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                  车辆齿轮油
                  来源:本站  发布日期:2021/4/1  点击次数:1614
                  车辆齿轮油

                  1. 概述

                  车辆齿轮油是润滑油重要产品,主要用于

                  车辆齿轮油

                  1. 概述

                  车辆齿轮油是润滑油重要产品,主要用于各种汽车手动变速器和驱动桥中。自1925Gleason Works 开发了第一个双曲线齿轮驱动桥以来,在短短几年间,几乎全部的美国制造商都推广使用。接着,在欧洲也逐步得到应用。为了满足双曲线齿轮驱动桥的润滑要求。开发了极压车辆齿轮油,这种早期的齿轮油为S-Pb型或S-P-Cl型。二次世界大战以后,为了制得具有高速冲击性能和高扭矩性能的多效齿轮油,引入了S-P-Cl型复合剂。以后由于卡车载重和功率的提高,加上轴偏置增大,复合剂在原来的S-P-Cl基础上又引入了二烷基二硫代磷酸锌,大大提高了极压性能。进入60年代,由于汽车工业不断追求高速度,大马力,需要热氧化安定性更高的润滑油,研制出第一代S-P型双曲线齿轮油,并逐渐在全世界得到普及。

                  硫磷型车辆齿轮油经过40年的使用,经久不衰,其主要是围绕着含磷添加剂和添加剂复配技术的发展。第二代、第三代硫磷型齿轮油具有好的热稳定性和水解稳定性,解决了含磷剂消耗快的问题,并可作为车辆、工业齿轮通用油。

                  1.1国外车辆齿轮油情况

                     代表着发达国家的欧洲,每年需要车辆齿轮油30万吨,其中75%GL-5车辆齿轮油,其余为GL-4齿轮油。见表1

                                            表1  欧洲用车辆齿轮油

                  质量水平

                  数量/万吨

                  所占份额/%

                  GL-4

                  2.88

                  9.6

                  GL-5

                  13.65

                  45.5

                  GL-4+厂商要求

                  4.38

                  14.6

                  GL-5+厂商要求

                  9.09

                  30.3

                  总量

                  30

                  100

                  由于欧洲市场上对齿轮油的质量要求不断提高,添加剂用量增加,换油期延长,使销售量增长很小。出现了全寿命油,要求汽车齿轮油的基础油越来越多地使用合成润滑油,同时有轻质化趋势,好处是改进了燃料经济性,也容易换档。欧洲汽车生产商要求车辆齿轮油延长换油周期,甚至要求与车辆同寿命,目前汽车寿命约为75万公里,将来要延长到100万公里,因此齿轮油与橡胶密封材料配伍性受到特别重视,要求在长期运转中齿轮油对密封材料既不能使其硬化、收缩,又不能使其膨胀、降低强度。

                  目前欧洲轿车多为前桥驱动,前桥中装有同步器。欧洲同步器设计与美国不同,美国的同步器由一组摩片组成,而 欧洲的同步器由一组黄铜环组成,为使其同步器能正常工作,在要求使用GL-4GL-5齿轮油时,还要补充进行密封件试验和同步器试验。由此可见,欧洲车辆齿轮油规格高于相应的美国规格。

                  1.2 我国车辆齿轮油的发展概况

                  20世纪50-70年代,我国车辆齿轮油尚未形成完整的体系,只分为齿轮油和双曲线齿轮油这两种残渣型的黑色齿轮油和一种馏分型的合成双曲线齿轮油。1960年公布我国第一个双曲线齿轮油的规格,基础油主要是残渣油,常用添加剂是硫化蓖麻油,也有用硫化松脂油。1962年公布第一个用于汽车、拖拉机变速箱及后桥的齿轮油规格,其油品由残渣油或加入部分馏分油构成,使用性能差,寿命短,耗能大,还需用低粘度润滑油或低凝点柴油稀释,才能冷启动。1967年开始生产渣油型S-P-Cl-Zn型双曲线齿轮油,主要添加剂是二烷基二硫代磷酸锌(T202)和氯化石蜡(T301)。油品的主要特性如极压抗磨性有较大提高,但热氧化安定性、防锈性、颜色等均较差。1971开始试制和生产精制型双曲线齿轮油,按添加剂类型又分硫磷氯锌型和硫磷型两种,其要性能相当于GL-4,用于“东风”汽车双曲线齿轮及大马力内燃机车牵引齿轮润滑。80年代初,由中石化各炼厂及有关科研院组成的齿轮油攻关组,研制成功馏分型GL-3,这些油流变性、热氧化安定性、抗磨性、防锈性均优于渣油型,可以满足“解放”、“黄河”等非双曲面齿轮的汽车后桥润滑要求。改革开放以来,我国引进了国外先进的汽车生产线,其中包括一汽、上汽引进德国大众轿车生产线;二汽引法国雪铁龙、广州引进日本本田、北京引进美国通用、济南引进奥地利技术生产“斯太尔“卡车,这些车辆驱动桥都要求使用GL-5。为了实现车辆齿轮油的国产化,齿轮油攻关组,在“七五”期间完成了80W/9085/9085W/140 GL-5的研制并通过国家技术鉴定。目前我国兰州润滑油研发中心和北京石化院开发出齿轮油通用复合剂,达到了国际先进水平。 目前我国GL-3GL-4GL-5各占齿轮油市场的1/3

                  2. 车辆齿轮油的特性

                  用于车辆齿轮装置的各类齿轮副形状不同,轮齿啮合方式不同,润滑油膜的形成有显著

                  的差异,正齿轮、伞齿轮、斜齿轮、人字形齿轮和螺旋齿轮容易在齿面上形成润滑油膜,一般使用GL-3油润滑;双曲线齿轮体积较小,传递的动力大,齿轮的曲率半径小,润滑中形成油楔的条件差,轮齿的每一次啮合均须重新建立油膜。另外,啮合表面不相吻合,有滚动也有滑动,恶化了油膜运转情况,需要使用GL-5油润滑。车辆齿轮油主要作用在于减少齿轮副之间的摩擦与磨损。摩擦润滑过程一般包含流体润滑、弹性润滑、混合润滑和边界润滑。当润滑的齿面在负载下接触时,就发生塑性变形,润滑油陷入金属表面之间。齿轮油的组成、性能和齿面的化学状态支配着摩擦润滑的全过程。

                  2.1齿轮油的性能

                     为了完成运动和动力的传递,车辆齿轮油在以下几方面给予最佳配合:防止和减少齿面间的摩擦和磨损,均匀分布载荷;带走摩擦时产生的热量;将齿面与水、空气隔绝,避免生锈、腐蚀及尘袭;冲洗齿面上的磨粒的杂质;减缓齿轮震动,使运动平缓。齿轮油在齿轮传动中的重要性决定了它必须具备以下性能:

                  a 合适的粘度和良好的粘温性能:齿轮油的粘度和承载力有密切关系,粘度增加,容易形成流体动力膜和弹性流体润滑膜,有利于保护齿面。但是粘度过高,齿轮工作时动力损耗大,使油温升高。目前由于添加剂水平的提高,为了节能,齿轮油有低粘度化的发展趋势,另外,齿轮油的低温粘度对齿轮工作有重要影响,汽车驱动桥齿轮是飞溅式润滑,低温时齿轮油必须有足够的流动性,这样齿轮转动时才能将足够量的油带到齿面及轴承上,防止出现损伤。车辆齿轮油在低温下的表观粘度和成沟点在一定程度上表明齿轮油的低温流动性。

                  B 足够的承载性:齿轮油应在高速、低速重载或冲击负荷下迅速形成边界吸附膜或化学反应膜以防止齿面磨损、擦伤和胶合。齿轮油的承载性是它最重要使用性能,需要CRCL-37L-42全尺寸齿轮台架来评定油品的承载力和抗擦伤能力。

                  C 良好的热氧化安定性:齿轮油在工作中被剧烈搅动,在与空气、金属、杂质等接触中,特别是重型卡车驱动桥,齿轮装置工作温度相当高,齿轮油的氧化是一个突出的问题,直接影响到油品的使用寿命。氧化产生的腐蚀性物质加速的腐蚀和锈蚀;氧化产生的沉淀物会影响密封性,沉淀物复盖在零件表面会影响散热,加速油品的氧化进程。GL-5油需要做L-60热安定性齿轮台架试验。

                  D 良好的防锈防腐蚀性:齿轮油应具有适度的化学活性,对金属的腐蚀性要小。齿轮装置中的滑动轴承,变速箱的同步环都是由铜合金制成的,容易被腐蚀。在水和空气的参与作用下,齿面和油箱会产生锈蚀,腐蚀和锈蚀不仅破坏了齿轮的几何学特点,破坏了润滑状态,严重时会影响正常的传动,而且腐蚀和锈蚀产物会进一步引起齿轮油变质。

                  E 良好的抗泡沫性:齿轮转动时将空气带入油中,形成泡沫,泡沫如存在于齿面上会破坏油膜的完整性,造成润滑失效。泡沫的导热性差,容易引起齿面的过热,使油膜破坏,泡沫严重时,油常从齿轮箱的通气孔中溢出。

                  2.2车辆齿轮油的组成

                     车辆齿轮油是由基础油和添加剂组成,基础油主要是矿物润滑油,也有少部分合成油。低粘度车辆齿轮油的基础油是由低度矿物润滑油或合成润滑油,有时还加入剪切安定性好的低分子量聚合物构成,对低温粘度也有苛刻的要求。配制高粘度车辆齿轮油时,需用较多的光亮油例如150BS做基础油,光亮油在原油中的含量小于5%,加工过程复杂,因此,车辆齿轮油的基础油不易生产。添加剂的作用是增强基础油原有的某些性能或赋予基础油原来不具备的新的性能。车辆齿轮油的添加剂主要是硫磷元素的化合物,含硫极压剂与金属反应生成硫化铁极压膜,摩擦系数小,耐热性高,在高速冲击负荷下,能有效防止齿面擦伤。含磷化合物在金属表面上吸附,与金属反应生成磷酸铁,起防止磨损的作用,除此以外还要添加适量的防锈剂、抗氧剂和抗泡剂。近代的车辆齿轮油使用最多的含硫极压剂是硫化烯烃。硫化烯烃在高冲击载荷条件下能有效地防止齿面损伤。含磷极压剂例如磷酸酯,在金属表面上吸附,由于加水分解反应变成酸性酯与金属反应生成磷酸盐,起防止磨损的作用。含磷化合物经常被称做抗磨剂。在高扭矩苛刻运转条件下能防止齿面磨损、点蚀和剥落。根据其结构大体可分为亚磷酸酯及其胺盐、磷酸酯及其胺盐、硫代磷酸酯及其胺盐、硫磷酸复酯胺盐等。    为使限滑差速器正常工作,减少汽车转变时限滑差速器摩擦片的震动和噪音,车辆齿轮油中须加入摩擦改进剂。在边界润滑条件下,摩擦改进剂的极性基因由于物理吸附或化学吸附作用吸附在金属表面上,形成吸附膜,降低摩擦系数。极压剂、抗磨剂是化学活性高的化合物,效易引起金属的腐蚀和渗蚀,因此,车辆齿轮油中应加入腐蚀抑制剂。杂环化合物如噻二唑及苯三唑衍生物是铜腐蚀抑制剂。碱性和中性磺酸盐、烯基丁二酸、烯基十二酸半酯等齿轮油常用的防锈剂。对于确定车辆齿轮油配方,必须仔细地平衡极压性和防锈性,因为防锈剂会降低极压剂的效果。齿轮油的氧化与其它润滑油一样也是烃类退化分枝链代式反应,屏蔽酚型和芳香胺型抗氧剂在齿轮油中有一定的效果,硫磷型齿轮油中的极压剂,如硫烯、磷酸酯、亚磷酸酯、硫代磷酸酯及其衍生物,除极压性还具有抗氧化性,故硫磷型车辆齿轮油常常不另加抗氧剂。清净剂和分散剂不是车辆齿轮油添加剂酸方的必要组分。但加入清净剂或分散剂有助于提高齿轮油的清净性,防止油泥和沉淀的产生。近年来,随着对车辆齿轮油的热氧化安定性要求的提高,有些车辆齿轮油添加剂配方中加入分散剂或清净剂,如碱土金属盐型清净剂或无灰分散剂,以保持齿轮装置的清洁。配制低粘度多级车辆齿轮油,如75W/90车辆齿轮油须加粘度指改进剂。齿轮油在使用过程中受到强烈剪切,剪切速率可达108S-1。高分子粘度指数改进剂剪切安定性差,不能用于齿轮油,必须使用低分子量聚合物。75W/90车辆齿轮油常用低分子量聚甲基丙烯酸酯做增粘剂,其低温粘度较小。聚烯烃类粘度指数改进剂低温粘度大,不能用于75W/90车辆齿轮油,但可用于其它齿轮油。硅油是常用的抗泡剂,硅油用量小,10-100ppm就有效,但贮存稳定性不好,易从油中析出,近年来齿轮油用非硅抗泡剂,是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物,贮存稳定性较好。润滑油的粘度是影响流体润滑、弹性润滑的主要参数。极压抗磨剂的性能是改善边界润滑的主导因素。此外,极压抗磨剂的活性基团有增加油膜强度的功能,齿轮油的有效润滑应从基础油和添加剂两方面综合平衡,努力使配方处于最佳状态,提高油品的各项性能。以开发75W/90GL-5为例,介绍润滑油开发的步骤,揭示了齿轮油的组成,说明齿轮油开发系统性和完整性。第一步,为了符合75W/90粘度级别的要求,需选用低温粘度小、粘温性能好的基础油,并加入粘度指数改进剂和降凝剂,以期符合多级油的高低温使用标准,并要考察其剪切安定性。第二步,配方的筛选,重点考察硫、磷剂之间的极压性和抗磨性的平衡。第三步,做油品理化分析,确保达到该等级油的技术指标。第四步,做CRC四个全尺寸齿轮台架评定:CRC L-33锈蚀试验;CRC L-37承载能力试验;CRC L-42高速冲击试验和CRC L-60热氧化安定性试验,四个齿轮台架是研制GL-5油的关键。最后还要做实际行车试验,验证齿轮油组成的合理性。新一代齿轮油复合剂一般由以下添加剂组成:硫化异丁烯60-70%,含磷抗磨剂20-25%,防锈剂及抗氧剂5-10%。只有按此范围搭配各类功能添加剂,才不至于出现齿轮油的某种性能的单项冠军,才有可能得到同时通过四个齿轮台架的“四项全能”GL-5齿轮油。

                  2.3车辆齿轮油的规格

                     国际上车辆齿轮油至今尚无统一的规格标准。这主要是由于欧洲与北美的汽车在设计上有所不同,汽车制造商对车辆用油的要求各有侧重,反映在油品规格上存在一些差异,难以统一。因此ISO也一直未发布车辆齿轮油的分类标准和产品规格,但世界各国广泛采用美国石油学会API的使用分类和美国军用齿轮油规格。API使用分类见表2,其中GL-1GL-2GL-3GL-6已经过时不再使用,只有GL-4GL-5MT-1为有效分类。满足API GL-4使用要求的美军齿轮油规格MIL-L-2105制定于1950年,评定项目主要包括CRC L-13L-19L-20L-21四个齿轮台架。1962年经修订后代号为MIL-L-2105B,其产品性能评定使用了新的齿轮台架CRC L-33L-37L-42L-60取代了原先四个台架,提高了质量水平,达到了API GL-5,以后又经多次修订,目前成为MIL-L-2105E,相当于GL-5加上MT-1,为多用途车辆齿轮油规格,参见表3。从美军规格中看出为适应汽车工业升级换代,车辆齿轮油规格在不断更新,2021C取消了2021B的单级油,换成相应的多级油,并对低温性能、抗泡性和防锈性的要求越来越苛刻。2021D则允许使用再生油为基础油,并对环保给予特别关注。车辆齿轮油的粘度分类见表4

                      齿轮油在石油产品的润滑剂和有关产品(L)中列为C组,我国参照API车辆齿轮油的使用分类于1989年发布了C组产品的分类GB/T7631.7-89,该分类只包括车辆齿轮油内容,采用了L-CLCL-CLDL-CLE代替了GL-3GL-4GL-5。由于所涉及的品种代号是我国独创的在实践中无法使用,所以后来很快又修定了该标准,仍延用API分类。

                                   表2  API汽车手动变速器和驱动桥润滑剂使用分类

                  类别

                  使用说明

                  我国相应标准

                  GL-1

                  不加极压抗磨剂,只加抗氧防锈剂,用于手动变速器。

                   

                  GL-2

                  条件缓合的汽车蜗轮驱动桥润滑,含有少量极压抗磨剂。

                   

                  GL-3

                  用于汽车手动变速箱及螺旋伞齿轮驱动桥。

                  SH/T0350-92

                  GL-4

                  重负荷螺旋伞齿轮及缓合的双曲线齿轮,评定此类产品台架装置已不生产,普遍采用GL-5复合剂量减半调制。

                   

                  GL-5

                  高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下的各类齿轮,特别是双曲线齿轮。

                  GB13895-92

                  GL-6

                  具有高偏置的轿车双曲线齿轮驱动轿。

                   

                  MT-1

                  客车和重型卡车上手动变速器,提供防止化合物热降解,部件磨损及密封件变坏的性能。

                   

                   

                   

                  美国军用车辆齿轮油规格

                  规格(发布时间)

