1车辆齿轮油的工作条件
车辆传动机构中的齿轮,根据其轴线相互位置关系的不同,有平行轴传动和相交轴传动之分;按齿轮和齿轮的形状不同,可分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、螺旋圆柱齿轮、直齿锥齿轮、螺旋锥齿轮和双曲面锥齿轮等。汽车驱动桥主减速器齿轮大多数用双曲面齿轮,它与其他齿轮相比的一个不同点是:两齿轮轴线在空间上是偏置的,其齿轮螺旋角通常比普通螺旋锥齿较大,同时啮合的齿数多,传动平稳,强度大,但其啮合面相对滑动速度很大,且接触压力很高,故润滑条件苛刻。
上述几种传动齿轮,齿与齿的接触都是线接触,有面积小,压力高的特点。一般汽车齿轮单位压力可达2000~3000MPa,而双曲面齿轮可达3000~4000MPa,特别是双曲面齿轮还具有很高的相对滑动速度,一般可达8m/s左右,在高速大负载下,油层变薄和局部破裂,啮合面间就会局部接触,发生边界摩擦或干摩擦,导致摩擦和磨损加剧,甚至引起擦伤和咬合。双曲面齿轮轴线偏置量大或车速高都使滑动速度增大;汽车载质量大或运行条件恶劣,都使齿轮的负载组增加,使齿轮处于苛刻的边界润滑或极压润滑条件下工作。
齿轮油的工作温度一般都较内燃机油低,且在很大程度上随环境温度变化而变化,旧型载货汽车通常在10~80℃之间,短时90~100℃。准双曲面齿轮的工作温度较高,如EQ1090汽车在南方载重试验时后桥油温达120℃。随汽车速度的提高,油温将有所提高,现代轿车双曲面齿轮偏置量较大,滑动速度很高,有的油温可达160~180℃。
2车辆齿轮油的性能指标
1.粘度及拈湿性
齿轮油的粘度应使传动机构工作时消耗于油内摩擦的能量很少,同时又能保证齿轮及轴承摩擦面不发生擦伤及噪声,油封及接合面不露油。一般说来,使用高粘度齿轮油对防止齿轮及轴承损伤,减少噪声及漏油有利;而在传动效率、冷却和清洗作用及油的传送方面,低粘度较好。所以,齿轮油粘度应符合工作条件的要求:在最低工作温度下的最大粘度须保证不经预热便可顺利起步和使轴承得到可靠的润滑;在占运行时间最多的一般工况下,齿轮油内摩擦所消耗的功率不能过大,否则会使传动机构的有效传动功率明显下降;在最高工作温度时的粘度须保证齿轮的正常润滑和允许的油耗。所以油的粘温性有重要意义,和内燃机油一样,其多级油里通常要加入粘度指数改进剂,以提高其粘温性。
试验表明,齿轮油的低温表现粘度,对汽车起步时润滑的可靠性有重要影响。汽车起步后,驱动桥齿轮油被激溅到桥壳上部然后流入主动锥齿轮前轴承。如果这段时间太长,轴承便可能因缺油而被烧坏。所以要求齿轮油使用时低温表观粘度不大于150Pa·s,在这个粘度下,齿轮油能够在起步后15s内到达前轴承,齿轮油规格里标出表观粘度为150Pa·s时的温度,它决定齿轮油适用的最低气温,是齿轮油选用的重要依据之一。
2.低温流动性
车辆起步时,齿轮油的温度几乎和环境温度一样。保持良好的低温流动性,对冬季使用有重要的意义。车辆齿轮油的低温流动性用成沟点来评定,测定时按SH/T0030《车辆齿轮油成沟点测定法》,将装有试样的容器,在试验温度下存放18h,然后用钢片将试样刮一条沟,观察试样在10s之内是否流回并完全覆盖容器底部来判断试样的成沟特性。如某种油品成沟点为-35℃,意即在上述温度下存放后仍有适当的流动性,车辆可以顺利起步。为了降低成沟点,冬用齿轮油中要加入降凝剂。
3.抗磨性
抗磨性是指油品保持在运动部件间的油膜,防止金属对金属相接触的能力。在齿轮油里加入油性添加剂,能增加吸附油膜的强度,减小摩擦系数,提高抗磨性能,汽车驱动桥中的准双曲面齿轮等高负荷齿轮,经常处于苛刻的极压润滑条件下工作,其承受的压力、滑动速度和局部温度都很高,必须在油中加入极压添加剂,如硫—磷型或硫—磷—氯—锌型添加剂,它和接触的金属表面起化学反应,形成一种高熔点的无机薄膜,可以防止在高负荷下齿面探伤、咬和,这种齿轮油具有良好的极压抗磨性。
齿轮油的极压抗磨性,可用油的负荷承载能力来评定。一种评定方法按GB/T3142《润滑剂承载能力测定法(四球机法)》的规定进行。
中重负荷车辆齿轮油负荷承载能力、抗擦伤性能和热氧化安定性,还要通过更苛刻的L—4法(SH/T050)、L37法(SH/T0518)L60法(SH/T0520),它们是用规定的双曲面齿轮后桥,在规定的转矩和转速下,或反复加速后,观察齿轮的损伤情况,并按规范试验后检查油的氧化变质情况。
车辆齿轮油其他指标的意义与内燃机油相同或相似。
3车辆齿轮油的分类、品种t牌号和规格
美国API的车辆齿轮油分类是根据齿轮的齿形、承载情况等使用要求对齿轮油进行分类的。经过多次修订,现行API使用分类标准将车辆齿轮油分为GL - 1、GL - 2、GL - 3、GL - 4和GL - 5等级级别。
我国参照API分类法,把车辆齿轮油分为普通车辆齿轮油、中负荷车辆齿轮油和重负荷车辆齿轮油三个品种(GB/T 7631.7—1995),分别相当于API GL - 3、GL - 4和GL - 5。
