой скорости скольжения | Гипоидные передачи легковых и грузовых автомобилей | Активные противозадирные и противоизносные присадки |
| GL-6* | Очень тяжелые c высокими скоростями скольжения и ударными нагрузками в гипоидной передаче | Гипоидные передачи со значительным смещением осей шестерен | В составе масла должны быть активные противозадирные и противоизносные присадки. Процент противозадирной присадки должен быть больше, чем в масле GL-5 |
| MT-1 (PG-1)** | Очень тяжелые (механические коробки передач без синхронизации) | Механические коробки передач без синхронизации тяжелых грузовиков и автобусов | В составе масла должны быть активные противозадирные и противоизносные присадки, а также присадки, улучшающие термостабильность и совместимость с уплотнениями |
| PG-2*** | Очень тяжелые (спирально-конические и гипоидные передачи) | Спирально-конические и гипоидные передачи большегрузных автомобилей и автобусов | В составе масла должны быть активные противозадирные и противоизносные присадки, а также присадки, улучшающие термостабильность и совместимость с уплотнениями |
* Категория GL-6 отменена, так как прекращено изготовление испытательного оборудования.
** В 1995 г. Американский нефтяной институт ввел новую категорию трансмиссионных масел – API MT-1 (взамен предложенной в 1988 г. временной категории PG-1). Категория MT-1 – это масла для механических коробок передач (без синхронизации) большегрузных автомобилей и автобусов, эксплуатируемых в тяжелых условиях в Северной Америке. Категория MT-1 превосходит GL-1 – GL-5 по требованиям к термостабильности, способности обеспечить чистоту деталей при высоких температурах, противоизносным свойствам и совместимости с резиновыми уплотнениями и медными сплавами. Категория MT-1 не содержит требований к маслам для механических коробок передач с синхронизацией и не предназначена для замены категории GL-4.
*** Временная категория PG-2 (предложена Американским нефтяным институтом в 1988 г.). Так обозначают масла для задних мостов тяжелых грузовиков и автобусов со спирально-коническими и гипоидными передачами, работающих в Северной Америке в тяжелых условиях. Эта категория так же, как MT-1 содержит повышенные требования к термостабильности, лучшей чистоте деталей при высокой температуре, износу, совместимости с резиновыми уплотнениями и медными сплавами. Окончательное введение категории задерживается из-за проблем с испытанием на поверхностную усталость шестерен.
Вязкость трансмиссионного масла должна соответствовать максимальной и минимальной температурам применения техники. Исходя из этого, стандарт SAE основан на определении вязкости смазочного материала, измеряемой при высоких и низких температурах. Другие характеристики масел не рассматриваются.
Согласно последней редакции SAE J 306 (JUL 98), при описании класса вязкости трансмиссионного масла в обозначении можно использовать: число с буквой W, например, SAE 75W; только число (SAE 80); комбинацию двух чисел с буквой W (SAE 75W-90).
В последнем случае сначала должен быть указан сорт с буквой W, а после нее ставят дефис. Другие варианты написания неприемлемы. Маркировка с двумя буквами W исключается. Трансмиссионное масло, отвечающее требованиям SAE 75W, SAE 85W и SAE 90, имеет обозначение SAE 75W-90, но не SAE 75W-85W-90, как допускала предыдущая редакция стандарта SAE J 306.
Трансмиссионные масла, которые одновременно удовлетворяют высоко и низкотемпературным требованиям, являются всесезонными для определенной климатической зоны. Например, всесезонное масло для средней климатической зоны класса вязкости SAE 80W-90 должно удовлетворять низкотемпературным требованиям к маслу SAE 80W (динамическая вязкость 150 000 мПа·с при –26 °С) и высокотемпературным SAE 90 (при 100 °С кинематическая вязкость 13,5–24 мм2/с).