                  MIL-L-2105(1950)

                  MIL-L-2105B(1962)

                  MIL-L-2105C(1976)

                  MIL—2105D(1987)

                  MIL-L-2105E(1997)

                  粘度级别SAE

                  80   90   140

                  80   90  140

                  75W 80W/90 85W/140

                  75W  80W/90 85W/140

                   

                  珍观粘度150Pa.s

                  -  -  -

                  -  -  -

                  -40  -26    -12

                  -40  -26    -12

                   

                  成沟点℃最高

                  -35  -18  -18

                  -35  -18  -18

                  -45  -35    -20

                  -45  -35    -20

                   

                  铜片腐蚀121℃最大

                  2C

                  2C

                  3

                  3

                   

                  抗泡性24-93-24

                  300-50-300

                  300-50-300

                  20-50-20

                  20-50-20

                   

                  齿轮台架试验

                  CRC L-33

                  (L-21L-13))通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-37

                  (L-20)通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-42

                  (L-19)通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-60

                  -

                  通过

                  通过

                  通过

                  (L-60-1) 通过

                  满足API分类

                  GL-4

                  GL-5

                  GL-5

                  GL-5

                  GL-5+MT-1

                   

                                    表4  车辆齿轮油的粘度分类

                  分类

                  达到150Pa.s的最高温度,℃

                  100℃运动粘度,m/s

                  最低

                  最高

                  75W

                  -40

                  4.1

                  -

                  80W

                  -26

                  7.0

                  -

                  85W

                  -12

                  11.0

                  -

                  90

                  -

                  13.5

                  24.0

                  140

                  -

                  24.0

                  41.0

                  250

                  -

                  41.0

                  -

                   

                  在二十世纪六十年代,我国车辆均沿用苏联五十年代的设计与制造,因而润滑油方面也是沿用苏联品牌并制定相应的标准SY1103-59齿轮油和SY1102-60双曲线齿轮油。八十年代各润滑油生产大厂企业标准有“18#双曲线齿轮油”,其性能相当于GL-4水平;石化总公司制定SH0350-92普通车辆齿轮油,相当于GL-3水平;等效采用美国军用规格MIL-L-2105D制定GB13895-92 GL-5产品标准。鉴于GL-4油的台架评定设备国内没有,国外也不再生产,因此至今没有此档油的产品标准。GL-4GL-5有一些内在联系,它们的台架评定比较如下:

                  API GL-4 MIL-L-2105(1950)

                  API GL-5 MIL-L-2105B(1962)

                  L-20承载能力试验

                  低速高扭矩,93-121℃,24h

                   

                  L-19抗擦伤性能试验

                  L-13L-21湿气锈蚀试验

                   

                   ------

                  L-37承载能力试验

                  程序Ⅰ,高速低扭矩试验147℃,100min

                  程序Ⅱ,低速高扭矩试验135℃,24h

                  L-42抗擦伤性能试验:分磨合、高速和冲击三个程序

                  L-33锈蚀性能试验:程序Ⅰ82℃,4h

                                     程序Ⅱ52℃,162h

                  L-60热氧化安定性试验,163℃,50h

                  L-20与L-37台架的差异是扭矩较低,而且没有高速程序;L-19L-42相比,后者的扭矩比前者高两倍;GL-5油还增加了热氧化安定性试验L-60API使用分类说明中允许用通过GL-5四个齿轮台架评定的油其配方减半来生产GL-4油,几十年来国外石油公司普遍采用这一要求来生产GL-4,如EXXONLubrizol等大型石油公司均有GL-5复合添加剂减半生产GL-4的技术规定。中国石化总公司曾制定出“硫磷型中负荷车辆齿轮油GL-4”暂定技术条件,由于落实不了GL-4齿轮台架,只好在台架评定项目中注明“待定”。国内交通部也发布了中负荷车辆齿轮油GL-4的行业标准,使用了东风汽车集团的仿L-20齿轮台架,虽然对油品的承载有些区分性,但难以形成标准评定方法。大连石化公司的企业标准中负荷车辆油(GL-4) QJ/DSH 661-96,就是依托于GL-5制定产品标准,采用国际上通用的GL-5配方延伸技术生GL-4,保证了GL-4产品质量。

                    98.7SAEJ306齿轮油粘度分类采用CEC L-45-T-99试验方法,要求多级齿轮油在KRL齿轮机20小时剪切试验后,粘度必须留在级别内。这就要求调制车辆齿轮油时,必须提高油品100℃初始粘度,选用剪切安定性更好的稠化剂,更多的使用Ⅱ类、Ⅲ类基础油及聚α烯烃。我国车辆齿轮油按质量等级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类,其性能指标列于表5、表6、表7。其中制订重负荷车辆齿轮油标准:GB13895-92是参照美军MIL-L-2105D规格。

                  表5  普通车辆齿轮油(GL-3)规格(SH0350-92)

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  80W/90

                  85W/90

                  90

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                  表观粘度达150Pa·s时温度/   不高于

                  粘度指数                      不小于

                  倾点/                        不高于

                  闪点(开口)/                不低于

                  水分/%                        不大于

                  锈蚀试验(15号钢棒、A法)

                  泡沫倾向性/泡沫稳定性/mL/mL

                    (24±0.5)                 不大于

                    (93±0.5)                 不大于

                   (24±0.5)               不大于

                  腐蚀(铜片,100,3h/       不大于

                  最大无卡咬负荷PB/N             不小于

                  糠醛或酚含量(未加剂)

                  机械杂质/%                     不大于

                  残炭(未加剂)/%

                  酸值(未加剂)/mgKOH·g-1

                  氯含量/%

                  锌含量/%

                  硫酸盐灰分/%

                  1519

                  -26

                   

                  -28

                  170

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.05

                  1519

                  -12

                   

                  -18

                  180

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.02

                  1519

                   

                  90

                  -10

                  190

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.02

                  GB/T265-88

                  GB/T11145-89

                  GB/T1995-88

                  GB/T3535-83

                  GB/T267-88

                  GB/T260-7788

                  GB/T11143-89

                  GB/T12579-90

                   

                   

                   

                  GB/T5096-85

                  GB/T3142-8290

                  SH/T0120-92

                  GB/T511-88

                  GB/T268-87

                  GB/T4945-85

                  SH/T0161-92

                  SH/T0226-92

                  GB/T2433-8188

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  表6  中负荷车辆齿轮油(GL-4)暂定技术条件

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  75W

                  80W/90

                  85W/90

                  90

                  85W/140

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                  粘度指数

                  闪点(开口)/          不低于

                  成沟点/                不高于

                  表观粘度(150Pa·s/  不高于

                  机械杂质/%               不大于

                  不小于4.1

                  -

                  150

                  -45

                  -40

                   

                  -

                  165

                  -35

                  -26

                   

                   

                  -

                  180

                  -20

                  -12

                  0.02

                   

                  90

                  180

                  -17.0

                   

                  -

                  180

                  -20

                  -12

                  GB/T265-88

                  GB/T2541-8188

                  GB/T3536-83

                  SH/T0030-90

                  GB/T11145-89

                  GB/T511-88

                  水分/%                  不大于

                  泡沫倾向性/泡沫稳定性/mL/mL

                    24                  不大于

                    93                  不大于

                  24                 不大于

                  台架性能评定

                  痕迹

                   

                  20/0

                  50/0

                  20/0

                  待定

                  GB/T260-7788

                  GB/T12579-90

                  表7  重负荷车辆齿轮油(GL-5)标准(GB13895-92)

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  75W

                  80W/90

                  85W/90

                  85W/140

                  90

                  140

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                   

                  倾点/

                  表观粘度达150Pa·s时的温度/    不高于

                  闪点(开)/                     不低于

                  成沟点/                         不高于

                  粘度指数                          不低于

                  4.1

                   

                  报告

                  -40

                  150

                  -45

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -26

                  165

                  -35

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -12

                  165

                  -20

                  报告

                  240

                  410

                  报告

                  -12

                  180

                  -20

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -

                  180

                  -17.8

                  75

                  240

                  410

                  报告

                  -

                  200

                  -6.7

                  75

                  GB/T265-88

                   

                  GB/T3535-83

                  GB/T11145-89

                  GB/T3536-83

                  SH/T0030-90

                  GB/T2541-8188

                  起泡性(泡沫倾向)/mL

                    24                            不大于

                    93.5                          不大于

                   24                           不大于

                  腐蚀试验(铜片,121,3h/      不大于

                  机械杂质/%                        不大于

                  水分/%                            不大于

                  戊烷不溶物/%

                  硫酸盐灰分/%

                  /%

                   

                   

                   

                  /%

                  /%

                  /%

                  储存稳定性

                      液体沉定物/%(体)            不大于

                      固体沉淀物/%(质)            不大于

                  锈蚀试验

                  盖板锈蚀面积/%                    不大于

                  齿面,轴承及其它部件锈蚀情况      不大于

                  抗擦伤试验

                  承载能力试验

                  热氧化稳定性

                      100℃运动粘度增长/%           不大于

                      戊烷不溶物/%                  不大于

                      甲苯不溶物/%                  不大于

                   

                  20

                  50

                  20

                  3

                  0.05

                  痕迹

                  报告

                  报告

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                  0.5

                  0.25

                   

                  1

                  无锈

                  通过

                  通过

                   

                  100

                  3

                  2

                  GB/T12579-90

                   

                   

                   

                  GB/T5096-85

                  GB/T511-88

                  GB/T260-7788

                  GB/T8926-88A

                  GB/T2433-8188

                  GB/T387-90

                  GB/T388-6490

                  GB/T11140-89

                  SH/T0172-92

                  SH/T0296-92

                  SH/T0224-92

                  SH/T0270-92

                   

                  SH/T0037-90

                   

                   

                  SH/T0517

                   

                  SH/T0519

                  SH/T0518

                  SH/T0520

                  GB/T265-88

                  GB/T8926-88A

                  GB/T8926-88A

                    ①生产单位可根据添加剂配方不同选择适当的测定方法。

                    ②如果有其它金属,应该测定并报告实测结果,允许用原子吸收光谱测定。

                    ③保证项目,每五年评定一次。

                    ④75W油在进行抗擦伤试验时,程序Ⅱ(高速)在79℃开始进行,程序Ⅳ(冲击)在93℃下开始进行;喷水冷却,最大温升不大于5.5-8.3℃。

                    ⑤75W油在进行承载能力试验时,高速低扭矩在104℃下进行,低速高扭矩在93℃下进行。

                  2.4 评定车辆齿轮油的关键项目---齿轮台架

                  美国科学研究协作委员会(CRC)建立的四个全尺寸齿轮台架是评定车辆齿轮油的关键,它们分别代表了汽车在行驶时不同工况对齿轮油性能的不同要求,四个全尺寸齿轮台架见表8

                                     表齿轮台架试验条件

                  台架名称

                  CRC L-33

                  CRC L-37

                  CRC L-42

                  CRC L-60

                  我国试验方法

                  SH/T0517

                  SH/T0518

                  SH/T0519

                  SH/T0520

                  试验条件

                  运转期,82℃,4h;贮存期,52℃,162h

                  高速低扭矩程序,440rpm535 N.m

                  磨合程序,高速冲击程序,高负荷冲击程序

                  163℃,50h

                  评定项目

                  盖板、齿轮上锈蚀、腐蚀、油泥和沉淀

                  齿面抛光、磨损、剥落和擦伤

                  齿轮非驱动面擦伤面积

                  油品粘度增长率及不溶物

                  用途

                  测抗锈蚀能力

                  测承载能力

                  测抗擦伤能力

                  测热氧化安定性

                  CRC L-37、L-42L-33、和L-60四种台架是根据苛刻的行车试验测得的数据,经过数据处理后而确定,因此与实际行车有很好的相关性。研究表明,凡是通过四个齿轮台架评定的油,都能满足现代汽车润滑要求。美军于19521960年间开展“齿轮润滑剂质量试验方法开发”的研究课题,着手开始建立L-37/L-42齿轮台架,采用M-37军车,分别在美国亚利桑那州沙漠地区高速公路上及加利弗尼亚州山区进行高速行驶试验。在这两种情况下尽管载重量相同,但驱动桥齿轮承受负荷扭矩各不相同。根据这两种苛刻条件下实测的齿面承受负荷,滑动速度,油温等建立起L-37台架的两个试验程序,即高速低扭矩和低速高扭矩,特别是低速高扭矩程序要试验24小时,这比实际行车要苛刻得多,任何汽车不可能连续爬坡运行24小时。

                  车辆在不同地区不同道路上行驶时,承受着不同的齿面负荷和滑动速度,特别在山区道路行驶时,车辆爬山和下山时车辆换档减速以及刹车,在驱动桥齿轮的非传动齿面上承受巨大的冲击负荷,严重时引起齿面的擦伤破坏。为了在试验室模拟车辆这一行驶工况,考察油品的抗擦伤性能,建立了L-42台架试验条件。由于L-37/L-42台架所采用的是M-37整车体,相当于把一辆满载的M-37军车装在试验室内进行齿轮油的性能评定,所不同的是台架的扭矩由两台大功率的测功机来施加并替代车辆的负荷。

                  模拟汽车长期停放在海边潮湿环境中,因白天热呼吸,晚上气温降低时吸入的水分冷凝在齿轮表面,从而诱发了锈蚀而建立的L-33锈蚀试验台架。试验分运转期和贮存期,贮存期油温52--接近潮湿空气的露点,历经7d

                  L-60热氧化安定性试验是用来评定车辆齿轮油在高温和通入空气情况下的抗氧化性能试验。在台架建立过程中,规定了油温在162℃下进行50h试验,此温度接近汽车在高速公路上车速相当于170km/h的油温。

                  上述四个台架试验相互影响,相互制约。要通过L-33锈蚀试验台架,就必须辅加防锈剂;而防锈剂会对极压抗磨剂的性能产生抑制,直接影响L-42L-37台架的通过。此外,在L-42中最有效的含硫极压剂在L-37中几乎完全失效;而在L-37中效果最理想的含磷抗磨剂,则在L-42中效果最差。配方中某种添加剂过量加入,将会影响其它添加剂效能的发挥,致使配方无法同时通过四个台架。因此,车辆齿轮油配方研究工作异常复杂。

                  为了开发研制GL-5油,“七五”末期,北京石化院、兰州研发中心分别从美国西南研究院引进并建立了全套台架评定技术和装备,为我国齿轮油质量达到世界先进水平提供了保证。

                  由于四个齿轮台架试验费用昂贵,从美国西南石油研究院引进的台架,做L-33台架试验需要一副DANA-30驱动后桥;做L-37台架需要一副DANA-60驱动后桥;做L-42台架需要一副DANA-44驱动后桥;做L-60台架则需要一套齿轮及轴承。这些标准配件除L-33外,都是一次性的。同时,评定四个齿轮台架是一项耗时较大的工作,前后需要连续工作半月有余,因此不可能每改变一个配方都从头到尾进行全部台架试验。所以研究一些简单的实验室模拟齿轮台架的方法是我国齿轮油研制人员关注的问题。其中广为采用的方法包括:北京石油化工研究院建立的仿L-33试验,选用GB/T11143方法使用的仪器,按照L-33规定的试验温度和时间,评定钢棒气相、油相和水相生锈情况;兰州润滑油研发中心建立的四球机抗磨试验机磨损试验模拟L-37,对试验油做高温氧化沉积物试验、四球表面成膜和长期磨损试验,可有效区分齿轮油的低速承载能力;该中心的高速的梯姆肯机仿L-42,选用国产梯姆肯机及相应的试环和滑块,按L-42条件确定试验温度及转速,磨痕判断主要是观察滑块磨痕的状况;茂名石化公司研究院采用国产SRJ-220型齿轮油热氧化试验机,参照L-60全部试验条件进行模拟。

                  通过考察表明,国内现有的实验室模拟方法预报L-33油品的锈蚀性能和L-60热氧化安定性与CRC全尺寸台架有较好的相关性,可以用这些简单经济的方法做为筛选配方有效手段。用四球机抗磨试验预报L-37结果,用高速梯姆肯机OK值预报L-42结果,虽然取得某些成果,但由于摩擦副工作条件的不同,这些试验结果与全尺寸台架结果有时有差异。不过可以肯定,只有在四球机和高速梯姆肯机表现好的油品,才有可能通过条件苛刻的L-37/L-42联合台架。在四球机上模拟L-37,以综合评分评价试油质量,缺点评分越小越好,超过15分,定为失败油;在高速梯姆肯机上模拟L-42,如OK值大于12lb,则有可能通过L-42台架。

                  3.车辆齿轮油的应用

                  3.1车辆齿轮油的合理选用

                     GL-4、GL-5中高档车辆齿轮油系由适宜精制深度的基础油和高质量的添加剂所组成,各种添加剂的用量经过仔细的平衡,通过各种严格的实验室和全尺寸齿轮台架试验,具有适宜粘温性,优良的承载能力和抗擦伤能力,好的热氧化安定性,防锈性和贮存安定性。使用中、高档车辆齿轮油可以有效地保护齿轮,延长齿轮装置的寿命。

