Температура масла (в °С) в картере ведущего моста грузовых автомобилей

Наряду с рабочей температурой необходимо учитывать температуру в зоне трения.

Температура масла в зоне контакта поверхности трения зубчатых зацеплений может значительно отличаться от температуры масла в объеме (в картере), которые приведены в табл.36 и достигает величин 150...200 ⁰С. Повышение температуры связано с адиабатическим сжатием пленки масла в момент контакта зубьев и тепловыделением в поверхностном слое металла за счет трения.

Особенно высокие температуры развиваются в условиях граничной смазки, когда имеет место непосредственный контакт выступов сопряженных поверхностей. Так, в гипоидных передачах температура в зоне контакта может превышать температуру масла в объеме на 150...250 ⁰С. При таких высоких температурах масла может происходить сваривание металла и задир зубьев. Температура, при которой наступает задирание зубьев, называют температурой тепловой вспышки.

Температура тепловой вспышки находится в прямой зависимости от произведения f× p× v, которое характеризует интенсивность тепловыделения при трении, где f - коэффициент трения; р ─ удельное давление; v ─ скорость скольжения.

Чем больше величина f× p× v, тем выше температура нагрева масляной пленки и тем тяжелее условия работы масла. Для каждого масла, работающего в узле трения, характерна определенная величина f× p× v, выше которой наступает задир зубьев шестерен. Для современных трансмиссионных масел наименьшие температуры тепловой вспышки, выше которой начинается задир зубьев, составляет 320...350 ⁰С.

Температура масляной пленки в зоне контакта зависит не только от интенсивности тепловыделения и охлаждения поверхности трения за время одного контакта до начала следующего. Здесь важна длительность охлаждения. Она тем больше, чем меньше частота вращения шестерен (меньше и периодичность контакта). Большое влияние на охлаждение поверхности оказывает масло. С уменьшением его вязкости теплоотвод увеличивается.

Исходя из условий применения, к маслам для механических трансмиссий предъявляются следующие требования:

масла должны иметь высокие антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства, имеющие наибольшее значение для трансмиссионных масел. От этих свойств при прочих равных условиях зависит режим смазки, а также долговечность и экономичность работы зубчатого зацепления. Необходимо чтобы вязкость масел была оптимальной. С одной стороны она должна быть невысокой, чтобы агрегат трансмиссии работал без значительных потерь энергии на трение и с другой стороны, достаточно большой, чтобы предотвратить утечку масла из агрегата и обеспечить минимальную несущую способность масляного слоя - гарантировать гидродинамический режим или отсутствие задира поверхностей трения в условиях граничного трения, когда гидродинамический режим смазки не осуществится (должна быть в пределах 8…33 Па ^. с).

При рабочей температуре, совпадающей с минимальной температурой воздуха в районе эксплуатации техники, вязкость масла должна обеспечивать свободное трогание машин с места после продолжительной стоянки (быть не меньше 5000 Па^. с).

Высокие противоизносные и особенно противозадирные свойства трансмиссионным маслам придают добавлением в них высокоэффективных присадок, содержащих активные элементы: серу, фосфор, хлор.

Масла, длительное время работающие в агрегатах трансмиссии при повышенных температурах и высоких давлениях, подвергаются окислению одновременно в зоне контакта трущихся поверхностей и в объеме. Процесс окисления масла ускоряется от каталитического воздействия металлов, особенно цветных. Поэтому трансмиссионные масла должны иметь высокую химическую (термоокислительную) стабильность.

В целях предотвращения атмосферной коррозии деталей трансмиссии машин, находящихся на длительном хранении, трансмиссионные масла должны обладать хорошими защитными свойствами.

На военной технике все более широкое применение находят гидродинамические трансмиссии, состоящие из следующих основных узлов: гидротрансформатора или гидромуфты, шестереночной (механической) коробки передач и системы автоматического управления.

Масло в гидродинамических трансмиссиях выполняет одновременно две функции: обеспечивает смазку зубчатых передач и является в тоже время рабочей жидкостью в гидротрансформаторах, гидромуфтах, гидроусилителях и регуляторах.

