СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

 

Классификация смазочных масел

 

Прежде, чем перейти к изучению смазочных масел, необходимо напомнить, что существуют трение покоя и трение движения. Последнее подразделяется на трение скольжения и трение качения. Каждый вид трения может осуществляться без смазки (сухое трение) и со смазкой. В зависимости от толщины слоя смазки различают граничное трение и жидкостное или гидродинамическое. Наиболее неблагоприятным является граничный режим трения. Вид жидкостного трения зависит от скорости перемещения контактируемых деталей, толщины зазора или слоя смазочного материала и нагрузки.

Любое смазочное масло представляет собой масляную основу – базовое масло,  в которую вводят присадки разного функционального назначения. Существуют два признака классификации смазочных масел:

1)    по происхождению (способу получения) масляной основы:

• нефтяные или минеральные;

• синтетические;

• смешанные (в составе в разных соотношениях имеются нефтяные и синтетические компоненты);

2) по назначению (способу применения) товарного масла:

•    моторные;

•    газотурбинные (реактивные);

•    трансмиссионные;

•    индустриальные;

•    другого назначения.

Моторные масла предназначены для поршневых двигателей внутреннего сгорания, газотурбинные – для двигателей внешнего сгорания, трансмиссионные – для цилиндрических, конических, спирально-конических, гипоидных передач, зубчатых редукторов и других трущихся соединений (шарниры и т.д.). Трансмиссионные в свою очередь подразделяют на механические, гидромеханические, гидростатические. Индустриальные масла используют для станков, направляющих скольжения, промышленных редукторов и т.д. Масла другого назначения – это специальные масла, например, компрессорные, холодильные и т.д.

Независимо от области применения все масла выполняют следующие основные функции:

1)      уменьшают трение между сопряжёнными деталями;

2)      снижают их износ и предотвращают задир;

3)      отводят от них тепло;

4)      защищают трущиеся детали и другие неизолированные детали от коррозионного воздействия внешней среды.

 

Требования к эксплуатационным свойствам смазочных масел

 

С учётом выполняемых функций требования к маслу определяется его назначением, особенностями его применения и условиями работы машины и механизма. Масло должно обладать:

1.  Оптимальными вязкостно-температурными свойствами для облегчения запуска механизма при низких температурах, для снижения износа деталей и уменьшения потерь на трение.

2.  Хорошими смазывающими свойствами для обеспечения надёжной смазки на всех режимах работы.

3.  Достаточной антиокислительной стойкостью, препятствующей изменению химического состава масла в процессе работы.

4.  Хорошими моющими свойствами с целью снижения склонности к образованию отложений.  

5.  Высокими противокоррозионными свойствами по отношению к конструкционным материалам.

6.  Удовлетворительными защитными свойствами для предохранения металлов от атмосферной коррозии.

Кроме того, масло должно: обладать низкой испаряемостью, малой пенообразующей способностью; не оказывать отрицательное воздействие на уплотнительные материалы; быть нетоксичным; не подвергаться биоповреждениям; не изменять своих свойств при хранении и транспортировке; легко транспортироваться и перекачиваться.

Из перечисленных свойств общими для всех групп масел являются смазочные, вязкостно-температурные, антиокислительные. В то же время другие, например, моющие, противопенные, характерны для масел определённого назначения. Ряд свойств являются основными только в определённых условиях применения, например, биостойкость важна при использовании масел во влажной атмосфере тропического климата.

 

Состав смазочных масел

 

Нефтяные или минеральные масла заменили в своё время масла растительного и животного происхождения, благодаря работам Петрова Н.П. Синтетические масла используют в специфических, экстремальных условиях эксплуатации, где одновременно существуют повышенные требования к низко и высокотемпературным свойствам. Синтетические масла обладают хорошей способностью сохранять подвижность (без потери текучести) при низких отрицательных температурах (-35...-40⁰ С и ниже) и выдерживать без заметного разложения и испарения высокие температуры. В качестве синтетических базовых масел используют поли- олефины, диэфиры, полиолы и диалкил бензолы.

Кроме того, как  вы уже знаете, применяют полусинтетические или точнее смешанные масла, представляющие собой смесь нефтяного и синтетического компонентов.