                     汽车润滑剂的成本只占汽车操作成本的很小部分,合理选用润滑油是车辆长期安全运行的关键因素,首先要确定齿轮油的性能水平。我国车辆齿轮油分普通车辆、中负荷车辆和重负荷车辆齿轮油,即GL-3GL-4GL-5油。加剂量少,价格便宜的GL-3油,适用于载重汽车手动变速箱、螺旋伞齿轮驱动桥和拖拉机相应部件中。东风汽车、斯太尔、黄河、轻型卡车驱动桥为单准双曲线齿轮,应使用GL-4油或相当于GL-4等级的18#双曲线油,这类车如果使用GL-3油,势必造成差速器早期磨损、疲劳点蚀,乃至剥落。进口汽车和引进生产线生产的汽车则要求使用GL-5油。但在具体使用中还要有所有区别,例如装有螺旋伞齿轮后桥的公共汽车,由于起步频繁,客运高峰时严重超载,普通车辆齿轮油显然无法满足低速高扭矩苛刻润滑需要,应换GL-4油或GL-5油为宜。同样,经常处于超载运行的拖车、半挂车也都应换成高一档次油。对于象桑塔那一类前驱动桥的轿车可不必使用价格高的GL-5油,使用GL-4油也可满足润滑要求,对于新款型的江淮JAC、江铃轻型卡车,减小了驱动桥体积(只装3L油),增大了输送扭矩,用油条件苛刻,必须选用GL-5油。特别是我国南方地区,夏季温度高,还应考虑使用较高粘度、较高剂量GL-5油,否则,极易发生齿轮副擦伤,乃至烧结。

                     其次要注意齿轮油粘度牌号的选择。我国幅员广阔,南北气候相差很大,不能按一个模式来选择粘度。我国江南地区冬季温度不低于-10℃,可全年使用SAE90SAE140单级油;北方地区,为适当延长换油期,避免季节换油造成浪费,可选用冬夏通用的多级油,黄河以南地区可选用85W/9085W/140,三北地区可选用80W/9080W/14075W/90。多级齿轮油有良好的低温启动性,良好的高温润滑性,并有一定的节能效果。当然,从节能角度来看,使用低粘度的齿轮油有利于提高传动效率和减少摩耗,但根据我国的国情,卡车经常超载运行及路况较差,目前还不宜提倡。须知,75WGL-5油的加剂量要高于SAE90加剂量的30-50%,油温超过75℃时,传动效率反而低于SAE90。我国主要汽车车型推荐用油见表6

                  国产汽车推荐用油

                  类别

                  车型

                  生产厂

                  规格及牌号

                  用量/kg

                  重型车

                  斯达-斯太尔

                  济南汽车制造厂

                  80W/90GL-4

                  11

                  红岩、斯太尔

                  四川汽车厂

                  85W/90GL-4

                  42

                  SX6818

                  陕西汽车制造厂

                  85W/90GL-4

                  50

                  中型车

                  跃进系列

                  南京汽车厂

                  80W/90GL-4

                  5.60

                  CA1091

                  长春一汽

                  80W/90GL-5

                  5.00

                  EQ140系列

                  二汽东风

                  85W/90GL-4

                  5.23

                  轻型车

                  IVECO系列

                  南京汽车厂

                  85W/90GL-5

                  1.90

                  BJ2021

                  北京吉普公司

                  80W/90GL-5

                  2.10

                  轿车

                  帕萨特、富康、本田、Audi系列

                  上汽、二汽、广州、长春一汽

                  75W/90GL-5

                  3.00

                  国内处车辆齿轮油产品对照见表7

                  车辆齿轮油产品对照表

                  生产厂及质量水平

                  GL-5

                  GL-4

                  Caltex

                  Multipurpose Thuban EP

                  Multipurose Thuban EP

                   Universal Thuban

                  Castol

                  Castol Hypoy Searies

                  Castol Hypoy Lingt

                  BP

                  Multigear Oil EP

                  Hypogear EP

                  Shell

                  Spriax HD

                  Spriax EP

                  Esso

                  Esso Gear Oil GX

                  Fsso Gear Oil GP

                  Mobil

                  Mobilube HD

                  Mobilube EP/GX

                  Feoso

                  Heavy Duty EP

                  Fesgo EP

                  Total

                  EP-B

                  EP

                  共石

                  EP 3000系列

                  EP 2000系列

                  兰州石化飞天牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  茂名石化南海牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  大连石化七星牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  高桥石化海牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  抚顺石化远航牌

                  80W/909085W/140140

                   

                  燕山石化燕山牌

                  85W/9090

                  85W/9090

                  大庆石化大庆牌

                  85W/9090

                  85W/9090

                  独山子炼油厂天山牌

                  80W/9090

                  80W/9090

                  长城公司长城牌

                  75W/9080W/9085W/90

                  85W/14090140

                  75W/9080W/9085W/90

                  85W/14090140

                  重庆一坪公司一坪牌

                  75W/9085W/9080W/140

                   

                   

                  3.2车辆齿轮油的使用周期

                  车辆齿轮油在使用过程中出现老化,理化性质和使用性质会逐渐发生变化,中国石化已制定出“普通车辆齿轮油换油指标”见表8

                                  表8   普通车辆齿轮油换油指标(SH/T 0475-92)

                  项目

                  换油指标

                  试验方法

                  100℃粘度变化率%

                  超过    +20-10

                  GB/T 265

                  水分/%

                  >        1.0

                  GB/T 260

                  酸值增加值/mgKOH/g

                  >        0.5

                  GB/T 8030

                  戊烷不溶物/%

                  >        2.0

                  GB/T 8926

                  铁含量/%

                  >        0.5

                  GB/T 0197

                    在实际使用中,车辆齿轮油的换油期通常是按行驶里程来决定,汽车生产厂家一般推荐传动系统齿轮油换油期为二个二级保养里程,或按冬夏季节更换油。润滑油生产厂家则按行车2.5-3万公里换油。有条件的单位则可根据具体车况,测定油品粘度、酸值、石油醚不溶物、油中铁含量、磷含量的变化,将换油期延至3-5万公里。当然无根据延长换油期,会造成传动系统齿轮的损坏。特别是在条件恶劣的场合如矿山、高原等应该缩短换油期。为了考察用国产添加剂研制的GL-5油的实际使用性能,研究国产极压抗磨剂的质量衰变规律,提出合理换油周期,为用户将来订购、选用、使用该档齿轮油提供技术依据。总后油料研究所和大连石化公司对照GJB1108.2-91国家军用汽车齿轮油鉴定检验规程,参考国内外道路行车的经验,选用五台日本三菱FV413载重车做10万公里行车试验和两台切诺基吉普车做5万公里的行车试验。试验结束后经对油品质量监测以及铁谱、红外等仪器分析,并对驱动桥齿轮副进行详细拆检,得出结论:

                  a 国产GL-5油在整个试验里程内,具有优良的极压抗磨性、热氧化安定性和防腐防锈性,以及低温流动性。

                  B 用红外光谱仪首次成功地监控了GL-5齿轮油极压抗磨剂降解,并用铁谱仪对双曲线齿轮副的磨损状态和摩擦机理进行研究,得出含硫添加剂消耗较慢而含磷剂消耗较快的结论,发现在双曲面齿轮仍属正常磨损的情况下,驱动后桥存在20-100微米左右的光滑薄片磨粒。

                  C 对我国自行研制的GL-5齿轮油,其换油周期宜制定如下:

                      载重、牵引等大型卡车:7.0万公里,

                      轿车、吉普车等中小型车:4.0万公里。

                  3.3 车辆齿轮油在使用中的问题

                    车辆齿轮油的正确选用对保证齿轮装置的正常工作是至关重要的,应选用高档车辆齿轮油,切不可贪图价廉而使用低档齿轮油。因为现代车辆齿轮油已成为齿轮装置的结构材料,在齿轮设计时必须进行齿轮强度计算,齿轮油的粘度和承载能力是重要的参数。不遵守推荐用油规则必然会降齿轮装置的寿命。其次,要强调正确合理使用车辆齿轮油,进口齿轮油姑且不提,国内各润滑油生产厂家生产的齿轮油的配方不同,特别是选用不同防腐防锈剂,有些添加剂之间在常温下就能发生化学反应,产生沉淀物。而且基础油也不尽相同,因而未做相溶性试验,不能盲目混用,对加剂量高的GL-5油更应慎重。

                  车辆齿轮油的管理也是一个重要的问题,高档车辆齿轮油是有严格质量标准的高技术产品,如果按照推荐的方法使用,可提供有效的服务并带来经济性。齿轮油在使用中出现的问题及改进措施见表9

                                       表9   与齿轮油有关的使用问题

                  问题

                  可能原因

                  改进措施

                  腐蚀

                  缺少防锈剂

                  油中含水

                  腐蚀性的极压剂

                  污染物,如植物酸

                  油氧化产生的酸性物质

                  用加足够防锈剂的油

                  勤排水,勤换油

                  防止污染物进入油

                  泡沫

                  缺少抗泡剂

                  抗泡剂析出

                  油面高度不够

                  空气进入油中

                  油中含水

                  用含抗泡剂的油

                  补加抗泡剂

                  控制加油量

                  防止空气和水进入油中

                  沉淀或油泥

                  添加剂析出

                  遇水乳化

                  油氧化生成不溶物

                  使用贮存稳定性好的油

                  使用抗乳化性好的油或补加抗乳化剂

                  使用氧化安定性好的油

                  粘度增加

                  粘度下降

                  氧化

                  过热

                  增粘剂被剪切

                  使用氧化安定性好的油

                  避免过热

                  使用剪切稳定性高的增粘剂

                  桥体过热,齿面烧伤

                  齿轮上油量不足,粘度太小

                  长时间过载运行

                  齿轮壳体尘土堆积,妨碍散热

                  补油

                  停车检修

                  清洁齿轮箱外壳

                  齿面烧伤

                  齿面点蚀

                  齿面胶合

                  油粘度太小

                  齿面粗糙

                  低温启动,轮齿啮合不良

                  增加油的粘度,使用GL-5

                  提高齿面光洁度

                  低温启动前预热,改进装配质量

                   

                  4.车辆齿轮油的发展趋势

                     GL-5仍是当前国内外使用的最高档次车辆齿轮油,我国自“七五”以来,研制生产出各种牌号的同类油,按GL-5配方剂量减半生产出相应牌号GL-4,经多年使用证明,完全可满足各种车辆需要。换油期均达到5万公里以上。随着研究工作的深入及国产添加剂水平的提高,齿轮油加剂量越来越少,性能越来越高,具备相当市场竞争能力。

                  4.1 提高经济性,降低成本

                  近二十年来,随着添加剂质量的提高,添加剂配方技术取得长足进步,配方组成更加完善、合理,各项性能指标不断提高,剂量不断下降,经济性进一步提高。从美国Lubrizol公司车辆齿轮油复合剂的添加量就可以看出这一发展趋势。早期Anglamol20008.5%,经过A-60437.0%A-996.5%等,直到现在A-60854.8%

                  我国开始研制各种润滑油时,加剂量都较国外同类产品偏高,为了能够一次通过各种全尺寸台架评定,配方的添加剂用量留有余地。这样,国产润滑油经济指标较差,技术含量偏低,缺乏市场竞争力。近些年来,我国又开展了优化配方的研究,目的在于满足润滑油各项性能指标的前提下,尽量降低总剂量,提高油品配方的技术经济指标,使添加剂用量与国外油品性能达到平衡合理,进而接近或达到国外先进水平。兰州研发中心研制的RHY4203复合剂以4.3%加剂量达到了GL-5水平,RHY4162复合剂以2.4%的剂量调制的85W/9080W/90卡车手动变速箱油,达到了API MT-1规格。

                  4.2 齿轮油的低粘度化趋势

                     为了节约机械设备和车辆传动机构中齿轮润滑的燃料与动力消耗,世界各国都在积极研究与开发低粘度齿轮油。齿轮油的发展方向是低粘度和长寿命。降低粘度可带来一系列好处:首先可减少摩擦阻力,降低动力消耗。有资料显示,齿轮油的粘度降低一个级别,可节能1-5%;改善低温流动性,可省掉润滑油循环系统中的设备,节省加热的必要能源;有利于散热,冷却部件;提高润滑油的渗透性,易于进到必要的润滑部位。

                     长期以来,人们一直担心齿轮油低粘度化会使设备润滑不良,磨损增大,油泄漏多,密封不良,甚至会发生振动或噪声。随着科学技术进步,润滑油添加剂得到日新月异发展,对齿轮油使用性能的主体承载能力和抗擦伤能力,已不再取决于粘度,而齿面上的吸附膜和化学膜成为主要的因素。润滑剂摩擦化学为齿轮油低粘度化打下了坚实的理论基础。

                     美国曾用34辆重型卡车做行车试验,比较各种粘度车辆齿轮油的节能效果,并对试验结果进行统计分析,证明低粘度的75W/90齿轮油有明显节省燃料效果。

                     解放军后勤工程学院在重庆地区夏季使用75W低粘度高剂量GL-5齿轮油在东风货车上运行9万公里,在不超载,路况良好情况下,差速器齿轮磨损量比使用18#双曲线齿轮油减少50%,齿轮寿命延长一倍,节油率达4-6%,汽车启动快,挂档轻松,滑行和加速性能好,并可延长换油时间。

                  4.3新一代车辆齿轮油

                     汽车工业的发展推动了车用润滑油的进步。卡车载荷的增加使得驱动桥齿轮传动功率的增加,而驱动桥齿轮的几何尺寸并没有很大的变化,导致齿面压力增加,这要求车辆齿轮油有更大的承载能力。汽车车体设计不断改进,使空气动力学性能更趋合理,汽车行驶时空气阻力减小,流过驱动桥外壳表面的空气流量减少,散热性能变差,齿轮油的热负荷增加,这要求齿轮油有更好的热氧化安定性。国外汽车制造厂对驱动桥和变速箱设备的保险期提高至12万公里,与此相关,要求提高车辆齿轮油寿命。GL-5型车辆齿轮油诞生已40年了,在这40年中,汽油机油已从SD更新到SL80年代后期美国汽车工程师协会(SAE)、美国材料试验学会(ASTM)和美国石油学会(API)开始考虑车辆齿轮油的换代问题,提出了PG-1PG-2规格,新一代车辆齿轮油对承载性、热氧化安定性、腐蚀性、密封件适应性等有更高的要求,美国齿轮制造商希望PG-1PG-2可以做到换油期100万公里,和汽车同寿命。PG-1定型为MT-1规格,API正在着手做PG-2取代GL-5工作,该项工作完成之后可能成为GL-7规格,和GL-5相比,增加了一个齿轮剥落试验(Mack Spalling)和密封件适应性试验D5662,同时改进了原先L-60氧化试验的重复性和试验中的漏油问题成为L-60-1,增加了漆膜评分和油泥评分。目前剥落试验尚未正式公布,剥落试验由于设备太复杂,重复性差,准备用L-37改变条件来做齿轮剥落试验,现正在试验中。新一代齿轮油的主要评定项目如表10

                                    

                   

                   

                   

                   表10  新一代齿轮油的主要评定项目

                  评定项目

                  MT-1手动变速器油

                  PG-2(GL-7)草案

                  MIL-2105E 1997

                  台架试验

                  (1)承载能力L-37

                  ——

                  L-37

                  L-37

                  (2)抗擦伤性L-42

                  ——

                  L-42

                  L-42

                  (3)锈蚀试验L-33

                  ——

                  L-33

                  L-33

                  (4)热氧化安定性L-60

                  ASTM D5704 L-60-1

                  D5704 L-60-1

                  D5704 L-60-1

                  (5)齿轮表面剥落试验

                  ——

                  Mack 

                  ——

                  (6)高温耐久性试验

                  ASTM D5579

                  ——

                  D5579

                  (7)抗磨损试验

                  D5182 FZG

                  ——

                  ——

                  理化模拟

                  (1)密封件适应性

                  SATM D5562

                  D5562

                  D5562/D471

                  (2)铜片腐蚀试验

                  ASTM D130

                  D130

                  D130

                  (3)抗泡沫性

                  ASTM D892

                  D892

                  D892

                  (4)成沟点试验

                  ——

                  FTM791-3456.1

                  FTM791-3456.1

                  (5)相容性试验

                  FTM791-3430.2

                  FTM791-3430.2

                  FTM791-3430.2

                  (6)贮存安定性试验

                  FTM791-3440.1

                  FTM791-3440.1

                  FTM791-3440.1

                   

                  5.知识问答

                  1什么叫多级车辆齿轮油?怎样表示?

                  答:同一种齿轮油,它既具有低粘度齿轮油的性质又具有高粘度齿轮油的性质,这种齿轮油叫多级齿轮油。它用两个数字表示,前一个数字表示这种齿轮油具备的低粘度油性质,即这种齿轮油在冬季使用时具有的粘度等级,所以在这个数字后面加“W”;后一个数字表示这种齿轮油具有的高粘度油性质,即在夏季使用时具有的粘度等级。

                  80W/140GL-5含义是什么?应用情况如何?

                     答:80W/140GL-5意指多级重负荷车辆齿轮油,其中80W表示在-26℃下表观粘度不大于150pa.s,成沟点低于-35℃;140表示在100℃下的运动粘度在24-41m/s之间。应用环境温度为-2549℃,为我国北方车辆四季通用油。这种大跨度高粘度齿轮油可满足专业运输车队的长途运输需要,广泛用于欧美。调制该档油必须辅加相当数量的低温性能好的高粘度聚α烯烃(PAO)或低分子量聚甲基丙烯酸酯稠化剂,价格要昂贵一些。但驱动桥用油量小,换油期可达6万公里以上,从提高传动效率、有效保护差速器、节省保养费等综合考虑还是经济合算,特别是我国超载卡车更应该使用该档油。

                  3       为什么要使用多级齿轮油,它有什么优点?