我国车辆齿轮油的粘度分类等效采用SAE制定的车辆齿轮油粘度分级标准SAEJ306C。它是按粘度为150000mPa·s时的最高温度和100℃时的运动粘度分为70W、75W、80W、85W、90、140和250七个粘度牌号。
对于特定的车辆齿轮油应写成如GL—4 90,GL—5 80W/90等,90号是一种单级油,80W/90号则是一定地区范围内的冬夏通用油。
普通车辆齿轮油(SH0350—92)是一种以石油润滑油、合成润滑油及它们的混合组分为原料,并加入抗氧剂、防锈剂、抗泡剂和少量极压剂制成,适用于中等速度和负荷比较苛刻的手动变速器和螺旋锥齿轮驱动桥,有80W/90、85W/90和90三个粘度牌号。
目前我国还没有制定中负荷车辆齿轮油(GL—4)规格的国家标准,但有许多按企业标准生产的双曲面齿轮油,经汽车制造厂认定,可以加在该厂生产的要求使用GL—4级油的驱动桥里使用。
中国石油化工总公司中负荷车辆齿轮油(GL—4)暂定技术条件,有75W、80/90W、85W/90、90和85W/140等五个牌号。
重负荷车辆齿轮油(GL—5)(GB13895-92)经过严格的试验,适用于高速冲击负荷、高速低转矩和低速高转矩下操作的各种齿轮,特别是轿车和其他车辆的双曲面齿轮。它是用精致的矿物油加抗氧剂、防锈剂、抗泡剂和极压剂等组成,与GL-4油比,添加剂品种一样,但剂量要增加一倍。CL—5级油有75W、80/90W、85W/90、85W/140、90和140等粘度牌号。
4车辆齿轮油的选择与使用
1.车辆齿轮油的选择
应按车辆使用说明书的规定选择与该车型相适应的齿轮油品种和牌号,还可以参照下列原则选油:根据工作条件的苛刻程度选择齿轮油的品种——使用级别。
工作条件的苛刻程度可用齿轮接触压力和滑动速度的乘积pv值来量度。pv值与发热量成正比,是表示齿面烧结危险的大致标准。此外,压力和速度变化剧烈,也使工作条件恶化,最近几年进口和中外合资生产的轿车及部分载货汽车、工程车辆的驱动桥双曲面齿轮,接触压力在3000MPa以下,滑动速度超过10m/s,油温高达120~130℃,工作条件苛刻,必须使用重负荷车辆齿轮油(GL-5);国产东风EQI090等驱动桥也采用双曲面齿轮,但其齿轮接触压力在3000MPa以下,滑动速度在1.5~8m/s之间,使用条件不大苛刻,中负荷车辆齿轮油(GH—4)可满足其使用要求;解放CAI901目前采用和CAIl0B一样的普通螺旋锥齿轮驱动桥,可使用普通车辆齿轮油(SH0350一1992),但不是说所有采用螺旋锥齿轮驱动桥的车辆,只需加这种普通齿轮油,许多高性能进口载货汽车虽也采用螺旋锥齿轮驱动桥,但其负荷较重,要求使用GL-4级齿轮油。这类车辆曾因换用普通齿轮油,造成齿轮早期磨损和损坏。
变速器和转向器一般负荷较轻,但为了简便,通常使用与驱动桥同种齿轮油。有的变速器有铜零件,要求用柴油机油,这是因为中、重负荷齿轮油中的极压抗磨机对铜零件有腐蚀作用;有的车辆驱动桥用中、重负荷齿轮油,而变速器则要求使用普通车辆齿轮油。
根据当地季节气温选择齿轮油牌号——粘度级。
齿轮油的低温粘度达150000MPa·s时的最高温度决定其适用的最低气温。75W、80W和85W号油该温度分别为-40℃、-26℃和-12℃,应对照当地冬季最低气温适当选用。齿轮油最高工作温度下的粘度要求不低于10~15mm2/s,一般地区、车辆90号油可满足其使用要求,只有在天气特别热或负荷特别重的车辆上使用140号油。长江流域及其他冬季气温不低于-10℃的广大温区,可全年使用90号油;长江以北及其他气温不低于-12℃的地区,一般车辆可全年使用85W/90号油,负荷特别重的车辆,可全年使用80W/90号油;黑龙江、内蒙古、新疆等冬季最低气温在-26℃以下的严寒地区,冬季应使用75W号,夏季则应换用90号等单级油。
2.齿轮油使用注意事项
不能将使用级(品种)较快的齿轮油用在较高的车辆上。如将普通齿轮油加在准双曲面齿轮驱动桥中,将使齿轮很快磨损和磨坏。使用级较高的齿轮油可以用在要求较低的车辆上,但过多将级使用经济上不合算。
不要误认为高粘度齿轮油的润滑性能好。使用粘度牌号太高的齿轮油,特使燃料消耗显著增加,特别是高速轿车影响更大,应尽可能使用合适的多级齿轮油。
齿轮油的使用寿命较长,如使用单级油,在换季维护时换用不同的粘度牌号,放出的旧油如不到换油指标,可在再次换油时使用,旧油应妥善保管,严防水分、机械杂质和混油污染。
应按规定的换油指标换用新油。无油质分析手段时,可按期换油。由于齿轮油中加有各种性能优异的添加剂,其质量变化缓慢,国外一般汽车厂推荐的换油周期都是5~12万km,我国汽车运输企业多在4~5万km,结合车辆定期维护换油,SH/T0475—92推荐的换油里程为4.5万km,换油时应趁热放出旧油,并清洗齿轮箱。