| Класс вязкости | Максимальная температура для вязкости 150 000 мПа·с (сПз), °С | Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с |
|---|---|---|
| SAE 70W | -55 | 4,1 min |
| SAE 75W | -40 | 4,1 min |
| SAE 80W | -26 | 7,0 min |
| SAE 85W | -12 | 11,0 min |
| SAE 80 | – | 7,0 – 11,0 |
| SAE 85 | – | 11,0 – 13,5 |
| SAE 90 | – | 13,5 – 24,0 |
| SAE 140 | – | 24,0 – 41,0 |
| SAE 250 | – | 41,0 min |
Вязкость при высокой температуре определяется гидродинамическими характеристиками и косвенно дает представление о величине нагрузочной способности масляной пленки. Некоторые трансмиссионные масла содержат высокомолекулярные полимеры, известные как модификаторы вязкости. В эксплуатации эти присадки подвергаются деструкции, и вязкость масла снижается. Классификация SAE J 306 (JUL 98) предусматривает испытания по методу CEC L-45-T-93 «Стабильность вязкости трансмиссионных масел к напряжению сдвига». Вязкость при 100 °С, указанная в таблице, должна быть не только у свежего масла, но и после испытания. Это требование отсутствовало в предыдущей редакции стандарта SAE J 306 (OCT 91).
Величина 150 000 мПа·с (сПз), используемая для определения низкотемпературных свойств, основана на результатах испытаний задних мостов автомобилей различной конструкции. Эти испытания показали, что поломки происходят при вязкости выше, чем 150 000 сПз. Испытания также показали, что метод Brookfield дает адекватную точность на этом уровне вязкости.
По классификации API трансмиссионные масла делят на группы в зависимости от конструкции и условий эксплуатации агрегатов, а также содержания функциональных присадок и обозначают как API GL. Известны шесть категорий от API GL-1 до API GL-6, новая категория MT-1 и проектная категория PG-2.
| Год введения | Обозначение | Примечание |
|---|---|---|
| 1942 | US Federal Government VVL-761 | Первоначальное обозначение MIL-L-2105B. По этой спецификации выпускают масла категории API GL-4. Содержит некоторые устаревшие методы испытаний. Предусмотрено скорое обновление |
| 1946 | MIL-L-2105 | |
| 1958 | MIL-L-002105A | Эквивалентна API GL-5 |
| 1962 | MIL-L-2105B | Первоначальное обозначение MIL-L-002105А |
| 1976 | MIL-L-2105C | Эквивалентна API GL-5, включает всесезонные масла и SAE 75W; превышает требования MIL-L-10324А |
| 1987 | MIL-L-2105D | Отвечает нормативным требованиям по охране здоровья, безопасности и защите окружающей среды |
| 1995 | MIL-PRF-2105E | Объединяет требования MIL-L-2105D и API MT-1. Признает необходимость улучшения термической стабильности |
Спецификации
Классификации SAE и API дают общую характеристику трансмиссионных масел, без учета всех показателей качества. Полные требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам масел и их допустимые предельные величины указывают в спецификациях.
В Западной Европе и США автомобильные трансмиссионные масла выпускают по спецификациям фирм-производителей автомобилей или по военным (армии США и НАТО). Спецификации обоих типов содержат требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам масел, определяют объем и методы их испытаний. Промышленные спецификации распространяются на масла от API GL-1 до API GL-6, военные – на API GL-4 и API GL-5.
Военные спецификации дают описание почти всех требований, предъявляемых к маслам, которые имеются на заправочных станциях в США и большинстве других стран.
Требования некоторых изготовителей техники выше, чем гарантируемые этими спецификациями. Поэтому основные изготовители техники имеют собственные спецификации на трансмиссионные масла первой заправки. К этим маслам предъявляются дополнительные требования, обеспечивающие специфические характеристики, такие, как чистота деталей, работоспособность синхронизаторов, продолжительность ограничения проскальзывания и др.
Тем не менее, чаще всего для первой заправки рекомендуются масла категории GL-5 по спецификации MIL-L-2105D.
В России собственные спецификации имеет только АвтоВАЗ (так называемые ТТМ ВАЗ), которые распространяются на три группы масел:
- ТТМ ВАЗ 1.97.716 – для всесезонной эксплуатации агрегатов трансмиссии автомобилей ВАЗ всех моделей, за исключением семейства ВАЗ-2108 и ВАЗ-1111(«Ока»);
- ТТМ ВАЗ 1.97.728 – для всесезонной эксплуатации коробок передач переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ-2108 и ВАЗ-1111(«Ока»);
- ТТМ ВАЗ 1.97.729 – для всесезонной эксплуатации агрегатов трансмиссии автомобилей ВАЗ всех моделей (универсальные трансмиссионные масла).