                  答:在严寒的冬季,车辆驱动桥使用的齿轮油因低温粘度太大,低温流动性不好,在低温启动时,小齿轮轴承得不到足够的润滑,使小齿轮轴承常常出现破坏。大发时时采彩知道,低粘度齿轮有有好的低温流动性,但低粘度齿轮油的高温润滑性不好,容易使齿面发生擦伤、增加磨损、缩短寿命。为保证齿轮油在低温流动性方面尽可能接近低粘度齿轮油水平,使低温启动时齿轮油和轴承得到满意的润滑;而在高温润滑性方面又有较高粘度齿轮油水平,使齿轮在装置达到稳定温度时得到满意的润滑,所以要使用多级齿轮油。

                  4       低粘度齿轮油的100℃运动粘度最低界限是多少,为什么?

                  答:最低界限是4.0m㎡。根据弹性流体润滑理论,液体摩擦引起的扭矩损失随齿轮油粘度下降而变小,但是,粘度小到一定程度后,由于润滑状态从弹性流体润滑区进入混合润滑区,扭矩损失反面增大。齿轮油100℃运动粘度对小齿轮轴承扭矩的影响研究表明,齿轮油粘度为4.0m㎡时,轴承旋转扭矩最小,即齿轮油的轴承效率最高;粘度小于或大于4.0m㎡时,轴承旋转扭矩都增大。可见,70W75W齿轮油的100℃运动粘度定为4.1m㎡是有道理的。

                  5 工业齿轮油是按ISO统一编号,为什么车辆齿轮油没有按ISO编号?

                     答:ISO润滑剂、工业润滑油和有关产品(L)的分类C组,只包含工业齿轮油分类标准,L-CKBL-CKCL-CKDL-CKE等,而不包含车辆齿轮油分类。这主要是由于欧洲与北美的汽车在设计上有所不同,汽车制造商对车辆用油也各有侧重,反映在油品规格上存在一些差异,难以统一。因此,ISO也一直未发布车辆齿轮油的分类标准及产品规格,但世界各国基本上都认可API的使用分类,GL-4GL-5MT-1等,产品规格以美军规格最有代表性,MIL-L-2105DMIL-L-2105E等。据SAE第三技术委员会1996年宣布,API GL-4GL-5MT-1为有效分类,尽管GL-4的评定设备不再生产,性能评定无法进行,原产品国内外普遍采用通过GL-5台架的配方剂量减半生产GL-4

                     我国曾制定车辆齿轮油分类标准GB/T7631.-89,有三个产品级别:L-CLCL-CLDL-CLE,分别相当于GL-3GL-4GL-5。五年之后,又等效采用ISO6743.6-1990制定GB/T7631.7-95工业齿轮油分类标准,原GB/T7631.7-89中的车辆齿轮油内容被取消,我国目前有普通车辆齿轮油(GL-3)规格(SH0350-92)和重负荷车辆齿轮油(GL-5)标准(GB13895-92)GL-4标准正着手制定。

                  6 为什么低温粘度是冬用车辆齿轮油的关键性指标之一?

                     答:车辆齿轮油的低温粘度对齿轮工作有重要影响,齿轮副多是飞溅式润滑,低温时油品必须具有足够的流动性,齿轮在传动时才能将足够量的油带到齿面及轴承。150Pa.S表观粘度是由不同粘度等级油(75W80W85W)在相应低温下(-40℃、-26℃、-12)后桥台架试验得出。例如,对75W齿轮同来说,当-40℃表观粘度高于150Pa.S时,环形齿轮不能携带润滑油甩至主动齿轮轴承,此时虽然还能启动,但齿面因润滑不良而产生擦伤磨损。如继续降温,润滑油完全失去流动性,环形齿轮将壳体内润滑油划成沟槽,齿轮干摩擦,齿面烧结,此时车辆无法启动。表观粘度采用GB/T11145车用流体润滑剂低温表观粘度测定法,成沟点采用SH/T0030车辆齿轮油成沟点测定法。在实际使用中,已找出油品表观粘度、成沟点与倾点的可比关系:对大庆石蜡基油而言,其表观粘度达150Pa.S时最高温度与倾点接近,成沟点则比倾点低10℃左右。因此将倾点按150Pa.S时最高温度低2℃控制,一般可满足油品低温性能指标。例如多级油80W/90,其中150Pa.S时最高温度为-26,成沟点不高于-35℃,在生产中可将倾点控制在-28℃。当然,每批油在出厂时还应按有关规定做出油品的表观粘度和成沟点数据。

                  7 普通车辆齿轮油指标中要求做四球机PB值与齿轮油的承载性有何关系?

                  答:我国普通车辆齿轮油相当于API GL-3水平,该档油在国外早已淘汰,但仍占我国齿轮油产量的1/3,用于各种拖拉机、农用车驱动桥及变速器。该产品标准(SH0350)中对齿轮油使用性能的主体,只规定了GB/T3142四球机法测定最大无卡咬负荷(PB)来考察油品的承载能力和抗擦伤性能。齿轮表面的损伤形式有胶合、擦伤、波纹、点蚀、剥落、抛光、磨粒磨损、腐蚀磨损等。齿轮油防止上述损伤出现的能力叫承载性。齿轮油的承载性跟四球机的PB值不完全是一回事,相关性较差,且PB值过高容易造成金属的腐蚀磨损和发生锈蚀。承载性能高的GL-5PB值并不比GL-3高。

                  8       驱动桥齿轮经常发生点蚀是怎么回事?

                  答:点蚀是由于金属疲劳引起的,点蚀可发生在齿轮的某一范围,足以使齿牙受到破坏。要想了解油对点蚀的精确影响是十分困难的。导致齿面发生点蚀的原因是齿面上受到重复的应力,使齿面出现裂纹。由于油的表面张力和油压,油会进入裂纹中,油的高压作用会使裂纹进一步扩大。

                  点蚀的另一种解释是:重复的应力会引起齿面下出现微小的裂纹,超过材料的抗拉强度时,裂纹扩展到齿面上就发生点蚀。根据点蚀机理,可以得出这样的结论:油的质量和添加剂几乎不会缓和点蚀。

                  在新齿轮跑合期内也会发生缓和得多的延迟点蚀。在跑合期内,由于负荷高就会出现温和的点蚀。但在齿轮的使用期内,这种点蚀不会进一步发展。在使用期内除了擦伤和点蚀之外,还可能出现许多其它类型的齿轮损坏。

                  9 手动变速器油与驱动桥用油使用同一种油效果如何?

                     答:汽车变速器分手动变速器和自动变速器,我国目前生产的汽车大部分采用手动变速器。手动变速器传动齿轮为圆柱形齿轮,负荷一般不超过2000Mpa,转速较高,工作条件比后桥要温和,应选用较低粘度、含有较少极压剂的齿轮油就可满足。我国大部分汽车生产厂为管理方便,简化用油品种,将变速器统一使用后桥油,这样既影响了变速器齿轮的寿命又降低了传动效率。手动变速器占整个驱动系统能源总损失3.1%,不容忽视。特别是新型汽车采用带同步器的变速器。同步环多为铜制品,对腐蚀要求很严,后桥齿轮油是无法满足的。大连石化公司为引进“奔驰”汽车生产线研制的低粘度80W/85变速器专用油经德国ZF公司鉴定,符合API GL-4质量指标,可用做德国生产的各种汽车变速器润滑油。实际使用证明该变速器延长了换油期、提高了密封性,积碳减少,提高了传动效率。随着汽车工业的发展,手动变速器油与驱动桥用油有各自成体系的趋势,API推出的MT-1手动变速器油规格,该油主要用于北美,而欧洲、日本则主要用低粘度GL-4油。

                  10 为判断GL-5油的真伪,分析油中硫、磷元素的含量就可大致搞清,这种作法是否有道理?

                  答:硫磷型GL-5齿轮油的配方中,90%是含硫、磷添加剂组成。为了能通过条件苛刻的L-37承载能力试验和L-42抗擦伤性能试验,含硫剂与含磷剂有一最佳配比,根据含磷剂的化学活性,通常S/P之比为15-25.1。以前国内研制的GL-5油的配方中,硫化异丁烯T321(含硫量42%)加量在4.5%以上。最新研制的GL-5油经济配方,硫烯的加量也在3%以上,因此油中的硫含应在1.2%以上。根据S/P比例推测,油中磷含量应在0.06%以上,如果低于这个数值,就有可能是其它档次的油了。对于用进口复合剂调制的GL-5油,加剂量偏低,但其硫磷含量也应在这个范围里。

                  11 调制多级齿轮油,为什么要强调只能加抗剪切安定好的低分子量稠化剂?

                  答:双曲线齿轮由于其偏置结构,不仅在齿高方向,而且在齿长方向都会产生较大的滑移速度。内燃机油承受的剪切速率是10exp4/s,液压油是10exp6/s,而车辆齿轮油受到剪切速率高达10exp8/s,因此多级车辆齿轮油中添加的稠化剂,其剪切安定性更显得重要,它直接影响齿轮油的粘度级别。一种稠化剂剪切安定性的好坏取决于其分子量大小,分子量分布的宽窄及在润滑油中的流体动力学体积。剪切稳定性差的稠化剂,其高分子链在剪切力的作用下,主链断裂,导致分子量减小,使油品粘度下降,达不到使用粘度要求,从而对磨损、油耗等产生负面影响。国内现有的稠化剂中聚异丁烯,尽管稠化能力小,但其剪切安定性良好,早在1982年兰炼研究所在试制普通车辆齿轮油时,曾做过行车使用试验,在CL-100齿轮机上剪切安定性表现良好的30005000的低分子量聚异丁烯,行车试验6000km后,试油100℃运动粘度降到未加稠化剂水平。总后油料研究所对稠化齿轮油做过试验得出结论:实车试验结果与FZG齿轮机剪切试验有良好的对应关系,FZG20小时剪切后相当于3000km的实车试验,3000km后油品粘度下降减缓,5000km后粘度几乎不再变化。目前,国内外使用较多的齿轮油稠化剂是低分子量聚甲基丙烯酸酯,其低温粘度小,降凝效果好,氧化安定性好,但因低分子量稠化能力小,通常在基础油中添加量大于20%,其实质也是作为一种高粘度合成油组分。

                  12 为什么在车辆齿轮油中不宜添加各种补强剂?

                     答:有些用户为了提高超载车辆齿轮油的承载性,额外购进一些含硫、磷极压抗磨剂及各种补强剂,甚至向齿轮油补加硫磺粉,这些做法不但不能有效保护齿轮,有时适得其反。极压抗磨剂的作用机理是控制性的化学腐蚀,额外补剂特别是补加硫磺粉只能造成齿轮的过度化学腐蚀,同时也影响齿轮的防腐防锈性、热氧化安定性,影响齿轮的使用寿命,得不偿失。

                  车辆齿轮油的研制是严格按照科学程序,添加剂的数量、种类、都是经过多次反复试验得来。为了提高油品的承载性,通过L-37/L-42台架评定,齿轮油要辅加相当数量的不同活性硫磷极压抗磨剂,在L-42中最有效的含硫极压剂,在L-37中几乎完全失效;而在L-37中效果最理想的含磷抗磨剂则在L-42中效果最差。配方中某种添加剂过量加入,将会影响其它添加剂效能发挥,致使配方无法同时通过四个齿轮台架。

                  至于说补加各种“增强剂”、“保护神”之类的东西,有些确实属于新兴材料,诸如纳米材料,做辅助试剂加在齿轮油中能在齿轮表面形成一种牢固的、自润性的分子膜,吸附和渗透在金属表面微孔中,有减摩功效,并可在缺油和少油的情况下短时间内起着一些保护作用。笔者也曾不只一次看到增强剂推销商拿一台小型齿轮机或者梯姆肯机在现场演示,加进名牌润滑油的机器在一定砝码负载后,由于摩擦力增大而停止转动,此时补加增强剂后,即使再加上一块砝码机器仍能转动,并降低了摩擦噪音。不错,增强剂能在特定条件下可降低摩擦系数,单靠如此简单试验就能判断剂的综合效果,那么ASTM又何必花费上千万美元去建立台架试验?

                  13 使用国产GL-5油时,夏季常常发生驱动桥过热,这是怎么回事?

                  答:齿轮油的发展方向是低粘化、长寿命和减摩性能最佳化。降低润滑油粘度有利于节约燃料和动力消耗[1]。然而我国载重卡车普遍存在超载的严峻现实,而且超载幅度在都超过50%。对于这类卡车关心的不是节能,而是如何保证正常行驶。车辆齿轮油是齿轮装置的结构材料,在齿轮传动装置设计时是经过齿轮强度计算,油品粘度和承载能力是重要的参数。汽车工业的发展推动了车辆齿轮油的升级,卡车载荷的增加使得驱动桥齿轮传动的功率增加,而驱动桥齿轮的几何尺寸并没有很大变化,导致齿面压力增加,温度升高。特别是汽车车体设计不断改进,使空气动力学 性能更趋合理。车辆行驶时空气阻力减小,流过驱动桥外表面的空气流量减少,散热性变差,摩擦热难以散发,使用条件苛刻。如果再成倍增加载荷,没有足够的润滑保护膜,或油膜破裂,发生干摩擦,瞬间摩擦热足以熔化齿面上微凸不平加工痕迹,发生烧结、擦伤。研究表明,车辆运转部件磨损量随车辆总重和道路的恶化而增大,特别是超载情况,经常使零部件发生异常磨损。面对着超载运输的现实,润滑油市场上需要一种高粘度、高剂量的超载车辆齿轮油。美国、欧洲齿轮油主要产品的粘度等级为燃料经济性好的75W/9080W/140,前者用于轿车和轻型车驱动桥,后者用于卡车驱动桥,这种大跨度、高粘度齿轮油可满足车队长途运输需要。“七五”期间我国根据国情研制了高粘度多级油85W/140GL-5以满足我国大部分区域载重卡车需要。

                  14 基础油粘度与承载能力、抗擦伤能力有何关系?

                  答:齿轮表面的损坏形式有胶合、擦伤、点蚀、剥落、磨粒磨损等,齿轮油防止上述损伤出现的能力称为齿轮油的承载能力和抗擦伤能力,这与基础油粘度密切相关,同时以受温度影响。当油温升高时,粘度下降,油性减弱,难以形成牢固的油膜,增加金属间接触几率;粘度过低还会造成齿轮疲劳磨损,甚至齿根断裂。维持齿面间的流体润滑,防止和减少出现边界摩擦,则需保持特定的油膜厚度和强度。油膜厚度是由油品粘度(η),运转速度(N)和承载力(P)决定即由无量纲参数η*N/P决定的,通常为增加油膜厚度,采用高粘度基础油。

                  据资料报道[2],齿轮发生擦伤时的负荷与润滑油粘度的关系可表示为P=k(η100)exp1/2,(P为负荷;k为与温度有关的常数;η为100℃粘度)

                  15 现在市面上买到的18#双曲线齿轮油总感觉不如十多年前同类油耐用,这是怎么回事?

                  答?我国在1980年前后研制生产的18#双曲线油,其配方采用硫磷氯锌型,主要添加剂为T202ZDDPT301氯化石腊、T302二苄基二硫,每剂加量均在1.5-3%,总剂量8.5%,具有突出的极压抗磨性,但长期贮存易生成沉淀,遇水易水解。随着齿轮油添加剂技术的进步,硫---锌型配方演变成现在硫磷型,硫磷型配方突出的优点是热氧化安定性好、防锈性好、贮存安定性好。18#双曲线齿轮油主要性能相当于GL-4,现在市售GL-4加量只有GL-5的一半,约2.2-2.5%。由于我国运输市场超载问题普遍存在,在使用GL-4油时常常会感到极压性能不足,不如旧牌号的18#双曲线齿轮油。

                  16 调制车辆齿轮油应注意哪些事项?