Для придания маслу требуемого уровня качества в них вводят присадки разного функционального назначения. В качестве присадок используют органические соединения с разными функциональными группами. Присадки делят на беззольные, не содержащие в своём составе металла, и зольные, в состав которых входит металл. Как правило, смазочное масло содержит две и более присадок разных типов. Многие присадки являются многофункциональными, т.е. обладают одновременно несколькими свойствами. Отечественные товарные присадки можно условно объединить в группы по преимущественному назначению:

-      антифрикционные;

-      противоизносные и противозадирные;

-      вязкостные,

-      противокоррозионные и защитные;

-      антиокислительные;

-      моющедиспергирующие;

-      депрессорные;

-      антипенные.

В качестве антифрикционных, противоизносных и противозадирных присадок к  смазочным маслам используют в основном соединения, в состав которых входят такие активные элементы как сера, хлор и фосфор. Среди серосодержащих присадок широкое распространение получили сульфиды, дисульфиды и их производные. К числу таких присадок относятся присадки ОТП (осернённые тетрамеры пропилена), АБС-2 (алкилбензил дисульфид).

Наиболее распространённой фосфорсодержащей присадкой является ТКФ (трикрезилфосфат).

К числу хлорсодержащих присадок относится совол – смесь пента- и тетрахлориддифенила.

Вместе с тем используют противоизносные и противозадирные присадки, в состав которых входят несколько активных элементов: ЛЗ-309/2, Хлорэф-40 и др.

В качестве загущающих (вязкостных) присадок применяют полиизобутилен, полиметакрилат, винипол.

Самой распространённой противокоррозионной присадкой является бензотриазол. К числу ингибиторов коррозии анодного действия относятся присадки КСК, сулин и др., катодного - БМП-А, СИМ и др., экранирующего - КАП-25, эфиры и др.

К беззольным антиокислительным присадкам относятся соединения фенольного и аминного типов: фенольные - НГ-2246, аминные - дифениламин.

В качестве зольных антиокислительных присадок используют дитиофосфаты различных металлов: ДФ-11,  ВНИИ НП-354, МНИ ИП-22к, ИНХП-21 и др.

Моющедиспергирующие присадки можно условно разделить на моющие и диспергирующие. К моющим относят сульфонаты, феноляты, салицилаты различных металлов, например, сульфонаты кальция ПМС.

Присадки алкилфенольного типа - это ЦИАТИМ-339 - дисульфидалкилфенолят бария, БФКу и ВНИИ НП-360.

Из алкилсалицилатных присадок распространёнными являются АСК (алкилсалицилат кальция), АСБ  (алкилсалицилат бария) и МАСК (многозольный алкилсалицилат кальция.

К диспергирующим присадкам относят суциимиды: С-5А (амидопроизводные янтарной кислоты).

Наиболее распространёнными депрессорными присадками, снижающими температуру застывания масел, являются АЗНИИ-ЦИАТИМ-1 и ПМА «Д», а противопенной ПМС-200А.

Отнесение отдельных присадок к той или иной группе по функциональным свойствам, как уже отмечалось, условно из-за их полифункциональности. Например, присадка ДФ-11 обладает не только антиокислительным действием, но и проявляет противоизносные и противозадирные свойства. Присадка МНИ ИП-22к, кроме указанных свойств (антиокислительная), обладает моющими свойствами.

В настоящее время создают композиции присадок сочетающих оптимальные соотношения функций. Например, комбинированные ингибиторы коррозии ИНГА-2, НГ-107М.

Эффективность действия присадок зависит так же от химического состава базового масла. Одни и те же присадки в одних базовых маслах проявляют большую эффективность, чем в других.

 

Моторное масло

 

Система смазки

 

К числу наиболее важных смазываемых узлов и деталей двигателей относятся КШМ, ГРМ, цилиндропоршневая группа.

Основными элементами системы смазки ДВС являются: ёмкость для хранения масла (поддон картера), масляная магистраль, масляный насос, масляные фильтры. В современных ДВС автомобилей и тракторов системы смазки комбинированные: детали смазываются принудительно (под давлением), разбрызгиванием и самотёком.

Масло под давлением подаётся к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, подшипникам кулачкового вала ГРМ, а разбрызгиванием смазываются зеркала цилиндров, поршни и т.д.

 

Требования к качеству масел

 

Требования, предъявляемые к качеству масел, определяются спецификой рабочего процесса и конструкцией двигателя. Считается, что условия работы в поршневых двигателях наиболее тяжёлые по сравнению  с другими двигателями. Это объясняется температурным режимом работы масла в ДВС. Например, в камере сгорания температура достигает 2500⁰С. Температура газов, прорывающихся в картер на такте сжатия в бензиновом двигателе 150…450⁰С, в дизеле – 500…700 ⁰С.