Удельное давление в гидромеханических трансмиссиях меньше, чем на зубьях шестерен механических трансмиссий, и не превышает 600...800 МПа. Это, однако, не означает, что условия работы масел в гидромеханических трансмиссиях «легче», чем в механических.

Нагруженность шестерен в агрегатах гидромеханической трансмиссии определяется не только величиной передаваемого максимального крутящего момента, но и дополнительным нагружением, возникающим от воздействия инерции вращающихся масс передач, а также инерции массы поступательного движения самой машины. Эти инерционные моменты являются источником относительно больших дополнительных нагрузок на зубья шестерен. Скорости скольжения в местах контакта зубьев шестерен, которые устанавливаются в планетарных коробках передач гидромеханических трансмиссий, такие как у обычных механических передач ─ 1, 5…5 м/с.

Температура масла, работающего в гидромеханических трансмиссиях, изменяется в более широком интервале, чем у масла для механических трансмиссий. Если минимальные рабочие температуры обоих масел совпадают, то средние эксплуатационные и максимальные рабочие температуры первого из масел значительно выше.

Объясняется это конструктивными особенностями передачи. В частности, когда с двигателя снимается большая мощность, чем это необходимо для преодоления дорожных сопротивлений, избыточная мощность расходуется на внутреннее трение масла. Высокие скорости потоков масла, образующихся в гидромуфтах, гидротрансформаторах (до 80…100 м/с), также служат источником повышения температуры масла. Максимальная температура масла в гидромеханических передачах обычно колеблется в пределах 90…130 ⁰С. В особо жестких условиях, при местных кратковременных перегрузках она может достигать 150 ⁰С.

Исходя из условий применения, к маслам для гидромеханических трансмиссий предъявляются следующие основные требования:

- высокие антифрикционные свойства. Вязкость во всем диапазоне эксплуатационных температур должна обеспечивать максимальный коэффициент полезного действия передачи и возможность работы трансмиссии при низких температурах окружающей среды. Одновременно нижний предел вязкости должен исключать возможность утечки масла через уплотнения. Практикой эксплуатации и результатами исследований установлено, что для гидромеханических трансмиссий следует применять масла с вязкостью при +100 ⁰С в пределах 4…5 мм²/с.

- высокие противоизносные свойства. Требования к противоизносным свойствам масел для гидромеханических трансмиссий в основном предъявляются те же, что и к обычным трансмиссионным маслам. Однако, исходя из особенностей конструкции агрегатов и условий работы масла в них, к маслам для гидромеханических трансмиссий предъявляются более жесткие требования. Это обуславливается тем, что масла работают при более высоких температурах и наличием новых узлов трения, отсутствующих в механических трансмиссиях: многодисковые фрикционные муфты свободного хода, упорные шайбы, шестеренчатые насосы, сервомеханизмы, системы автоматического регулирования и другие.

Кроме трения стали по стали, характерного для механических трансмиссий, в гидромеханических имеются и другие трущиеся пары: сталь по бронзе, сталь по металлокерамике и т.д. Большое разнообразие материалов сопряженных трущихся пар затрудняет подбор масла для гидромеханических трансмиссий и присадок, обеспечивающих защиту от износа всех имеющихся в гидропередаче трущихся пар.

- необходимые фрикционные свойства, чтобы обеспечивать нормальную работу дисков сцепления и тормозных лент без пробуксовывания и схватывания. То есть масло должно обеспечивать контакт трущихся поверхностей дисков сцепления при сравнительно высоком коэффициенте трения (от 0, 1…0, 12 до 0, 16…0, 18). При коэффициенте трения, меньшем 0, 1 работа дисков сцепления сопровождается их пробуксовыванием, что приводит к перегреву дисков и к выходу их из строя. При коэффициенте трения, большем 0, 18 сцепление фракционных дисков сопровождается рывками, что также вызывает их преждевременный выход из строя. Улучшение фрикционных свойств масла достигается добавлением или специальных присадок, совмещающих несколько функций.

- высокую стабильность, не корродировать металлические детали системы, а также не разрушать резиновые и другие уплотнения, не вспениваться.