                     答:a极压剂在较高浓度下,即在调合复合剂的过程中,有些极压剂是不可能完全互溶的。特别是在较长时间的储存时,这样就有可能造成复合剂成品的各种元素的含量不均,影响复合剂的品质,进而影响齿轮油的质量。例如T305T321在齿轮复合剂中超过15的比例时储存一个月以上,即可能出现两剂分离的现象。

                   B 在加工齿轮油复合剂的过程中,加料顺序及升温溶解过程中,都要严格遵守程序。

                   C 齿轮油复合剂要严格控制储存期,储存期超过的复合剂就要降档或不能使用。组成齿轮油复合剂的单剂基本上都是一些化学性质比较活泼的化合物,其中以酸性化合物居多,这些化合物虽然在单剂的储存过程中相对比较稳定,但是在复合过程中,由于加入了其它组分,就可能引发单剂的分解或进一步化合的可能性,进而抵消各种单剂的功效,降低齿轮油的润滑性能,造成齿轮油的品质低劣。

                  D 用户也需要对齿轮油加强管理,不能日晒雨淋,防止油品质量下降,避免使用油桶标志不清而引起错用油;如果用油罐储存,应该专用避免漏损;油泵、盛油器具、计量仪器应保持清洁。

                   

                  各种汽车手动变速器和驱动桥中。自1925Gleason Works 开发了第一个双曲线齿轮驱动桥以来,在短短几年间,几乎全部的美国制造商都推广使用。接着,在欧洲也逐步得到应用。为了满足双曲线齿轮驱动桥的润滑要求。开发了极压车辆齿轮油,这种早期的齿轮油为S-Pb型或S-P-Cl型。二次世界大战以后,为了制得具有高速冲击性能和高扭矩性能的多效齿轮油,引入了S-P-Cl型复合剂。以后由于卡车载重和功率的提高,加上轴偏置增大,复合剂在原来的S-P-Cl基础上又引入了二烷基二硫代磷酸锌,大大提高了极压性能。进入60年代,由于汽车工业不断追求高速度,大马力,需要热氧化安定性更高的润滑油,研制出第一代S-P型双曲线齿轮油,并逐渐在全世界得到普及。

                  硫磷型车辆齿轮油经过40年的使用,经久不衰,其主要是围绕着含磷添加剂和添加剂复配技术的发展。第二代、第三代硫磷型齿轮油具有好的热稳定性和水解稳定性,解决了含磷剂消耗快的问题,并可作为车辆、工业齿轮通用油。

                  1.1国外车辆齿轮油情况

                     代表着发达国家的欧洲,每年需要车辆齿轮油30万吨,其中75%GL-5车辆齿轮油,其余为GL-4齿轮油。见表1

                                            表1  欧洲用车辆齿轮油

                  质量水平

                  数量/万吨

                  所占份额/%

                  GL-4

                  2.88

                  9.6

                  GL-5

                  13.65

                  45.5

                  GL-4+厂商要求

                  4.38

                  14.6

                  GL-5+厂商要求

                  9.09

                  30.3

                  总量

                  30

                  100

                  由于欧洲市场上对齿轮油的质量要求不断提高,添加剂用量增加,换油期延长,使销售量增长很小。出现了全寿命油,要求汽车齿轮油的基础油越来越多地使用合成润滑油,同时有轻质化趋势,好处是改进了燃料经济性,也容易换档。欧洲汽车生产商要求车辆齿轮油延长换油周期,甚至要求与车辆同寿命,目前汽车寿命约为75万公里,将来要延长到100万公里,因此齿轮油与橡胶密封材料配伍性受到特别重视,要求在长期运转中齿轮油对密封材料既不能使其硬化、收缩,又不能使其膨胀、降低强度。

                  目前欧洲轿车多为前桥驱动,前桥中装有同步器。欧洲同步器设计与美国不同,美国的同步器由一组摩片组成,而 欧洲的同步器由一组黄铜环组成,为使其同步器能正常工作,在要求使用GL-4GL-5齿轮油时,还要补充进行密封件试验和同步器试验。由此可见,欧洲车辆齿轮油规格高于相应的美国规格。

                  1.2 我国车辆齿轮油的发展概况

                  20世纪50-70年代,我国车辆齿轮油尚未形成完整的体系,只分为齿轮油和双曲线齿轮油这两种残渣型的黑色齿轮油和一种馏分型的合成双曲线齿轮油。1960年公布我国第一个双曲线齿轮油的规格,基础油主要是残渣油,常用添加剂是硫化蓖麻油,也有用硫化松脂油。1962年公布第一个用于汽车、拖拉机变速箱及后桥的齿轮油规格,其油品由残渣油或加入部分馏分油构成,使用性能差,寿命短,耗能大,还需用低粘度润滑油或低凝点柴油稀释,才能冷启动。1967年开始生产渣油型S-P-Cl-Zn型双曲线齿轮油,主要添加剂是二烷基二硫代磷酸锌(T202)和氯化石蜡(T301)。油品的主要特性如极压抗磨性有较大提高,但热氧化安定性、防锈性、颜色等均较差。1971开始试制和生产精制型双曲线齿轮油,按添加剂类型又分硫磷氯锌型和硫磷型两种,其要性能相当于GL-4,用于“东风”汽车双曲线齿轮及大马力内燃机车牵引齿轮润滑。80年代初,由中石化各炼厂及有关科研院组成的齿轮油攻关组,研制成功馏分型GL-3,这些油流变性、热氧化安定性、抗磨性、防锈性均优于渣油型,可以满足“解放”、“黄河”等非双曲面齿轮的汽车后桥润滑要求。改革开放以来,我国引进了国外先进的汽车生产线,其中包括一汽、上汽引进德国大众轿车生产线;二汽引法国雪铁龙、广州引进日本本田、北京引进美国通用、济南引进奥地利技术生产“斯太尔“卡车,这些车辆驱动桥都要求使用GL-5。为了实现车辆齿轮油的国产化,齿轮油攻关组,在“七五”期间完成了80W/9085/9085W/140 GL-5的研制并通过国家技术鉴定。目前我国兰州润滑油研发中心和北京石化院开发出齿轮油通用复合剂,达到了国际先进水平。 目前我国GL-3GL-4GL-5各占齿轮油市场的1/3

                  2. 车辆齿轮油的特性

                  用于车辆齿轮装置的各类齿轮副形状不同,轮齿啮合方式不同,润滑油膜的形成有显著

                  的差异,正齿轮、伞齿轮、斜齿轮、人字形齿轮和螺旋齿轮容易在齿面上形成润滑油膜,一般使用GL-3油润滑;双曲线齿轮体积较小,传递的动力大,齿轮的曲率半径小,润滑中形成油楔的条件差,轮齿的每一次啮合均须重新建立油膜。另外,啮合表面不相吻合,有滚动也有滑动,恶化了油膜运转情况,需要使用GL-5油润滑。车辆齿轮油主要作用在于减少齿轮副之间的摩擦与磨损。摩擦润滑过程一般包含流体润滑、弹性润滑、混合润滑和边界润滑。当润滑的齿面在负载下接触时,就发生塑性变形,润滑油陷入金属表面之间。齿轮油的组成、性能和齿面的化学状态支配着摩擦润滑的全过程。

                  2.1齿轮油的性能

                     为了完成运动和动力的传递,车辆齿轮油在以下几方面给予最佳配合:防止和减少齿面间的摩擦和磨损,均匀分布载荷;带走摩擦时产生的热量;将齿面与水、空气隔绝,避免生锈、腐蚀及尘袭;冲洗齿面上的磨粒的杂质;减缓齿轮震动,使运动平缓。齿轮油在齿轮传动中的重要性决定了它必须具备以下性能:

                  a 合适的粘度和良好的粘温性能:齿轮油的粘度和承载力有密切关系,粘度增加,容易形成流体动力膜和弹性流体润滑膜,有利于保护齿面。但是粘度过高,齿轮工作时动力损耗大,使油温升高。目前由于添加剂水平的提高,为了节能,齿轮油有低粘度化的发展趋势,另外,齿轮油的低温粘度对齿轮工作有重要影响,汽车驱动桥齿轮是飞溅式润滑,低温时齿轮油必须有足够的流动性,这样齿轮转动时才能将足够量的油带到齿面及轴承上,防止出现损伤。车辆齿轮油在低温下的表观粘度和成沟点在一定程度上表明齿轮油的低温流动性。

                  B 足够的承载性:齿轮油应在高速、低速重载或冲击负荷下迅速形成边界吸附膜或化学反应膜以防止齿面磨损、擦伤和胶合。齿轮油的承载性是它最重要使用性能,需要CRCL-37L-42全尺寸齿轮台架来评定油品的承载力和抗擦伤能力。

                  C 良好的热氧化安定性:齿轮油在工作中被剧烈搅动,在与空气、金属、杂质等接触中,特别是重型卡车驱动桥,齿轮装置工作温度相当高,齿轮油的氧化是一个突出的问题,直接影响到油品的使用寿命。氧化产生的腐蚀性物质加速的腐蚀和锈蚀;氧化产生的沉淀物会影响密封性,沉淀物复盖在零件表面会影响散热,加速油品的氧化进程。GL-5油需要做L-60热安定性齿轮台架试验。

                  D 良好的防锈防腐蚀性:齿轮油应具有适度的化学活性,对金属的腐蚀性要小。齿轮装置中的滑动轴承,变速箱的同步环都是由铜合金制成的,容易被腐蚀。在水和空气的参与作用下,齿面和油箱会产生锈蚀,腐蚀和锈蚀不仅破坏了齿轮的几何学特点,破坏了润滑状态,严重时会影响正常的传动,而且腐蚀和锈蚀产物会进一步引起齿轮油变质。

                  E 良好的抗泡沫性:齿轮转动时将空气带入油中,形成泡沫,泡沫如存在于齿面上会破坏油膜的完整性,造成润滑失效。泡沫的导热性差,容易引起齿面的过热,使油膜破坏,泡沫严重时,油常从齿轮箱的通气孔中溢出。

                  2.2车辆齿轮油的组成

                     车辆齿轮油是由基础油和添加剂组成,基础油主要是矿物润滑油,也有少部分合成油。低粘度车辆齿轮油的基础油是由低度矿物润滑油或合成润滑油,有时还加入剪切安定性好的低分子量聚合物构成,对低温粘度也有苛刻的要求。配制高粘度车辆齿轮油时,需用较多的光亮油例如150BS做基础油,光亮油在原油中的含量小于5%,加工过程复杂,因此,车辆齿轮油的基础油不易生产。添加剂的作用是增强基础油原有的某些性能或赋予基础油原来不具备的新的性能。车辆齿轮油的添加剂主要是硫磷元素的化合物,含硫极压剂与金属反应生成硫化铁极压膜,摩擦系数小,耐热性高,在高速冲击负荷下,能有效防止齿面擦伤。含磷化合物在金属表面上吸附,与金属反应生成磷酸铁,起防止磨损的作用,除此以外还要添加适量的防锈剂、抗氧剂和抗泡剂。近代的车辆齿轮油使用最多的含硫极压剂是硫化烯烃。硫化烯烃在高冲击载荷条件下能有效地防止齿面损伤。含磷极压剂例如磷酸酯,在金属表面上吸附,由于加水分解反应变成酸性酯与金属反应生成磷酸盐,起防止磨损的作用。含磷化合物经常被称做抗磨剂。在高扭矩苛刻运转条件下能防止齿面磨损、点蚀和剥落。根据其结构大体可分为亚磷酸酯及其胺盐、磷酸酯及其胺盐、硫代磷酸酯及其胺盐、硫磷酸复酯胺盐等。    为使限滑差速器正常工作,减少汽车转变时限滑差速器摩擦片的震动和噪音,车辆齿轮油中须加入摩擦改进剂。在边界润滑条件下,摩擦改进剂的极性基因由于物理吸附或化学吸附作用吸附在金属表面上,形成吸附膜,降低摩擦系数。极压剂、抗磨剂是化学活性高的化合物,效易引起金属的腐蚀和渗蚀,因此,车辆齿轮油中应加入腐蚀抑制剂。杂环化合物如噻二唑及苯三唑衍生物是铜腐蚀抑制剂。碱性和中性磺酸盐、烯基丁二酸、烯基十二酸半酯等齿轮油常用的防锈剂。对于确定车辆齿轮油配方,必须仔细地平衡极压性和防锈性,因为防锈剂会降低极压剂的效果。齿轮油的氧化与其它润滑油一样也是烃类退化分枝链代式反应,屏蔽酚型和芳香胺型抗氧剂在齿轮油中有一定的效果,硫磷型齿轮油中的极压剂,如硫烯、磷酸酯、亚磷酸酯、硫代磷酸酯及其衍生物,除极压性还具有抗氧化性,故硫磷型车辆齿轮油常常不另加抗氧剂。清净剂和分散剂不是车辆齿轮油添加剂酸方的必要组分。但加入清净剂或分散剂有助于提高齿轮油的清净性,防止油泥和沉淀的产生。近年来,随着对车辆齿轮油的热氧化安定性要求的提高,有些车辆齿轮油添加剂配方中加入分散剂或清净剂,如碱土金属盐型清净剂或无灰分散剂,以保持齿轮装置的清洁。配制低粘度多级车辆齿轮油,如75W/90车辆齿轮油须加粘度指改进剂。齿轮油在使用过程中受到强烈剪切,剪切速率可达108S-1。高分子粘度指数改进剂剪切安定性差,不能用于齿轮油,必须使用低分子量聚合物。75W/90车辆齿轮油常用低分子量聚甲基丙烯酸酯做增粘剂,其低温粘度较小。聚烯烃类粘度指数改进剂低温粘度大,不能用于75W/90车辆齿轮油,但可用于其它齿轮油。硅油是常用的抗泡剂,硅油用量小,10-100ppm就有效,但贮存稳定性不好,易从油中析出,近年来齿轮油用非硅抗泡剂,是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物,贮存稳定性较好。润滑油的粘度是影响流体润滑、弹性润滑的主要参数。极压抗磨剂的性能是改善边界润滑的主导因素。此外,极压抗磨剂的活性基团有增加油膜强度的功能,齿轮油的有效润滑应从基础油和添加剂两方面综合平衡,努力使配方处于最佳状态,提高油品的各项性能。以开发75W/90GL-5为例,介绍润滑油开发的步骤,揭示了齿轮油的组成,说明齿轮油开发系统性和完整性。第一步,为了符合75W/90粘度级别的要求,需选用低温粘度小、粘温性能好的基础油,并加入粘度指数改进剂和降凝剂,以期符合多级油的高低温使用标准,并要考察其剪切安定性。第二步,配方的筛选,重点考察硫、磷剂之间的极压性和抗磨性的平衡。第三步,做油品理化分析,确保达到该等级油的技术指标。第四步,做CRC四个全尺寸齿轮台架评定:CRC L-33锈蚀试验;CRC L-37承载能力试验;CRC L-42高速冲击试验和CRC L-60热氧化安定性试验,四个齿轮台架是研制GL-5油的关键。最后还要做实际行车试验,验证齿轮油组成的合理性。新一代齿轮油复合剂一般由以下添加剂组成:硫化异丁烯60-70%,含磷抗磨剂20-25%,防锈剂及抗氧剂5-10%。只有按此范围搭配各类功能添加剂,才不至于出现齿轮油的某种性能的单项冠军,才有可能得到同时通过四个齿轮台架的“四项全能”GL-5齿轮油。

                  2.3车辆齿轮油的规格

                     国际上车辆齿轮油至今尚无统一的规格标准。这主要是由于欧洲与北美的汽车在设计上有所不同,汽车制造商对车辆用油的要求各有侧重,反映在油品规格上存在一些差异,难以统一。因此ISO也一直未发布车辆齿轮油的分类标准和产品规格,但世界各国广泛采用美国石油学会API的使用分类和美国军用齿轮油规格。API使用分类见表2,其中GL-1GL-2GL-3GL-6已经过时不再使用,只有GL-4GL-5MT-1为有效分类。满足API GL-4使用要求的美军齿轮油规格MIL-L-2105制定于1950年,评定项目主要包括CRC L-13L-19L-20L-21四个齿轮台架。1962年经修订后代号为MIL-L-2105B,其产品性能评定使用了新的齿轮台架CRC L-33L-37L-42L-60取代了原先四个台架,提高了质量水平,达到了API GL-5,以后又经多次修订,目前成为MIL-L-2105E,相当于GL-5加上MT-1,为多用途车辆齿轮油规格,参见表3。从美军规格中看出为适应汽车工业升级换代,车辆齿轮油规格在不断更新,2021C取消了2021B的单级油,换成相应的多级油,并对低温性能、抗泡性和防锈性的要求越来越苛刻。2021D则允许使用再生油为基础油,并对环保给予特别关注。车辆齿轮油的粘度分类见表4

                      齿轮油在石油产品的润滑剂和有关产品(L)中列为C组,我国参照API车辆齿轮油的使用分类于1989年发布了C组产品的分类GB/T7631.7-89,该分类只包括车辆齿轮油内容,采用了L-CLCL-CLDL-CLE代替了GL-3GL-4GL-5。由于所涉及的品种代号是我国独创的在实践中无法使用,所以后来很快又修定了该标准,仍延用API分类。

                                   表2  API汽车手动变速器和驱动桥润滑剂使用分类

                  类别

                  使用说明

                  我国相应标准

                  GL-1

                  不加极压抗磨剂,只加抗氧防锈剂,用于手动变速器。

                   

                  GL-2

                  条件缓合的汽车蜗轮驱动桥润滑,含有少量极压抗磨剂。

                   

                  GL-3

                  用于汽车手动变速箱及螺旋伞齿轮驱动桥。

                  SH/T0350-92

                  GL-4

                  重负荷螺旋伞齿轮及缓合的双曲线齿轮,评定此类产品台架装置已不生产,普遍采用GL-5复合剂量减半调制。

                   

                  GL-5

                  高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下的各类齿轮,特别是双曲线齿轮。

                  GB13895-92

                  GL-6

                  具有高偏置的轿车双曲线齿轮驱动轿。

                   

                  MT-1

                  客车和重型卡车上手动变速器,提供防止化合物热降解,部件磨损及密封件变坏的性能。

                   

                   

                   

                  美国军用车辆齿轮油规格

                  规格(发布时间)

                  MIL-L-2105(1950)

                  MIL-L-2105B(1962)

                  MIL-L-2105C(1976)

                  MIL—2105D(1987)

                  MIL-L-2105E(1997)

                  粘度级别SAE

                  80   90   140

                  80   90  140

                  75W 80W/90 85W/140

                  75W  80W/90 85W/140

                   

