В пособии рассмотрены основные требования к эксплуатационным материалам, производимым за рубежом и широко поставляемым в Россию
 Скачать 2.64 Mb.
|
Глава 3Трансмиссионные маслаДвигатель автомобиля вырабатывает механическую энергию, снимаемую с коленчатого вала. Затем крутящий момент необходимо передать к ведущим колёсам или другим потребителям. Эту задачу выполняет силовая передача (трансмиссия). Для обеспечения работы трансмиссии разработан класс смазочных материалов – трансмиссионные масла (ТМ). 3.1. Способы передачи крутящего моментаВ зависимости от назначения того или иного узла трансмиссии на автомобилях применяют различные способы передачи и преобразования крутящего момента: 1. Зубчатые передачи. Используются наиболее широко. Передаваемые параметры (крутящий момент и частота вращения) определяют типы зубчатых передач [16]: – цилиндрические прямозубые и косозубые; – реечные; – конические; – червячные цилиндрические; – глобоидные (глобоидальные). 2. Гидромуфты и гидротрансформаторы. Применяют при необходи-мости мягкого бесступенчатого увеличения крутящего момента от нуля до максимально возможного. Передаточное число муфты достигает единицы, а трансформатора – до шести [4]. Шестерни и колёса гидроустройств вращаются на валах, а также вместе с валами в стенках картеров агрегатов трансмиссии. Для этого используются подшипники скольжения и качения. 3.2. Условия применения и требования к качеству трансмиссионных масел Наиболее ответственными узлами агрегатов механических трансмиссий являются шестерёночные (зубчатые) передачи различной конструкции. Широко используют цилиндрические передачи с параллельными осями ведущего и ведомого валов. Такие устройства имеют ряд преимуществ – большие передаточные числа, надёжность и долговечность. Недостаток – повышенная шумность. Поэтому при малых нагрузках применяют прямозубые шестерни, при больших – косозубые. При необходимости передачи крутящего момента под углом, когда оси ведущего и ведомого валов пересекаются, применяют конические передачи с прямыми, косыми и криволинейными зубьями. Червячные передачи представляют собой компактные редукторы со скрещивающимися осями. Бесшумны. Передают большие крутящиеся моменты при относительно невысоких напряжениях, т. к. одновременно контактируют несколько зубьев. Гипоидная (гиперболоидная) – вид винтовой зубчатой передачи, осущест-вляемый двумя коническими колесами со скрещивающимися, смещенными друг относительно друга осями. Нагрузочная способность гипоидных передач выше, чем в других передачах со скрещивающимися осями, благодаря линейному контакту и увеличению числа зубьев, находящихся в зацеплении. Отличаются плавной и бесшумной работой из-за хорошего притирания сопряженных поверхностей. Недостаток – повышенная опасность заедания как следствие скольжения контактирующих поверхностей с большими относительными скоростями вдоль линии контакта. Условия работы зубчатых передач характеризуются высокими нагрузками в зоне контакта зубьев, относительно большими скоростями взаимного перемещения трущихся поверхностей и значительными температурами в зоне контакта. В цилиндрических, конических и червячных передачах удельные нагрузки в полюсах зацепления составляют 0,5 ГПа, в гипоидных – до 3 ГПа и более. Это может вызвать разрушение масляной пленки и, как следствие, сухое трение. Фактические скорости скольжения в цилиндрических и конических передачах составляют на входе в зацепление 1,5–3,0 м/с, для гипоидных – до 15 м/с, а для червячных – 20–25 м/с. В цилиндрических и конических передачах вектор скорости направлен по профилю вдоль эвольвентой образующей нормально к линии контакта, вследствие чего преобладает трение качения, когда контактирующие поверхности при вращении колес катятся друг по другу. В отличие от этого в гипоидной и червячной передачах происходит дополнительное движение – проскальзывание поверхностей в течение всего времени зацепления, что создает дополнительные напряжения в зоне трения. Рабочая температура масла в картере агрегата трансмиссии зависит от количества энергии, выделяемой при трении зубьев передач, температуры окружающего