Для современных двигателей температура первой поршневой канавки достигает 270…280⁰С, а при наддуве – 300…350⁰С, рабочая температура масла в картере находится пределах 50…100⁰С.

Дополнительные требования к качеству масел объясняются тем, что двигатели эксплуатируются в широких пределах изменения температуры окружающего воздуха, например, в нашей климатической зоне от + 30…35 и даже 40⁰С летом до – 30 …35 и даже 40⁰С. На Севере этот разброс температур ещё шире. Исходя из этого, рабочий диапазон моторного масла по температуре очень широк – от температуры окружающего воздуха до рабочей температуры масла.

Кроме общих требований к моторным маслам предъявляются и дополнительные. Например, уплотнять зазор в сопряжённых деталях и прежде всего в цилиндропоршневой группе, обладать нейтрализующими свойствами.

Многие функции и требования, предъявляемые к моторным маслам, взаимосвязаны. Например, отвод тепла от деталей и уплотнение зазоров в их сопряжении. При плохом уплотнении газы прорываются в картер, нарушая сплошность масляной плёнки, что приводит к перегреву деталей цилиндропоршневой группы.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать следующие требования к моторному маслу, оно должно:

1.       иметь вязкость, обеспечивающую надёжную смазку двигателя при всех рабочих температурах с наименьшими потерями на трение;

2.       обладать низкотемпературными свойствами для облегчения пуска двигателя в зимнее время;

3.       иметь хорошие моющие и диспергирующие свойства для необходимой чистоты цилиндро-поршневой группы и других деталей;

4.       обладать высокими противоокислительными свойствами для торможения процессов окисления масла в двигателе и уменьшения накопления продуктов окисления в масле, составляющих основу для нагара и отложений;

5.       защищать от коррозии подшипники из цветных металлов и от ржавления остальные детали;

6.       уменьшать износ деталей;

7.       препятствовать прорыву газов из камеры сгорания в картер путём заполнения зазоров между поршневыми кольцами и зеркалом цилиндра. При пуске это улучшает компрессию, при работе уменьшает попадание продуктов сгорания;

8.       не содержать токсичных компонентов.

 

Эксплуатационные свойства

 

Смазочные и противокоррозионные. В процессе работы ДВС происходит изменение размеров и формы трущихся деталей: цилиндр-поршень, вал-подшипник, кулачок-толкатель и др. Для цилиндро-поршневой группы характерны, например, адгезионный и абразивный износы. При этом последний может возникать из-за твёрдых частичек нагары, попадающих между гильзой и поршнем из камеры сгорания. Для пары вал-подшипник характерны коррозионный и адгезионный виды износа. Для пары кулачок-толкатель – питтинг, возникающий из-за высоких ударных нагрузок.

Увеличение износа более вероятно при переходе от гидродинамического к граничному трению. Такой переход возможен в результате повышения температуры, удельных нагрузок и скорости скольжения в зоне трения контактируемых деталей. Удельное давление в зоне компрессионных колец составляет 0,15…0,30 МПа, маслосъёмных колец – 0,5…1,3 МПа, в подшипниках коленчатого вала – 20…30 МПа при скорости скольжения до 15 м/с. Наибольшие нагрузки (ударные) испытывает пара кулачок-толкатель, где давление достигает 500…700 МПа, а в отдельных случаях 2100 МПа.

Уменьшение скорости скольжение трения также способствует реализации граничного режима. Например, гидродинамический режим смазки возможен в паре кольцо-гильза в средней части поршня. Вблизи мёртвых точек, когда движение поршня замедлено также появляется граничный режим трения. Как правило, максимальный износ гильзы цилиндра наблюдается в месте остановки 1^ого компрессионного кольца.

Подшипники коленчатого вала работают преимущественно в режиме гидродинамической смазки. Граничный режим возникает лишь в момент пуска или при перегрузках.

На интенсивность изнашивания кроме конструктивных особенностей влияет эксплуатация, в частности сорт применяемого масла и топлива. Например, повышенное содержание серы в топливе ускоряет износ цилиндро-поршневой группы. Резко увеличивается износ деталей двигателя при использовании спиртовых альтернативных топлив и особенно метанола, как в чистом виде, так и в смеси с бензином.