                  珍观粘度150Pa.s

                  -  -  -

                  -  -  -

                  -40  -26    -12

                  -40  -26    -12

                   

                  成沟点℃最高

                  -35  -18  -18

                  -35  -18  -18

                  -45  -35    -20

                  -45  -35    -20

                   

                  铜片腐蚀121℃最大

                  2C

                  2C

                  3

                  3

                   

                  抗泡性24-93-24

                  300-50-300

                  300-50-300

                  20-50-20

                  20-50-20

                   

                  齿轮台架试验

                  CRC L-33

                  (L-21L-13))通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-37

                  (L-20)通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-42

                  (L-19)通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  通过

                  CRC L-60

                  -

                  通过

                  通过

                  通过

                  (L-60-1) 通过

                  满足API分类

                  GL-4

                  GL-5

                  GL-5

                  GL-5

                  GL-5+MT-1

                   

                                    表4  车辆齿轮油的粘度分类

                  分类

                  达到150Pa.s的最高温度,℃

                  100℃运动粘度,m/s

                  最低

                  最高

                  75W

                  -40

                  4.1

                  -

                  80W

                  -26

                  7.0

                  -

                  85W

                  -12

                  11.0

                  -

                  90

                  -

                  13.5

                  24.0

                  140

                  -

                  24.0

                  41.0

                  250

                  -

                  41.0

                  -

                   

                  在二十世纪六十年代,我国车辆均沿用苏联五十年代的设计与制造,因而润滑油方面也是沿用苏联品牌并制定相应的标准SY1103-59齿轮油和SY1102-60双曲线齿轮油。八十年代各润滑油生产大厂企业标准有“18#双曲线齿轮油”,其性能相当于GL-4水平;石化总公司制定SH0350-92普通车辆齿轮油,相当于GL-3水平;等效采用美国军用规格MIL-L-2105D制定GB13895-92 GL-5产品标准。鉴于GL-4油的台架评定设备国内没有,国外也不再生产,因此至今没有此档油的产品标准。GL-4GL-5有一些内在联系,它们的台架评定比较如下:

                  API GL-4 MIL-L-2105(1950)

                  API GL-5 MIL-L-2105B(1962)

                  L-20承载能力试验

                  低速高扭矩,93-121℃,24h

                   

                  L-19抗擦伤性能试验

                  L-13L-21湿气锈蚀试验

                   

                   ------

                  L-37承载能力试验

                  程序Ⅰ,高速低扭矩试验147℃,100min

                  程序Ⅱ,低速高扭矩试验135℃,24h

                  L-42抗擦伤性能试验:分磨合、高速和冲击三个程序

                  L-33锈蚀性能试验:程序Ⅰ82℃,4h

                                     程序Ⅱ52℃,162h

                  L-60热氧化安定性试验,163℃,50h

                  L-20与L-37台架的差异是扭矩较低,而且没有高速程序;L-19L-42相比,后者的扭矩比前者高两倍;GL-5油还增加了热氧化安定性试验L-60API使用分类说明中允许用通过GL-5四个齿轮台架评定的油其配方减半来生产GL-4油,几十年来国外石油公司普遍采用这一要求来生产GL-4,如EXXONLubrizol等大型石油公司均有GL-5复合添加剂减半生产GL-4的技术规定。中国石化总公司曾制定出“硫磷型中负荷车辆齿轮油GL-4”暂定技术条件,由于落实不了GL-4齿轮台架,只好在台架评定项目中注明“待定”。国内交通部也发布了中负荷车辆齿轮油GL-4的行业标准,使用了东风汽车集团的仿L-20齿轮台架,虽然对油品的承载有些区分性,但难以形成标准评定方法。大连石化公司的企业标准中负荷车辆油(GL-4) QJ/DSH 661-96,就是依托于GL-5制定产品标准,采用国际上通用的GL-5配方延伸技术生GL-4,保证了GL-4产品质量。

                    98.7SAEJ306齿轮油粘度分类采用CEC L-45-T-99试验方法,要求多级齿轮油在KRL齿轮机20小时剪切试验后,粘度必须留在级别内。这就要求调制车辆齿轮油时,必须提高油品100℃初始粘度,选用剪切安定性更好的稠化剂,更多的使用Ⅱ类、Ⅲ类基础油及聚α烯烃。我国车辆齿轮油按质量等级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类,其性能指标列于表5、表6、表7。其中制订重负荷车辆齿轮油标准:GB13895-92是参照美军MIL-L-2105D规格。

                  表5  普通车辆齿轮油(GL-3)规格(SH0350-92)

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  80W/90

                  85W/90

                  90

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                  表观粘度达150Pa·s时温度/   不高于

                  粘度指数                      不小于

                  倾点/                        不高于

                  闪点(开口)/                不低于

                  水分/%                        不大于

                  锈蚀试验(15号钢棒、A法)

                  泡沫倾向性/泡沫稳定性/mL/mL

                    (24±0.5)                 不大于

                    (93±0.5)                 不大于

                   (24±0.5)               不大于

                  腐蚀(铜片,100,3h/       不大于

                  最大无卡咬负荷PB/N             不小于

                  糠醛或酚含量(未加剂)

                  机械杂质/%                     不大于

                  残炭(未加剂)/%

                  酸值(未加剂)/mgKOH·g-1

                  氯含量/%

                  锌含量/%

                  硫酸盐灰分/%

                  1519

                  -26

                   

                  -28

                  170

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.05

                  1519

                  -12

                   

                  -18

                  180

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.02

                  1519

                   

                  90

                  -10

                  190

                  痕迹

                  无锈

                   

                  100/10

                  100/10

                  100/10

                  1

                  785

                  0.02

                  GB/T265-88

                  GB/T11145-89

                  GB/T1995-88

                  GB/T3535-83

                  GB/T267-88

                  GB/T260-7788

                  GB/T11143-89

                  GB/T12579-90

                   

                   

                   

                  GB/T5096-85

                  GB/T3142-8290

                  SH/T0120-92

                  GB/T511-88

                  GB/T268-87

                  GB/T4945-85

                  SH/T0161-92

                  SH/T0226-92

                  GB/T2433-8188

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  均为报告

                  表6  中负荷车辆齿轮油(GL-4)暂定技术条件

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  75W

                  80W/90

                  85W/90

                  90

                  85W/140

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                  粘度指数

                  闪点(开口)/          不低于

                  成沟点/                不高于

                  表观粘度(150Pa·s/  不高于

                  机械杂质/%               不大于

                  不小于4.1

                  -

                  150

                  -45

                  -40

                   

                  -

                  165

                  -35

                  -26

                   

                   

                  -

                  180

                  -20

                  -12

                  0.02

                   

                  90

                  180

                  -17.0

                   

                  -

                  180

                  -20

                  -12

                  GB/T265-88

                  GB/T2541-8188

                  GB/T3536-83

                  SH/T0030-90

                  GB/T11145-89

                  GB/T511-88

                  水分/%                  不大于

                  泡沫倾向性/泡沫稳定性/mL/mL

                    24                  不大于

                    93                  不大于

                  24                 不大于

                  台架性能评定

                  痕迹

                   

                  20/0

                  50/0

                  20/0

                  待定

                  GB/T260-7788

                  GB/T12579-90

                  表7  重负荷车辆齿轮油(GL-5)标准(GB13895-92)

                  项目

                  质量指标

                  试验方法

                  75W

                  80W/90

                  85W/90

                  85W/140

                  90

                  140

                  运动粘度(100℃)/mm2·s-1

                   

                  倾点/

                  表观粘度达150Pa·s时的温度/    不高于

                  闪点(开)/                     不低于

                  成沟点/                         不高于

                  粘度指数                          不低于

                  4.1

                   

                  报告

                  -40

                  150

                  -45

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -26

                  165

                  -35

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -12

                  165

                  -20

                  报告

                  240

                  410

                  报告

                  -12

                  180

                  -20

                  报告

                  135

                  240

                  报告

                  -

                  180

                  -17.8

                  75

                  240

                  410

                  报告

                  -

                  200

                  -6.7

                  75

                  GB/T265-88

                   

                  GB/T3535-83

                  GB/T11145-89

                  GB/T3536-83

                  SH/T0030-90

                  GB/T2541-8188

                  起泡性(泡沫倾向)/mL

                    24                            不大于

                    93.5                          不大于

                   24                           不大于

                  腐蚀试验(铜片,121,3h/      不大于

                  机械杂质/%                        不大于

                  水分/%                            不大于

                  戊烷不溶物/%

                  硫酸盐灰分/%

                  /%

                   

                   

                   

                  /%

                  /%

                  /%

                  储存稳定性

                      液体沉定物/%(体)            不大于

                      固体沉淀物/%(质)            不大于

                  锈蚀试验

                  盖板锈蚀面积/%                    不大于

                  齿面,轴承及其它部件锈蚀情况      不大于

                  抗擦伤试验

                  承载能力试验

                  热氧化稳定性

                      100℃运动粘度增长/%           不大于

                      戊烷不溶物/%                  不大于

                      甲苯不溶物/%                  不大于

                   

                  20

                  50

                  20

                  3

                  0.05

                  痕迹

                  报告

                  报告

                  报告

                   

                   

                   

                  报告

                  报告

                  报告

                   

                  0.5

                  0.25

                   

                  1

                  无锈

                  通过

                  通过

                   

                  100

                  3

                  2

                  GB/T12579-90

                   

                   

                   

                  GB/T5096-85

                  GB/T511-88

                  GB/T260-7788

                  GB/T8926-88A

                  GB/T2433-8188

                  GB/T387-90

                  GB/T388-6490

                  GB/T11140-89

                  SH/T0172-92

                  SH/T0296-92

                  SH/T0224-92

                  SH/T0270-92

                   

                  SH/T0037-90

                   

                   

                  SH/T0517

                   

                  SH/T0519

                  SH/T0518

                  SH/T0520

                  GB/T265-88

                  GB/T8926-88A

                  GB/T8926-88A

                    ①生产单位可根据添加剂配方不同选择适当的测定方法。

                    ②如果有其它金属,应该测定并报告实测结果,允许用原子吸收光谱测定。

                    ③保证项目,每五年评定一次。

                    ④75W油在进行抗擦伤试验时,程序Ⅱ(高速)在79℃开始进行,程序Ⅳ(冲击)在93℃下开始进行;喷水冷却,最大温升不大于5.5-8.3℃。

                    ⑤75W油在进行承载能力试验时,高速低扭矩在104℃下进行,低速高扭矩在93℃下进行。

                  2.4 评定车辆齿轮油的关键项目---齿轮台架

                  美国科学研究协作委员会(CRC)建立的四个全尺寸齿轮台架是评定车辆齿轮油的关键,它们分别代表了汽车在行驶时不同工况对齿轮油性能的不同要求,四个全尺寸齿轮台架见表8

                                     表齿轮台架试验条件

                  台架名称

                  CRC L-33

                  CRC L-37

                  CRC L-42

                  CRC L-60

                  我国试验方法

                  SH/T0517

                  SH/T0518

                  SH/T0519

                  SH/T0520

                  试验条件

                  运转期,82℃,4h;贮存期,52℃,162h

                  高速低扭矩程序,440rpm535 N.m

                  磨合程序,高速冲击程序,高负荷冲击程序

                  163℃,50h

                  评定项目

                  盖板、齿轮上锈蚀、腐蚀、油泥和沉淀

                  齿面抛光、磨损、剥落和擦伤

                  齿轮非驱动面擦伤面积

                  油品粘度增长率及不溶物

                  用途

                  测抗锈蚀能力

                  测承载能力

                  测抗擦伤能力

                  测热氧化安定性

                  CRC L-37、L-42L-33、和L-60四种台架是根据苛刻的行车试验测得的数据,经过数据处理后而确定,因此与实际行车有很好的相关性。研究表明,凡是通过四个齿轮台架评定的油,都能满足现代汽车润滑要求。美军于19521960年间开展“齿轮润滑剂质量试验方法开发”的研究课题,着手开始建立L-37/L-42齿轮台架,采用M-37军车,分别在美国亚利桑那州沙漠地区高速公路上及加利弗尼亚州山区进行高速行驶试验。在这两种情况下尽管载重量相同,但驱动桥齿轮承受负荷扭矩各不相同。根据这两种苛刻条件下实测的齿面承受负荷,滑动速度,油温等建立起L-37台架的两个试验程序,即高速低扭矩和低速高扭矩,特别是低速高扭矩程序要试验24小时,这比实际行车要苛刻得多,任何汽车不可能连续爬坡运行24小时。

                  车辆在不同地区不同道路上行驶时,承受着不同的齿面负荷和滑动速度,特别在山区道路行驶时,车辆爬山和下山时车辆换档减速以及刹车,在驱动桥齿轮的非传动齿面上承受巨大的冲击负荷,严重时引起齿面的擦伤破坏。为了在试验室模拟车辆这一行驶工况,考察油品的抗擦伤性能,建立了L-42台架试验条件。由于L-37/L-42台架所采用的是M-37整车体,相当于把一辆满载的M-37军车装在试验室内进行齿轮油的性能评定,所不同的是台架的扭矩由两台大功率的测功机来施加并替代车辆的负荷。

                  模拟汽车长期停放在海边潮湿环境中,因白天热呼吸,晚上气温降低时吸入的水分冷凝在齿轮表面,从而诱发了锈蚀而建立的L-33锈蚀试验台架。试验分运转期和贮存期,贮存期油温52--接近潮湿空气的露点,历经7d

                  L-60热氧化安定性试验是用来评定车辆齿轮油在高温和通入空气情况下的抗氧化性能试验。在台架建立过程中,规定了油温在162℃下进行50h试验,此温度接近汽车在高速公路上车速相当于170km/h的油温。

                  上述四个台架试验相互影响,相互制约。要通过L-33锈蚀试验台架,就必须辅加防锈剂;而防锈剂会对极压抗磨剂的性能产生抑制,直接影响L-42L-37台架的通过。此外,在L-42中最有效的含硫极压剂在L-37中几乎完全失效;而在L-37中效果最理想的含磷抗磨剂,则在L-42中效果最差。配方中某种添加剂过量加入,将会影响其它添加剂效能的发挥,致使配方无法同时通过四个台架。因此,车辆齿轮油配方研究工作异常复杂。

                  为了开发研制GL-5油,“七五”末期,北京石化院、兰州研发中心分别从美国西南研究院引进并建立了全套台架评定技术和装备,为我国齿轮油质量达到世界先进水平提供了保证。

                  由于四个齿轮台架试验费用昂贵,从美国西南石油研究院引进的台架,做L-33台架试验需要一副DANA-30驱动后桥;做L-37台架需要一副DANA-60驱动后桥;做L-42台架需要一副DANA-44驱动后桥;做L-60台架则需要一套齿轮及轴承。这些标准配件除L-33外,都是一次性的。同时,评定四个齿轮台架是一项耗时较大的工作,前后需要连续工作半月有余,因此不可能每改变一个配方都从头到尾进行全部台架试验。所以研究一些简单的实验室模拟齿轮台架的方法是我国齿轮油研制人员关注的问题。其中广为采用的方法包括:北京石油化工研究院建立的仿L-33试验,选用GB/T11143方法使用的仪器,按照L-33规定的试验温度和时间,评定钢棒气相、油相和水相生锈情况;兰州润滑油研发中心建立的四球机抗磨试验机磨损试验模拟L-37,对试验油做高温氧化沉积物试验、四球表面成膜和长期磨损试验,可有效区分齿轮油的低速承载能力;该中心的高速的梯姆肯机仿L-42,选用国产梯姆肯机及相应的试环和滑块,按L-42条件确定试验温度及转速,磨痕判断主要是观察滑块磨痕的状况;茂名石化公司研究院采用国产SRJ-220型齿轮油热氧化试验机,参照L-60全部试验条件进行模拟。

                  通过考察表明,国内现有的实验室模拟方法预报L-33油品的锈蚀性能和L-60热氧化安定性与CRC全尺寸台架有较好的相关性,可以用这些简单经济的方法做为筛选配方有效手段。用四球机抗磨试验预报L-37结果,用高速梯姆肯机OK值预报L-42结果,虽然取得某些成果,但由于摩擦副工作条件的不同,这些试验结果与全尺寸台架结果有时有差异。不过可以肯定,只有在四球机和高速梯姆肯机表现好的油品,才有可能通过条件苛刻的L-37/L-42联合台架。在四球机上模拟L-37,以综合评分评价试油质量,缺点评分越小越好,超过15分,定为失败油;在高速梯姆肯机上模拟L-42,如OK值大于12lb,则有可能通过L-42台架。

                  3.车辆齿轮油的应用

                  3.1车辆齿轮油的合理选用

                     GL-4、GL-5中高档车辆齿轮油系由适宜精制深度的基础油和高质量的添加剂所组成,各种添加剂的用量经过仔细的平衡,通过各种严格的实验室和全尺寸齿轮台架试验,具有适宜粘温性,优良的承载能力和抗擦伤能力,好的热氧化安定性,防锈性和贮存安定性。使用中、高档车辆齿轮油可以有效地保护齿轮,延长齿轮装置的寿命。