Высокая температура масла в гидромеханических трансмиссиях, непосредственный контакт его со сравнительно большим количеством воздуха в присутствии разнообразных каталитически активных материалов вызывает более быстрое окисление масла, происходящее в объеме, в тонком слое и в туманообразном состоянии, чем в механических трансмиссиях. При окислении масла нарушается нормальная работа отдельных узлов гидропередачи (например, дисков сцепления, тормозных лент). Чем быстрее окисляется масло, тем раньше начинают неустойчиво работать диски сцепления. На окисляемость масла в гидромеханических трансмиссиях большое влияние оказывают их конструктивные особенности, а также условия эксплуатации машины. Например, езда по городу с частыми остановками в большей степени ускоряет окисление масла, чем при движении за городом.

Чтобы предотвратить окисление масла и уменьшить отложения на деталях гидропередачи, к маслам добавляют антиокислительные и моющие присадки.

Детали агрегатов гидропередачи выполнены из различных металлов и сплавов. Наиболее подвержены коррозии детали, изготовленные из сплавов цветных металлов, в особенности те из них, работа которых сопряжена с действием переменных нагрузок (диски сцепления, тормозные ленты, клапана и золотники системы управления и др.). Чтобы предотвратить коррозионное разрушение деталей гидропередачи в масло добавляют антикоррозионные присадки.

Для обеспечения нормальной работы гидропередачи важно сохранение постоянного уровня масла в картере и недопущение утечки масла. Поэтому необходимо, чтобы масло не оказывало разрушающего воздействия на материалы уплотнительных устройств, оно не должно вызывать чрезмерного набухания или усадки резиновых деталей, приводящих к утечке масла. Большое влияние на резиновые детали уплотнительных устройств оказывают химический состав масла и состав резины. Например, дистилляты парафинового основания обычно вызывают усадку резиновых сальников, в то время как дистилляты нафтенового и особенно ароматического основания вызывают их набухание. Считается недопустимым, если масла вызывают набухание резины от 1 до 6 %, Меньше других материалов набухают в минеральных маслах уплотнения, изготовленные из силиконового каучука, сохраняющие одновременно работоспособность в широком интервале температур (от минус 50 до 10 ⁰С).

Образование большого количества пены в масле нарушает работу автоматики системы управления. Кроме того, такое масло из-за резкого увеличения площади контакта с воздухом подвергается интенсивному окислению. На величину пенообразования оказывают большое влияние химические свойства масла. Так, противопенные свойства масла могут ухудшаться при введении в него противоизносных, загущающих и особенно моющих присадок, Этот показатель зависит также от поверхностного натяжения и плотности масла. Склонность масла к образованию пены возрастает с повышением температуры.

Для улучшения противопенных свойств масел к ним добавляют присадку ПМС-200А, эффективно действующую в небольших концентрациях (не выше 0, 005 %).

Классификация трансмиссионных масел

Среди трансмиссионных масел, используемых в Вооруженных Силах, наибольшее распространение имеют масла для агрегатов трансмиссии автомобильной, бронетанковой и авиационной техники (табл. 5.16).

Таблица 5.16

Трансмиссионные масла для военной техники

Многообразие требований к трансмиссионным маслам в зависимости от области применения и обилие марок, приводят к необходимости обобщения различных спецификаций и создания единой классификационной системы обозначения этих масел. В настоящее время за рубежом действует несколько классификаций трансмиссионных масел. В РФ для разделения по классам вязкости и эксплуатационным группам, а также для установления стандартных обозначений минеральных трансмиссионных масел принят ГОСТ 17479.2-85. С помощью буквенных и цифровых знаков определяют соответствующую принадлежность масла к классу и группе вязкости. В зависимости от уровня вязкости трансмиссионные масла разделяют на четыре класса (табл. 5.17).

Таблица 5.17

Классификация трансмиссионных масел по уровням вязкости

В соответствии с классом вязкости ограничены допустимые пределы кинематической вязкости при 100 ⁰С, и отрицательная температура, при которой еще обеспечивается надежная работа трансмиссий (зубчатых зацеплений в механических коробках передач, раздаточных коробок, ведущих мостах и других агрегатах), так как динамическая вязкость при этой температуре не превышает 150 Па с.

В зависимости от эксплуатационных свойств и возможных областей применения масла для трансмиссий автомобилей, тракторов и другой мобильной техники их относят к 5 группам, указанным в табл.5.18.

Таблица 5.18