На пусковые износы большое влияние оказывает температура: чем она выше, тем меньше износ, так как создаются благоприятные возможности для лучшего поступления масла к трущимся деталям.

Износ увеличивается и за счёт повышения химической активности масла, что видно на паре вал-подшипник. Вкладыш изготавливается из сплавов цветных металлов менее стойких к химической повреждаемости, чем вал. Отсюда потери массы вкладышей из-за химического и коррозионно-химического износа.

Для подавления коррозионных процессов в двигателе используют следующие пути:

•     нейтрализацию кислых продуктов в работавшем масле;

•     замедление процессов окисления масла;

•     создание на металле защитной плёнки.

По первому пути применяют высокощелочные присадки, нейтрализующие кислые продукты. При этом в отработавшем  полностью срок службы масле ещё остаётся некоторый запас щелочных свойств.

По второму пути применяют в маслах присадки, замедляющие окисление масла, разрушающие гидроперекиси и превращающие активные радикалы в неактивное состояние.

По третьему пути в масло вводят присадки, образующие прочные защитные плёнки на поверхности подшипников. При этом необходимо учитывать, что чрезмерный запас моющих свойств у масла при повышенных температурах может привести к разрушению противокоррозионных плёнок на металле и вызвать повышенную коррозию подшипников.

Уменьшение износа и повышение надёжности работы двигателя достигается конструктивными мерами. Например, хромирование или покрытие молибденом поршневых колец, изменение числа колец и их формы, использование вставок в гильзе из жаропрочного твёрдого материала, изменение конструкции поршня и т.д.

Однако изменением состава масла можно так же добиться уменьшение износа сопряжённых деталей. Для этого к маслу добавляют противоизносные противозадирные присадки. Действие противоизносных присадок заключается в следующем:

•     в адсорбции присадок на поверхности металла и создании граничных плёнок;

•     в химическом взаимодействии присадок с металлом  в зонах контакта и создании прочных сульфидных и фосфидных плёнок;

•     в сглаживании и полировке микровыступов трущихся поверхностей, приводящем к снижению удельных нагрузок и уменьшению износов.

Тип присадки и её концентрация подбирается с учётом максимального эффекта без нежелательных последствий: снижение антиокислительных, моющих и др. свойств.

Например, снижение износа, вызываемого продуктами неполного сгорания топлива, возможно за счёт увеличения щёлочности масла и повышения таким образом его нейтрализующей активности.

Однако излишняя щёлочность может быть причиной повышения химической активности системы. Кроме того, высокая щёлочность повышает зольность масла, активизирующей абразивный износ.

Большое внимание уделяется антифрикционным свойствам масел. Улучшение антифрикционных свойств позволяет снизить потери мощности на трение и в результате уменьшить расход топлива.

Снижение трения достигается как конструктивными мерами, так и улучшение антифрикционных свойств масла. При этом либо регулируют вязкость масла (уменьшение внутреннего трения), либо используют антифрикционные присадки (уменьшение внешнего трения). Используют и комбинированный способ.

За счёт регулирования вязкостных свойств, при замене нефтяных масел на загущенные и синтетические можно в среднем снизить расход топлива на 8…10 %, а при применении модификаторов трения – на 3…5 %.

Вязкостно-температурные свойства. Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению слоёв.

Величина вязкости выражается в единицах кинематической вязкости сСт (мм²/с) или динамической вязкости сПз (Па*с). Перевод одних единиц в другие осуществляется по формуле:

где n – кинематическая вязкость;

      h – динамическая вязкость;

      d – плотность масла.

С повышение давления между трущимися деталями вязкость масла возрастает. С понижением температуры вязкость масла возрастает вплоть до потери текучести.

Для характеристики вязкостных свойств масла иногда используют индекс вязкости (ИВ), характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры.

Для определения ИВ необходимо знать вязкость масла при 50⁰С и 100⁰С.

Требования к вязкостно-температурным свойствам моторных масел противоречивы. С одной стороны, для обеспечения надёжного запуска двигателя при низких температурах масло должно иметь невысокую вязкость, т.е. обладать высокой подвижностью. Это позволяет добиться хороших пусковых свойств и прокачиваемости, обеспечить надёжную смазку трущихся деталей в момент пуска. С другой стороны, при высоких рабочих температурах масла, характерных для установившихся режимов работы двигателя, необходима высокая вязкость масла для предотвращения перехода к граничному режиму смазки и повышению износа.