                     汽车润滑剂的成本只占汽车操作成本的很小部分,合理选用润滑油是车辆长期安全运行的关键因素,首先要确定齿轮油的性能水平。我国车辆齿轮油分普通车辆、中负荷车辆和重负荷车辆齿轮油,即GL-3GL-4GL-5油。加剂量少,价格便宜的GL-3油,适用于载重汽车手动变速箱、螺旋伞齿轮驱动桥和拖拉机相应部件中。东风汽车、斯太尔、黄河、轻型卡车驱动桥为单准双曲线齿轮,应使用GL-4油或相当于GL-4等级的18#双曲线油,这类车如果使用GL-3油,势必造成差速器早期磨损、疲劳点蚀,乃至剥落。进口汽车和引进生产线生产的汽车则要求使用GL-5油。但在具体使用中还要有所有区别,例如装有螺旋伞齿轮后桥的公共汽车,由于起步频繁,客运高峰时严重超载,普通车辆齿轮油显然无法满足低速高扭矩苛刻润滑需要,应换GL-4油或GL-5油为宜。同样,经常处于超载运行的拖车、半挂车也都应换成高一档次油。对于象桑塔那一类前驱动桥的轿车可不必使用价格高的GL-5油,使用GL-4油也可满足润滑要求,对于新款型的江淮JAC、江铃轻型卡车,减小了驱动桥体积(只装3L油),增大了输送扭矩,用油条件苛刻,必须选用GL-5油。特别是我国南方地区,夏季温度高,还应考虑使用较高粘度、较高剂量GL-5油,否则,极易发生齿轮副擦伤,乃至烧结。

                     其次要注意齿轮油粘度牌号的选择。我国幅员广阔,南北气候相差很大,不能按一个模式来选择粘度。我国江南地区冬季温度不低于-10℃,可全年使用SAE90SAE140单级油;北方地区,为适当延长换油期,避免季节换油造成浪费,可选用冬夏通用的多级油,黄河以南地区可选用85W/9085W/140,三北地区可选用80W/9080W/14075W/90。多级齿轮油有良好的低温启动性,良好的高温润滑性,并有一定的节能效果。当然,从节能角度来看,使用低粘度的齿轮油有利于提高传动效率和减少摩耗,但根据我国的国情,卡车经常超载运行及路况较差,目前还不宜提倡。须知,75WGL-5油的加剂量要高于SAE90加剂量的30-50%,油温超过75℃时,传动效率反而低于SAE90。我国主要汽车车型推荐用油见表6

                  国产汽车推荐用油

                  类别

                  车型

                  生产厂

                  规格及牌号

                  用量/kg

                  重型车

                  斯达-斯太尔

                  济南汽车制造厂

                  80W/90GL-4

                  11

                  红岩、斯太尔

                  四川汽车厂

                  85W/90GL-4

                  42

                  SX6818

                  陕西汽车制造厂

                  85W/90GL-4

                  50

                  中型车

                  跃进系列

                  南京汽车厂

                  80W/90GL-4

                  5.60

                  CA1091

                  长春一汽

                  80W/90GL-5

                  5.00

                  EQ140系列

                  二汽东风

                  85W/90GL-4

                  5.23

                  轻型车

                  IVECO系列

                  南京汽车厂

                  85W/90GL-5

                  1.90

                  BJ2021

                  北京吉普公司

                  80W/90GL-5

                  2.10

                  轿车

                  帕萨特、富康、本田、Audi系列

                  上汽、二汽、广州、长春一汽

                  75W/90GL-5

                  3.00

                  国内处车辆齿轮油产品对照见表7

                  车辆齿轮油产品对照表

                  生产厂及质量水平

                  GL-5

                  GL-4

                  Caltex

                  Multipurpose Thuban EP

                  Multipurose Thuban EP

                   Universal Thuban

                  Castol

                  Castol Hypoy Searies

                  Castol Hypoy Lingt

                  BP

                  Multigear Oil EP

                  Hypogear EP

                  Shell

                  Spriax HD

                  Spriax EP

                  Esso

                  Esso Gear Oil GX

                  Fsso Gear Oil GP

                  Mobil

                  Mobilube HD

                  Mobilube EP/GX

                  Feoso

                  Heavy Duty EP

                  Fesgo EP

                  Total

                  EP-B

                  EP

                  共石

                  EP 3000系列

                  EP 2000系列

                  兰州石化飞天牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  茂名石化南海牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  大连石化七星牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  高桥石化海牌

                  85W/909085W/140140

                  85W/909085W/140140

                  抚顺石化远航牌

                  80W/909085W/140140

                   

                  燕山石化燕山牌

                  85W/9090

                  85W/9090

                  大庆石化大庆牌

                  85W/9090

                  85W/9090

                  独山子炼油厂天山牌

                  80W/9090

                  80W/9090

                  长城公司长城牌

                  75W/9080W/9085W/90

                  85W/14090140

                  75W/9080W/9085W/90

                  85W/14090140

                  重庆一坪公司一坪牌

                  75W/9085W/9080W/140

                   

                   

                  3.2车辆齿轮油的使用周期

                  车辆齿轮油在使用过程中出现老化,理化性质和使用性质会逐渐发生变化,中国石化已制定出“普通车辆齿轮油换油指标”见表8

                                  表8   普通车辆齿轮油换油指标(SH/T 0475-92)

                  项目

                  换油指标

                  试验方法

                  100℃粘度变化率%

                  超过    +20-10

                  GB/T 265

                  水分/%

                  >        1.0

                  GB/T 260

                  酸值增加值/mgKOH/g

                  >        0.5

                  GB/T 8030

                  戊烷不溶物/%

                  >        2.0

                  GB/T 8926

                  铁含量/%

                  >        0.5

                  GB/T 0197

                    在实际使用中,车辆齿轮油的换油期通常是按行驶里程来决定,汽车生产厂家一般推荐传动系统齿轮油换油期为二个二级保养里程,或按冬夏季节更换油。润滑油生产厂家则按行车2.5-3万公里换油。有条件的单位则可根据具体车况,测定油品粘度、酸值、石油醚不溶物、油中铁含量、磷含量的变化,将换油期延至3-5万公里。当然无根据延长换油期,会造成传动系统齿轮的损坏。特别是在条件恶劣的场合如矿山、高原等应该缩短换油期。为了考察用国产添加剂研制的GL-5油的实际使用性能,研究国产极压抗磨剂的质量衰变规律,提出合理换油周期,为用户将来订购、选用、使用该档齿轮油提供技术依据。总后油料研究所和大连石化公司对照GJB1108.2-91国家军用汽车齿轮油鉴定检验规程,参考国内外道路行车的经验,选用五台日本三菱FV413载重车做10万公里行车试验和两台切诺基吉普车做5万公里的行车试验。试验结束后经对油品质量监测以及铁谱、红外等仪器分析,并对驱动桥齿轮副进行详细拆检,得出结论:

                  a 国产GL-5油在整个试验里程内,具有优良的极压抗磨性、热氧化安定性和防腐防锈性,以及低温流动性。

                  B 用红外光谱仪首次成功地监控了GL-5齿轮油极压抗磨剂降解,并用铁谱仪对双曲线齿轮副的磨损状态和摩擦机理进行研究,得出含硫添加剂消耗较慢而含磷剂消耗较快的结论,发现在双曲面齿轮仍属正常磨损的情况下,驱动后桥存在20-100微米左右的光滑薄片磨粒。

                  C 对我国自行研制的GL-5齿轮油,其换油周期宜制定如下:

                      载重、牵引等大型卡车:7.0万公里,

                      轿车、吉普车等中小型车:4.0万公里。

                  3.3 车辆齿轮油在使用中的问题

                    车辆齿轮油的正确选用对保证齿轮装置的正常工作是至关重要的,应选用高档车辆齿轮油,切不可贪图价廉而使用低档齿轮油。因为现代车辆齿轮油已成为齿轮装置的结构材料,在齿轮设计时必须进行齿轮强度计算,齿轮油的粘度和承载能力是重要的参数。不遵守推荐用油规则必然会降齿轮装置的寿命。其次,要强调正确合理使用车辆齿轮油,进口齿轮油姑且不提,国内各润滑油生产厂家生产的齿轮油的配方不同,特别是选用不同防腐防锈剂,有些添加剂之间在常温下就能发生化学反应,产生沉淀物。而且基础油也不尽相同,因而未做相溶性试验,不能盲目混用,对加剂量高的GL-5油更应慎重。

                  车辆齿轮油的管理也是一个重要的问题,高档车辆齿轮油是有严格质量标准的高技术产品,如果按照推荐的方法使用,可提供有效的服务并带来经济性。齿轮油在使用中出现的问题及改进措施见表9

                                       表9   与齿轮油有关的使用问题

                  问题

                  可能原因

                  改进措施

                  腐蚀

                  缺少防锈剂

                  油中含水

                  腐蚀性的极压剂

                  污染物,如植物酸

                  油氧化产生的酸性物质

                  用加足够防锈剂的油

                  勤排水,勤换油

                  防止污染物进入油

                  泡沫

                  缺少抗泡剂

                  抗泡剂析出

                  油面高度不够

                  空气进入油中

                  油中含水

                  用含抗泡剂的油

                  补加抗泡剂

                  控制加油量

                  防止空气和水进入油中

                  沉淀或油泥

                  添加剂析出

                  遇水乳化

                  油氧化生成不溶物

                  使用贮存稳定性好的油

                  使用抗乳化性好的油或补加抗乳化剂

                  使用氧化安定性好的油

                  粘度增加

                  粘度下降

                  氧化

                  过热

                  增粘剂被剪切

                  使用氧化安定性好的油

                  避免过热

                  使用剪切稳定性高的增粘剂

                  桥体过热,齿面烧伤

                  齿轮上油量不足,粘度太小

                  长时间过载运行

                  齿轮壳体尘土堆积,妨碍散热

                  补油

                  停车检修

                  清洁齿轮箱外壳

                  齿面烧伤

                  齿面点蚀

                  齿面胶合

                  油粘度太小

                  齿面粗糙

                  低温启动,轮齿啮合不良

                  增加油的粘度,使用GL-5

                  提高齿面光洁度

                  低温启动前预热,改进装配质量

                   

                  4.车辆齿轮油的发展趋势

                     GL-5仍是当前国内外使用的最高档次车辆齿轮油,我国自“七五”以来,研制生产出各种牌号的同类油,按GL-5配方剂量减半生产出相应牌号GL-4,经多年使用证明,完全可满足各种车辆需要。换油期均达到5万公里以上。随着研究工作的深入及国产添加剂水平的提高,齿轮油加剂量越来越少,性能越来越高,具备相当市场竞争能力。

                  4.1 提高经济性,降低成本

                  近二十年来,随着添加剂质量的提高,添加剂配方技术取得长足进步,配方组成更加完善、合理,各项性能指标不断提高,剂量不断下降,经济性进一步提高。从美国Lubrizol公司车辆齿轮油复合剂的添加量就可以看出这一发展趋势。早期Anglamol20008.5%,经过A-60437.0%A-996.5%等,直到现在A-60854.8%

                  我国开始研制各种润滑油时,加剂量都较国外同类产品偏高,为了能够一次通过各种全尺寸台架评定,配方的添加剂用量留有余地。这样,国产润滑油经济指标较差,技术含量偏低,缺乏市场竞争力。近些年来,我国又开展了优化配方的研究,目的在于满足润滑油各项性能指标的前提下,尽量降低总剂量,提高油品配方的技术经济指标,使添加剂用量与国外油品性能达到平衡合理,进而接近或达到国外先进水平。兰州研发中心研制的RHY4203复合剂以4.3%加剂量达到了GL-5水平,RHY4162复合剂以2.4%的剂量调制的85W/9080W/90卡车手动变速箱油,达到了API MT-1规格。

                  4.2 齿轮油的低粘度化趋势

                     为了节约机械设备和车辆传动机构中齿轮润滑的燃料与动力消耗,世界各国都在积极研究与开发低粘度齿轮油。齿轮油的发展方向是低粘度和长寿命。降低粘度可带来一系列好处:首先可减少摩擦阻力,降低动力消耗。有资料显示,齿轮油的粘度降低一个级别,可节能1-5%;改善低温流动性,可省掉润滑油循环系统中的设备,节省加热的必要能源;有利于散热,冷却部件;提高润滑油的渗透性,易于进到必要的润滑部位。

                     长期以来,人们一直担心齿轮油低粘度化会使设备润滑不良,磨损增大,油泄漏多,密封不良,甚至会发生振动或噪声。随着科学技术进步,润滑油添加剂得到日新月异发展,对齿轮油使用性能的主体承载能力和抗擦伤能力,已不再取决于粘度,而齿面上的吸附膜和化学膜成为主要的因素。润滑剂摩擦化学为齿轮油低粘度化打下了坚实的理论基础。

                     美国曾用34辆重型卡车做行车试验,比较各种粘度车辆齿轮油的节能效果,并对试验结果进行统计分析,证明低粘度的75W/90齿轮油有明显节省燃料效果。

                     解放军后勤工程学院在重庆地区夏季使用75W低粘度高剂量GL-5齿轮油在东风货车上运行9万公里,在不超载,路况良好情况下,差速器齿轮磨损量比使用18#双曲线齿轮油减少50%,齿轮寿命延长一倍,节油率达4-6%,汽车启动快,挂档轻松,滑行和加速性能好,并可延长换油时间。

                  4.3新一代车辆齿轮油

                     汽车工业的发展推动了车用润滑油的进步。卡车载荷的增加使得驱动桥齿轮传动功率的增加,而驱动桥齿轮的几何尺寸并没有很大的变化,导致齿面压力增加,这要求车辆齿轮油有更大的承载能力。汽车车体设计不断改进,使空气动力学性能更趋合理,汽车行驶时空气阻力减小,流过驱动桥外壳表面的空气流量减少,散热性能变差,齿轮油的热负荷增加,这要求齿轮油有更好的热氧化安定性。国外汽车制造厂对驱动桥和变速箱设备的保险期提高至12万公里,与此相关,要求提高车辆齿轮油寿命。GL-5型车辆齿轮油诞生已40年了,在这40年中,汽油机油已从SD更新到SL80年代后期美国汽车工程师协会(SAE)、美国材料试验学会(ASTM)和美国石油学会(API)开始考虑车辆齿轮油的换代问题,提出了PG-1PG-2规格,新一代车辆齿轮油对承载性、热氧化安定性、腐蚀性、密封件适应性等有更高的要求,美国齿轮制造商希望PG-1PG-2可以做到换油期100万公里,和汽车同寿命。PG-1定型为MT-1规格,API正在着手做PG-2取代GL-5工作,该项工作完成之后可能成为GL-7规格,和GL-5相比,增加了一个齿轮剥落试验(Mack Spalling)和密封件适应性试验D5662,同时改进了原先L-60氧化试验的重复性和试验中的漏油问题成为L-60-1,增加了漆膜评分和油泥评分。目前剥落试验尚未正式公布,剥落试验由于设备太复杂,重复性差,准备用L-37改变条件来做齿轮剥落试验,现正在试验中。新一代齿轮油的主要评定项目如表10

                                    

                   

                   

                   

                   表10  新一代齿轮油的主要评定项目

                  评定项目

                  MT-1手动变速器油

                  PG-2(GL-7)草案

                  MIL-2105E 1997

                  台架试验

                  (1)承载能力L-37

                  ——

                  L-37

                  L-37

                  (2)抗擦伤性L-42

                  ——

                  L-42

                  L-42

                  (3)锈蚀试验L-33

                  ——

                  L-33

                  L-33

                  (4)热氧化安定性L-60

                  ASTM D5704 L-60-1

                  D5704 L-60-1

                  D5704 L-60-1

                  (5)齿轮表面剥落试验

                  ——

                  Mack 

                  ——

                  (6)高温耐久性试验

                  ASTM D5579

                  ——

                  D5579

                  (7)抗磨损试验

                  D5182 FZG

                  ——

                  ——

                  理化模拟

                  (1)密封件适应性

                  SATM D5562

                  D5562

                  D5562/D471

                  (2)铜片腐蚀试验

                  ASTM D130

                  D130

                  D130

                  (3)抗泡沫性

                  ASTM D892

                  D892

                  D892

                  (4)成沟点试验

                  ——

                  FTM791-3456.1

                  FTM791-3456.1

                  (5)相容性试验

                  FTM791-3430.2

                  FTM791-3430.2

                  FTM791-3430.2

                  (6)贮存安定性试验

                  FTM791-3440.1

                  FTM791-3440.1

                  FTM791-3440.1

                   

                  5.知识问答

                  1什么叫多级车辆齿轮油?怎样表示?

                  答:同一种齿轮油,它既具有低粘度齿轮油的性质又具有高粘度齿轮油的性质,这种齿轮油叫多级齿轮油。它用两个数字表示,前一个数字表示这种齿轮油具备的低粘度油性质,即这种齿轮油在冬季使用时具有的粘度等级,所以在这个数字后面加“W”;后一个数字表示这种齿轮油具有的高粘度油性质,即在夏季使用时具有的粘度等级。

                  80W/140GL-5含义是什么?应用情况如何?

                     答:80W/140GL-5意指多级重负荷车辆齿轮油,其中80W表示在-26℃下表观粘度不大于150pa.s,成沟点低于-35℃;140表示在100℃下的运动粘度在24-41m/s之间。应用环境温度为-2549℃,为我国北方车辆四季通用油。这种大跨度高粘度齿轮油可满足专业运输车队的长途运输需要,广泛用于欧美。调制该档油必须辅加相当数量的低温性能好的高粘度聚α烯烃(PAO)或低分子量聚甲基丙烯酸酯稠化剂,价格要昂贵一些。但驱动桥用油量小,换油期可达6万公里以上,从提高传动效率、有效保护差速器、节省保养费等综合考虑还是经济合算,特别是我国超载卡车更应该使用该档油。

                  3       为什么要使用多级齿轮油,它有什么优点?