воздуха, вязкости масла, его уровня в картере и других факторов. Минимальная температура масла определяется температурой окружаю-щего воздух в момент начала работы агрегата. Средняя температура поддерживается на протяжении времени работы агрегата. Для большей части современных автомобилей в умеренной климатической зоне она достигает 120…130 ºC, а иногда до 150 ºC. Максимальная температура устанавливается при экстремальных режимах и может достигать 200 ºC. В гидромуфтах и гидротрансформаторах передача крутящего момента осуществляется при воздействии рабочей жидкости (маловязкого масла) отбрасываемой лопатками насосного колеса на лопатки турбинного колеса. Кроме того, это же масло должно обеспечить и смазку узлов трения. Температурный диапазон применения масел для гидромеханических передач шире, чем у механических. Начальная температура равна наружной. При работе, в моменты сцепления фрикционных дисков, температура их на поверхности составляет 200…300 ºC, при непродолжительных скачках до 350…550ºC. Средние, рабочие температуры масел поднимаются до 150 ºC и выше. Применение фрикционов обуславливает наличие у рабочих масел гидродинамических силовых передач фрикционных свойств. А в автоматических трансмиссиях фрикционные свойства рабочей жидкости приобретают особо важное значение, влияя на их классификацию [17]. Вышеизложенные условия применения масел для обеспечения работы узлов и агрегатов трансмиссии (трансмиссионных масел) определяют предъявляемые к ним требования: – высокий уровень смазывающих свойств для предупреждения износа, заедания и питтинга (выкрашивания); – необходимый уровень фрикционных свойств, обеспечивающих сцепление фрикционных дисков в гидродинамических трансмиссиях; – высокая термическая и термоокислительная стабильность; – высокая физическая стабильность при хранении; – защита смазываемых поверхностей от коррозийного воздействия агрес-сивных веществ, попадающих в масло или образующихся в нем при работе; – противоэмульсионная и антипенная устойчивость; – пологая температурно-вязкостная кривая и малая вязкость при низких температурах; – нейтральность к конструкционным материалам, – снижение шума и вибрации агрегатов и узлов трансмиссии; – отвод тепла и удаление продуктов износа; – нетоксичность и экологичность. 3.3. Состав трансмиссионных масел Как и моторные, трансмиссионные масла имеют основу и функциональные присадки для улучшения эксплуатационных свойств. Основой трансформаторных масел служат высококачественные дистиллятные или остаточные минеральные масла, получаемые при перегонке нефти. Они подвергаются специальной очистке и депарафинизации. Используют и фракции нефти асфальтового основания, а также высокополимерные соединения. Для сложных и ответственных узлов и агрегатов применяют высококачественные дорогие синтетические масла. Дистиллятные масла имеют слишком малую вязкость при высоких температурах, а остаточные – высокую вязкость при низких температурах. Эти и другие недостатки устраняют введением в основу различных присадок, улучшающих эксплуатационные свойства ТМ. Для улучшения вязкостно-температурных свойств применяют высоко-полимерные загущающие присадки. Наиболее широко используют полиизобутилены, полиметакрилаты, виниполы и др. Добавление этих присадок позволяет получить масло, работоспособное при весьма низких температурах и не слишком разжижающееся при рабочих и максимальных. Противоизносные и противозадирные присадки – это в основном поверхностно-активные вещества, упрочняющие масляную плёнку, препятствующую непосредственному контакту трущихся поверхностей. Хорошие противоизносные и противозадирные присадки – серосодержащие соединения: дисульфиды, полисульфиды, олефиновые полимеры и т. д. В условиях повышенных нагрузок и температур эти соединения взаимодействуют с металлом. На трущихся поверхностях образуется пленка сульфида железа, имеющая меньшую температуру плавления, чем основа. При повышении температуры эта пленка плавится и является дополнительной смазкой, препятствующей износу и задиру. Противозадирный эффект проявляется и при использовании хлорсодержащих присадок: гексахлорэтана, хлорированного