Для осуществления надёжности пуска требования к вязкостно-температурным свойствам масел регламентированы стандартом, в соответствии с которым вязкость масел для бензиновых двигателей должна быть при 100⁰С не менее 6 мм²/с (кинематическая), а при – 40⁰С не более 170 Па*с (динамическая). Масла для дизелей при этих же условиях должно иметь вязкость не менее 8 мм²/с и не более 220 Па*с соответственно. Чем меньше вязкость при отрицательной температуре, тем при более низкой температуре можно достичь требуемого минимального числа оборотов коленчатого вала и при более низкой температуре запустить двигатель.

Всесезонные масла получают путём загущения маловязкой минеральной основы полимерной присадкой. Масла, полученные с использованием синтетических продуктов, превосходят по вязкостно-температурным свойствам загущенные масла:

При одной и той же вязкости при положительных температурах они обладают меньшей вязкостью при отрицательных температурах.

Использование масел, имеющих высокую вязкость при рабочих температурах, необходимо для снижения износа деталей двигателя. С другой стороны  с увеличением вязкости масла повышаются потери мощности на трение, следовательно, и увеличивается расход топлива. Таким образом, выбор вязкости масла должен учитывать условия применения и особенности конструкции двигателя.

Защитные свойства. Качество моторного масла и надёжность работы двигателя резко снижаются при наличии в масле воды, которая может попадать в масло при хранении и в период эксплуатации. Присутствие в масле 1…2 % воды в 5 раз повышает износ цилиндро-поршневой группы и в 1,4…1,6 раз износ вкладышей. Кроме того, попадание воды в масло усиливает пенообразование, снижает щелочное число, приводит к выпадению из масла присадок.

Особую опасность представляет собой попадание водяных паров и конденсация влаги в двигателе, находящемся на длительном хранении. В этот период интенсивно развиваются процессы электрохимической коррозии, при которой протекают два сопряжённых процесса: анодный – переход металла в раствор в виде ионов с оставлением эквивалентного количества электронов в металле и катодный – ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов каким-либо деполяризатором (кислородом, продуктами окисления масла). При последующей эксплуатации таких двигателей увеличивается износ их деталей. Так, износ на 1000 км пробега для автомобилей длительного хранения  во влажной атмосфере по сравнению с автомобилями непрерывной эксплуатации оказывается больше по цилиндрам в 1,5…2 раза, по поршням в 1,5 раза и по шейкам коленчатого вала на 10…15 %.

Для защиты двигателей от «ржавления» в процессе хранения в моторные масла вводят ингибиторы коррозии. В зависимости от типа используемого ингибитора  и его концентрации получают консервационные, консервационно-рабочие и рабоче-консервационные масла. Введение в моторное масло ингибиторов коррозии не только снижает «ржавление», но и в ряде случаев позволяет уменьшить износ деталей в процессе работы.

Антиокислительные и моющие свойства. Для облегчения нормальной и безотказной работы двигателей необходимо, чтобы моторное масло обладало высокими антиокислительными и моющими свойствами. Иначе в процессе эксплуатации двигателя происходит образование повышенного количества углеродистых отложений, отрицательно сказывающихся на технических характеристиках двигателя.

Углеродистые отложения, образующиеся в двигателе, подразделяют на нагары (высокотемпературные отложения), лаки (среднетемпературные отложения) и осадки (низкотемпературные отложения).

Нагары получаются вследствие термического разложения масла, окисления и полимеризации продуктов его разложения, а также за счёт несгоревшего топлива. Нагары откладываются преимущественно на стенках камеры сгорания, днище поршня, верхнем пояске боковой поверхности поршня.

Лаковые отложения, как правило, образуются в канавках поршневых колец, на гильзах цилиндров и на боковой поверхности поршня.

Осадки откладываются в картере и клапанной коробке, в маслосистеме и на фильтрах. Их образование обусловлено прорывом газов из камеры сгорания, попаданием воды в масло и др. причинами. Осадки представляют собой большую опасность, так как они могу забивать маслопроводы и фильтры. Это приводит к нарушению нормальной подачи масла к узлам трения и приводит к выходу их из строя.

Несмотря на общие черты, характер образования отложений различен в зависимости от условий работы двигателя и особенностей его конструкции. Например, в дизеле большую долю составляют высокотемпературные, а в бензиновом двигателе - низкотемпературные отложения.