                  答:在严寒的冬季,车辆驱动桥使用的齿轮油因低温粘度太大,低温流动性不好,在低温启动时,小齿轮轴承得不到足够的润滑,使小齿轮轴承常常出现破坏。大发时时采彩知道,低粘度齿轮有有好的低温流动性,但低粘度齿轮油的高温润滑性不好,容易使齿面发生擦伤、增加磨损、缩短寿命。为保证齿轮油在低温流动性方面尽可能接近低粘度齿轮油水平,使低温启动时齿轮油和轴承得到满意的润滑;而在高温润滑性方面又有较高粘度齿轮油水平,使齿轮在装置达到稳定温度时得到满意的润滑,所以要使用多级齿轮油。

                  4       低粘度齿轮油的100℃运动粘度最低界限是多少,为什么?

                  答:最低界限是4.0m㎡。根据弹性流体润滑理论,液体摩擦引起的扭矩损失随齿轮油粘度下降而变小,但是,粘度小到一定程度后,由于润滑状态从弹性流体润滑区进入混合润滑区,扭矩损失反面增大。齿轮油100℃运动粘度对小齿轮轴承扭矩的影响研究表明,齿轮油粘度为4.0m㎡时,轴承旋转扭矩最小,即齿轮油的轴承效率最高;粘度小于或大于4.0m㎡时,轴承旋转扭矩都增大。可见,70W75W齿轮油的100℃运动粘度定为4.1m㎡是有道理的。

                  5 工业齿轮油是按ISO统一编号,为什么车辆齿轮油没有按ISO编号?

                     答:ISO润滑剂、工业润滑油和有关产品(L)的分类C组,只包含工业齿轮油分类标准,L-CKBL-CKCL-CKDL-CKE等,而不包含车辆齿轮油分类。这主要是由于欧洲与北美的汽车在设计上有所不同,汽车制造商对车辆用油也各有侧重,反映在油品规格上存在一些差异,难以统一。因此,ISO也一直未发布车辆齿轮油的分类标准及产品规格,但世界各国基本上都认可API的使用分类,GL-4GL-5MT-1等,产品规格以美军规格最有代表性,MIL-L-2105DMIL-L-2105E等。据SAE第三技术委员会1996年宣布,API GL-4GL-5MT-1为有效分类,尽管GL-4的评定设备不再生产,性能评定无法进行,原产品国内外普遍采用通过GL-5台架的配方剂量减半生产GL-4

                     我国曾制定车辆齿轮油分类标准GB/T7631.-89,有三个产品级别:L-CLCL-CLDL-CLE,分别相当于GL-3GL-4GL-5。五年之后,又等效采用ISO6743.6-1990制定GB/T7631.7-95工业齿轮油分类标准,原GB/T7631.7-89中的车辆齿轮油内容被取消,我国目前有普通车辆齿轮油(GL-3)规格(SH0350-92)和重负荷车辆齿轮油(GL-5)标准(GB13895-92)GL-4标准正着手制定。

                  6 为什么低温粘度是冬用车辆齿轮油的关键性指标之一?

                     答:车辆齿轮油的低温粘度对齿轮工作有重要影响,齿轮副多是飞溅式润滑,低温时油品必须具有足够的流动性,齿轮在传动时才能将足够量的油带到齿面及轴承。150Pa.S表观粘度是由不同粘度等级油(75W80W85W)在相应低温下(-40℃、-26℃、-12)后桥台架试验得出。例如,对75W齿轮同来说,当-40℃表观粘度高于150Pa.S时,环形齿轮不能携带润滑油甩至主动齿轮轴承,此时虽然还能启动,但齿面因润滑不良而产生擦伤磨损。如继续降温,润滑油完全失去流动性,环形齿轮将壳体内润滑油划成沟槽,齿轮干摩擦,齿面烧结,此时车辆无法启动。表观粘度采用GB/T11145车用流体润滑剂低温表观粘度测定法,成沟点采用SH/T0030车辆齿轮油成沟点测定法。在实际使用中,已找出油品表观粘度、成沟点与倾点的可比关系:对大庆石蜡基油而言,其表观粘度达150Pa.S时最高温度与倾点接近,成沟点则比倾点低10℃左右。因此将倾点按150Pa.S时最高温度低2℃控制,一般可满足油品低温性能指标。例如多级油80W/90,其中150Pa.S时最高温度为-26,成沟点不高于-35℃,在生产中可将倾点控制在-28℃。当然,每批油在出厂时还应按有关规定做出油品的表观粘度和成沟点数据。

                  7 普通车辆齿轮油指标中要求做四球机PB值与齿轮油的承载性有何关系?

                  答:我国普通车辆齿轮油相当于API GL-3水平,该档油在国外早已淘汰,但仍占我国齿轮油产量的1/3,用于各种拖拉机、农用车驱动桥及变速器。该产品标准(SH0350)中对齿轮油使用性能的主体,只规定了GB/T3142四球机法测定最大无卡咬负荷(PB)来考察油品的承载能力和抗擦伤性能。齿轮表面的损伤形式有胶合、擦伤、波纹、点蚀、剥落、抛光、磨粒磨损、腐蚀磨损等。齿轮油防止上述损伤出现的能力叫承载性。齿轮油的承载性跟四球机的PB值不完全是一回事,相关性较差,且PB值过高容易造成金属的腐蚀磨损和发生锈蚀。承载性能高的GL-5PB值并不比GL-3高。

                  8       驱动桥齿轮经常发生点蚀是怎么回事?

                  答:点蚀是由于金属疲劳引起的,点蚀可发生在齿轮的某一范围,足以使齿牙受到破坏。要想了解油对点蚀的精确影响是十分困难的。导致齿面发生点蚀的原因是齿面上受到重复的应力,使齿面出现裂纹。由于油的表面张力和油压,油会进入裂纹中,油的高压作用会使裂纹进一步扩大。

                  点蚀的另一种解释是:重复的应力会引起齿面下出现微小的裂纹,超过材料的抗拉强度时,裂纹扩展到齿面上就发生点蚀。根据点蚀机理,可以得出这样的结论:油的质量和添加剂几乎不会缓和点蚀。

                  在新齿轮跑合期内也会发生缓和得多的延迟点蚀。在跑合期内,由于负荷高就会出现温和的点蚀。但在齿轮的使用期内,这种点蚀不会进一步发展。在使用期内除了擦伤和点蚀之外,还可能出现许多其它类型的齿轮损坏。

                  9 手动变速器油与驱动桥用油使用同一种油效果如何?

                     答:汽车变速器分手动变速器和自动变速器,我国目前生产的汽车大部分采用手动变速器。手动变速器传动齿轮为圆柱形齿轮,负荷一般不超过2000Mpa,转速较高,工作条件比后桥要温和,应选用较低粘度、含有较少极压剂的齿轮油就可满足。我国大部分汽车生产厂为管理方便,简化用油品种,将变速器统一使用后桥油,这样既影响了变速器齿轮的寿命又降低了传动效率。手动变速器占整个驱动系统能源总损失3.1%,不容忽视。特别是新型汽车采用带同步器的变速器。同步环多为铜制品,对腐蚀要求很严,后桥齿轮油是无法满足的。大连石化公司为引进“奔驰”汽车生产线研制的低粘度80W/85变速器专用油经德国ZF公司鉴定,符合API GL-4质量指标,可用做德国生产的各种汽车变速器润滑油。实际使用证明该变速器延长了换油期、提高了密封性,积碳减少,提高了传动效率。随着汽车工业的发展,手动变速器油与驱动桥用油有各自成体系的趋势,API推出的MT-1手动变速器油规格,该油主要用于北美,而欧洲、日本则主要用低粘度GL-4油。

                  10 为判断GL-5油的真伪,分析油中硫、磷元素的含量就可大致搞清,这种作法是否有道理?

                  答:硫磷型GL-5齿轮油的配方中,90%是含硫、磷添加剂组成。为了能通过条件苛刻的L-37承载能力试验和L-42抗擦伤性能试验,含硫剂与含磷剂有一最佳配比,根据含磷剂的化学活性,通常S/P之比为15-25.1。以前国内研制的GL-5油的配方中,硫化异丁烯T321(含硫量42%)加量在4.5%以上。最新研制的GL-5油经济配方,硫烯的加量也在3%以上,因此油中的硫含应在1.2%以上。根据S/P比例推测,油中磷含量应在0.06%以上,如果低于这个数值,就有可能是其它档次的油了。对于用进口复合剂调制的GL-5油,加剂量偏低,但其硫磷含量也应在这个范围里。

                  11 调制多级齿轮油,为什么要强调只能加抗剪切安定好的低分子量稠化剂?

                  答:双曲线齿轮由于其偏置结构,不仅在齿高方向,而且在齿长方向都会产生较大的滑移速度。内燃机油承受的剪切速率是10exp4/s,液压油是10exp6/s,而车辆齿轮油受到剪切速率高达10exp8/s,因此多级车辆齿轮油中添加的稠化剂,其剪切安定性更显得重要,它直接影响齿轮油的粘度级别。一种稠化剂剪切安定性的好坏取决于其分子量大小,分子量分布的宽窄及在润滑油中的流体动力学体积。剪切稳定性差的稠化剂,其高分子链在剪切力的作用下,主链断裂,导致分子量减小,使油品粘度下降,达不到使用粘度要求,从而对磨损、油耗等产生负面影响。国内现有的稠化剂中聚异丁烯,尽管稠化能力小,但其剪切安定性良好,早在1982年兰炼研究所在试制普通车辆齿轮油时,曾做过行车使用试验,在CL-100齿轮机上剪切安定性表现良好的30005000的低分子量聚异丁烯,行车试验6000km后,试油100℃运动粘度降到未加稠化剂水平。总后油料研究所对稠化齿轮油做过试验得出结论:实车试验结果与FZG齿轮机剪切试验有良好的对应关系,FZG20小时剪切后相当于3000km的实车试验,3000km后油品粘度下降减缓,5000km后粘度几乎不再变化。目前,国内外使用较多的齿轮油稠化剂是低分子量聚甲基丙烯酸酯,其低温粘度小,降凝效果好,氧化安定性好,但因低分子量稠化能力小,通常在基础油中添加量大于20%,其实质也是作为一种高粘度合成油组分。

                  12 为什么在车辆齿轮油中不宜添加各种补强剂?

                     答:有些用户为了提高超载车辆齿轮油的承载性,额外购进一些含硫、磷极压抗磨剂及各种补强剂,甚至向齿轮油补加硫磺粉,这些做法不但不能有效保护齿轮,有时适得其反。极压抗磨剂的作用机理是控制性的化学腐蚀,额外补剂特别是补加硫磺粉只能造成齿轮的过度化学腐蚀,同时也影响齿轮的防腐防锈性、热氧化安定性,影响齿轮的使用寿命,得不偿失。

                  车辆齿轮油的研制是严格按照科学程序,添加剂的数量、种类、都是经过多次反复试验得来。为了提高油品的承载性,通过L-37/L-42台架评定,齿轮油要辅加相当数量的不同活性硫磷极压抗磨剂,在L-42中最有效的含硫极压剂,在L-37中几乎完全失效;而在L-37中效果最理想的含磷抗磨剂则在L-42中效果最差。配方中某种添加剂过量加入,将会影响其它添加剂效能发挥,致使配方无法同时通过四个齿轮台架。

                  至于说补加各种“增强剂”、“保护神”之类的东西,有些确实属于新兴材料,诸如纳米材料,做辅助试剂加在齿轮油中能在齿轮表面形成一种牢固的、自润性的分子膜,吸附和渗透在金属表面微孔中,有减摩功效,并可在缺油和少油的情况下短时间内起着一些保护作用。笔者也曾不只一次看到增强剂推销商拿一台小型齿轮机或者梯姆肯机在现场演示,加进名牌润滑油的机器在一定砝码负载后,由于摩擦力增大而停止转动,此时补加增强剂后,即使再加上一块砝码机器仍能转动,并降低了摩擦噪音。不错,增强剂能在特定条件下可降低摩擦系数,单靠如此简单试验就能判断剂的综合效果,那么ASTM又何必花费上千万美元去建立台架试验?

                  13 使用国产GL-5油时,夏季常常发生驱动桥过热,这是怎么回事?

                  答:齿轮油的发展方向是低粘化、长寿命和减摩性能最佳化。降低润滑油粘度有利于节约燃料和动力消耗[1]。然而我国载重卡车普遍存在超载的严峻现实,而且超载幅度在都超过50%。对于这类卡车关心的不是节能,而是如何保证正常行驶。车辆齿轮油是齿轮装置的结构材料,在齿轮传动装置设计时是经过齿轮强度计算,油品粘度和承载能力是重要的参数。汽车工业的发展推动了车辆齿轮油的升级,卡车载荷的增加使得驱动桥齿轮传动的功率增加,而驱动桥齿轮的几何尺寸并没有很大变化,导致齿面压力增加,温度升高。特别是汽车车体设计不断改进,使空气动力学 性能更趋合理。车辆行驶时空气阻力减小,流过驱动桥外表面的空气流量减少,散热性变差,摩擦热难以散发,使用条件苛刻。如果再成倍增加载荷,没有足够的润滑保护膜,或油膜破裂,发生干摩擦,瞬间摩擦热足以熔化齿面上微凸不平加工痕迹,发生烧结、擦伤。研究表明,车辆运转部件磨损量随车辆总重和道路的恶化而增大,特别是超载情况,经常使零部件发生异常磨损。面对着超载运输的现实,润滑油市场上需要一种高粘度、高剂量的超载车辆齿轮油。美国、欧洲齿轮油主要产品的粘度等级为燃料经济性好的75W/9080W/140,前者用于轿车和轻型车驱动桥,后者用于卡车驱动桥,这种大跨度、高粘度齿轮油可满足车队长途运输需要。“七五”期间我国根据国情研制了高粘度多级油85W/140GL-5以满足我国大部分区域载重卡车需要。

                  14 基础油粘度与承载能力、抗擦伤能力有何关系?

                  答:齿轮表面的损坏形式有胶合、擦伤、点蚀、剥落、磨粒磨损等,齿轮油防止上述损伤出现的能力称为齿轮油的承载能力和抗擦伤能力,这与基础油粘度密切相关,同时以受温度影响。当油温升高时,粘度下降,油性减弱,难以形成牢固的油膜,增加金属间接触几率;粘度过低还会造成齿轮疲劳磨损,甚至齿根断裂。维持齿面间的流体润滑,防止和减少出现边界摩擦,则需保持特定的油膜厚度和强度。油膜厚度是由油品粘度(η),运转速度(N)和承载力(P)决定即由无量纲参数η*N/P决定的,通常为增加油膜厚度,采用高粘度基础油。

                  据资料报道[2],齿轮发生擦伤时的负荷与润滑油粘度的关系可表示为P=k(η100)exp1/2,(P为负荷;k为与温度有关的常数;η为100℃粘度)

                  15 现在市面上买到的18#双曲线齿轮油总感觉不如十多年前同类油耐用,这是怎么回事?

                  答?我国在1980年前后研制生产的18#双曲线油,其配方采用硫磷氯锌型,主要添加剂为T202ZDDPT301氯化石腊、T302二苄基二硫,每剂加量均在1.5-3%,总剂量8.5%,具有突出的极压抗磨性,但长期贮存易生成沉淀,遇水易水解。随着齿轮油添加剂技术的进步,硫---锌型配方演变成现在硫磷型,硫磷型配方突出的优点是热氧化安定性好、防锈性好、贮存安定性好。18#双曲线齿轮油主要性能相当于GL-4,现在市售GL-4加量只有GL-5的一半,约2.2-2.5%。由于我国运输市场超载问题普遍存在,在使用GL-4油时常常会感到极压性能不足,不如旧牌号的18#双曲线齿轮油。

                  16 调制车辆齿轮油应注意哪些事项?

                     答:a极压剂在较高浓度下,即在调合复合剂的过程中,有些极压剂是不可能完全互溶的。特别是在较长时间的储存时,这样就有可能造成复合剂成品的各种元素的含量不均,影响复合剂的品质,进而影响齿轮油的质量。例如T305T321在齿轮复合剂中超过15的比例时储存一个月以上,即可能出现两剂分离的现象。

                   B 在加工齿轮油复合剂的过程中,加料顺序及升温溶解过程中,都要严格遵守程序。

                   C 齿轮油复合剂要严格控制储存期,储存期超过的复合剂就要降档或不能使用。组成齿轮油复合剂的单剂基本上都是一些化学性质比较活泼的化合物,其中以酸性化合物居多,这些化合物虽然在单剂的储存过程中相对比较稳定,但是在复合过程中,由于加入了其它组分,就可能引发单剂的分解或进一步化合的可能性,进而抵消各种单剂的功效,降低齿轮油的润滑性能,造成齿轮油的品质低劣。

                  D 用户也需要对齿轮油加强管理,不能日晒雨淋,防止油品质量下降,避免使用油桶标志不清而引起错用油;如果用油罐储存,应该专用避免漏损;油泵、盛油器具、计量仪器应保持清洁。

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