парафина, ароматических углеводородов и др. Однако хлорсодержащие соединения коррозийно-агрессивны, особенно в присутствии воды. Необходимы дополнительные присадки, устраняющие этот недостаток. И 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 повышают нагрузку заедания трущихся поверхностей при малых скоростях скольжения, но недостаточно эффективны при высоких скоростях и ударном нагружении. В товарные масла вводят присадки с несколькими активными элементами: S – Cl, S – P, Cl – P. В этом случае действие одного активного элемента при изменении условий трения дополняются действием другого. Антиокислительные присадки препятствуют возможному окислению компонентов масла при работе последнего в условиях повышенных температур. Этим предотвращается существенное изменение свойств трансмиссионных масел. К антиокислительным присадкам относятся соединения типа фенолов, а также соединения содержащие серу, фосфор, аминные и другие функциональные группы. Для защиты деталей от коррозии в масло добавляют антикоррозийные присадки – соединения, содержащие серу, фосфор, серу и фосфор в одной молекуле, образующие каталитически неактивную плёнку на поверхности металла, предохраняющую металл от воздействия все-таки образующихся продуктов окисления масла. Противопенные присадки предотвращают пенообразование. Это в основном кремнийорганические соединения. Их добавляют в количестве не более 0,01%. Депрессорные присадки применяют для понижения температуры застывания масел и повышения их текучести при низких температурах. Для этого используют полиметакрилаты, окисленный петролитум и др. Эффективность действия этих присадок зависит от химической природы масла, его вязкости, содержания углеводородов, застывающих при сравнительно высоких температурах. Эти присадки понижают температуру застывания масла на 5…25 ºC. Моюще–диспергирующие присадки по действию аналогичны присадкам, применяемым при производстве моторных масел. Антифрикционные присадки добавляют в трансмиссионные масла, используемые в узлах и агрегатах силовой передачи механического типа. Многофункциональные или универсальные присадки содержат в одном соединении несколько различных функциональных групп и обладают противоизносными, противозадирными, моющими, антикоррозийными, антиокислительными, депрессорными свойствами. Примером таких присадок являются соли кислых эфиров диалкилдитиофосфорной кислоты. Весьма перспективными являются синтетические масла. Для получения таких масел используют синтетические углеводородные масла, сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот, сложные эфиры многоатомных спиртов полисилоксановые жидкости и другие соединения. Изготавливаемые специально для заданных условий работы, эти вещества, естественно, наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к трансмиссионным маслам. Например, обеспечивают температуру вспышки до 230 ºC, а температуру застывания минус 57 ºC. Поскольку эти соединения искусственные, их стоимость в три-четыре раза выше, чем минеральных масел, но и работают они дольше. 3.4. Обозначение и ассортимент трансмиссионных масел Большое разнообразие конструкций узлов и агрегатов трансмиссии влечет за собой широкий ассортимент трансмиссионных масел. Масла для силовых передач классифицируют согласно ГОСТ 17479.2-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла трансмиссионные». В обозначении трансмиссионных масел, как и моторных, указывают их принадлежность к классам и группам в зависимости от их вязкостных и эксплуатационных свойств. Вначале две буквы «ТМ» определяют вид масла – трансмиссионное масло. Цифра, следующая через дефис за обозначением вида, характеризует группу эксплуатационных свойств. Группы различают по присадкам, добавляемым в минеральное масло и характеристикам областей применения (тип передач, рабочие температуры и контактные напряжения). Затем, через дефис, указывают класс вязкости. Деление масел на классы вязкости и эксплуатационные группы показано в табл. 3.1. и 3.2. Таблица 3.1 Классы вязкости трансмиссионных масел
Таблица 3.2 Группы трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам
|