Для снижения склонности моторных масел  к образованию отложений повышают уровень их качества за счёт улучшения антиокислительных и моющих свойств.

Повышение антиокислительных свойств добиваются подбором масляной основы, в меньшей степени склонной к окислению или введением антиокислительных присадок. Одновременно с этим к маслу добавляют моющие присадки. Они, с одной стороны, могут повлиять на процесс окисления, а с другой стороны, препятствуют отложению углеродистых образований на детали двигателя. В масло для бензиновых двигателей помимо зольных моющих присадок вводят и беззольные диспергирующие присадки для борьбы с образование низкотемпературных отложений.

Противопенные свойства. При работе масла в двигателе создаются благоприятные условия для образования пены. Этому способствует перемешивание масла с воздухом вследствие вращающихся деталей КШМ, наличие в масле следов воды и ряда стабилизирующих пену веществ: продуктов окисления масла.

Обильное пенообразование нарушает нормальные условия режима смазки.

Для устранения пенообразования в масло вводят противопенные присадки.

Действие противопенных присадок заключается в том, что, являясь соединениями относительно плохо растворяющимися в маслах, они находятся в основном на поверхностях раздела фазы воздух-масло. В результате этого скорость разрушения пены становится больше, чем скорость её образования.

Образование на границе воздух-масло барьера из молекул присадки создаёт определённые трудности для прохождения кислорода вглубь масла. Предполагают, что это свойство противопенных присадок повышает стойкость масла к окислению.

Пенообразование уменьшается с повышением температуры масла, так как при этом вязкость масла снижается и стойкость пены падает.

Попадание воды в масло приводит к увеличению пенообразования: из масла капельки воды начинают испаряться, приводя к зарождению отдельных газовых пузырьков, а затем и пены.

Замечено, что наиболее часто пенообразование наблюдается в двигателях с «сухим» картером, чем в двигателях с «мокрым» картером.

 

 

Классификация моторных масел

 

Классификация до 1974 года

Назначение:

А – карбюраторные двигатели.

Д – автотракторные и судовые дизели.

МТ – транспортные дизели.

М – поршневые авиационные двигатели.

Особенности технологии:

К – кислотная очистка.

С – селективная очистка.

П – масло с присадками.

З – загущенное масло.

Цифры  - значение вязкости в мм²/с при 100 ⁰С.

Например, АС-8; АСЗп-6; МС-20 и т.д.

В соответствии с ГОСТ 17479.1-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные» моторные масла подразделяют на классы по вязкости и группы по области применения.

Схема маркировки моторных масел представлена на рисунке .

Рисунок – Схема маркировки моторных масел по ГОСТ 17479.1–85

Пояснение к рисунку :
1 – назначение (М – моторное);
2 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100°С); у всесезонных масел присутствует дробная черта, слева от которой указывается цифра, характеризующая низкотемпературные свойства (при -18°С), аналогичные указанному зимнему маслу, а справа – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100°С);
3 – наличие вязкостной присадки (з – загущающая присадка)
4 – эксплуатационная группа (А – нефорсированные двигатели; Б – малофорсированные двигатели; В – среднефорсированные двигатели, Г – высокофорсированные двигатели; Д – высокофорсированные двигатели, работающие в условиях более тяжелых, чем масла группы Г; Е – малооборотные тяжелонагруженные двигатели, работающие на топливе с высоким содержанием серы; ТП – предназначено для топливно-масляной смеси двухтактных двигателей);
5 – тип двигателя, для которого предназначено масло (1 – бензиновые двигатели, 2 – дизельные двигатели, нет данного индекса – масло универсальное);
6 – дополнительные индексы, указывающие на особые свойства, присадки, и т.п. (рк – рабочее-консервационные, цл – для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем, 20 или 30 – значение щелочного числа в мг КОН/г, к – для автомобилей КамАЗ, т – может быть использовано, как трансмиссионное, м – малозольное, и – импортный пакет присадок).
Пример маркировки: М-10-Г2к – М – моторное масло, 10 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), масло летнее, Г – предназначено для высокофорсированных двигателей, 2 – для дизельных двигателей, к – для автомобилей КамАЗ; М-5з-Г1 – М – моторное масло, 5 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), масло зимнее, вязкость при -18°С не выше 6000 сСт, з – содержит загущающую присадку, Г – предназначено для высокофорсированных двигателей, 2 – для бензиновых двигателей; М-4з/8-Д2т – М – моторное масло, 4 – класс вязкости при -18°С (кинематическая вязкость не выше 2600 сСт, 8 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость при 100°С), «/»– масло всесезонное, вязкость, з – содержит загущающую присадку, Д2 – предназначено для высокофорсированных двигателей с наддувом, т – может быть использовано, как трансмиссионное.

 

В таблице 9 представлены классы кинематической вязкости моторных масел. Дробные классы указывают, что по вязкости при температуре –18⁰ С масло соответствует  классу, указанному в числителе, по вязкости при 100⁰ С – классу, указанному в знаменателе.  

 

 

Таблица 9 – Класс вязкости моторных масел, мм²/с (сСт)

 

Класс вязкости	Кинематическая вязкость при температуре
	1000 С	- 180 С
3з	Не менее 3,8	1250
4з	Не менее 4,1	2600
5з	Не менее 5,6	6000
6з	Не менее 5,6	10400
6	5,6…7,0	-
8	7,0…9,3	-
10	9,3…11,5	-
12	11,5…12,5	-
14	12,5…14,5	-
16	14,5…16,3	-
20	16,3…21,9	-
24	21,9…26,1	-
3з/8	7,0…9,3	1250
4з/6	5,6…7,0	2600
4з/8	7,0…9,3	2600
4з/10	9,3…11,5	2600
5з/10	9,3…11,5	6000
5з/12	11,5…12,5	6000
5з/14	12,5…14,5	6000
6з/10	9,3…11,5	10400
6з/14	12,5…14,5	10400
6з/16	14,5…16,3	10400

 

В зависимости от области применения моторные масла делят на группы А, Б, В, Г, Д, Е (таблица 10). При этом индекс 1 присваивают маслам для бензиновых двигателей, индекс 2 – для дизелей. Универсальные масла, предназначенные для дизелей и бензиновых двигателей одного уровня форсирования, индекса в обозначении не имеют. Универсальные масла, принадлежащие к разным группам, имеют двойное обозначение, в котором первое характеризует качество масла при применении в дизелях, второе – в бензиновых двигателях.

Примеры обозначения.

 

М-8-В₁

 

моторное масло, восьмого класса вязкости для среднефорсированных бензиновых двигателей;

 

М-4_з/8-В₂Г₁

 

моторное масло, 4/8 класса вязкости, для среднефорсированных дизелей и высокофорсированных бензиновых двигателей. 

 

Таблица 10 – Группы моторных масел по эксплуатационным свойствам

 

Группа масел по эксплуатационным свойствам		Рекомендуемая область применения
А		Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели
Б	Б1	Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников
	Б2	Малофорсированные дизели
В	В1	Среднефорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений
	В2	Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенное требование к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и склонности к образованию высокотемпературных отложений.
Г	Г1	Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжёлых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению.
	Г2	Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений.
Д		Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжёлых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей  способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью  к образованию всех видов отложений.
Е		Лубрикаторные системы смазки цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы.

 

В международной практике принято обозначение моторных масел соответствующее национальным спецификациям. Наибольшее распространение получило обозначение по SAE – американское общество инженеров-автомобилистов, и API – американский институт нефти. Классификация по SAE (таблица 11) – это классификация по вязкости, по API (таблица 12) – по области применения.  

Таблица 11 – Классификация моторных масел по SAE

 

Класс вязкости	Кинематическая вязкость при 1000 С, мм2/с
	Min	Max
0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 40 50 60	3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 9,3 12,5 16,3 21,9	- - - - - - < 9,3 < 12,5 < 16,3 < 21,9 < 26,1

 

В таблице 13 представлены аналоги моторных масел по классификациям России и SAE, а в таблице 14 – по классификациям России и API.

 

Таблица 12 – Классификация моторных масел по API

 

Группа масел	Область применения
Категория S – бензиновые двигатели
SA	Двигатели, работающие в лёгких условиях
SB	Двигатели, работающие при умеренных нагрузках
SC	Двигатели, работающие с повышенными нагрузками (до 1964 г . выпуска)
SD	Двигатели, работающие в тяжёлых условиях (до 1968 г .)
SE	Двигатели, работающие в тяжёлых условиях (до 1972 г .)
SF	Двигатели, работающие в тяжёлых условиях на неэтилированных бензинах
SG	Двигатели выпуска с 1989 г .
SH	Двигатели выпуска с 1994 г .
SJ	Двигатели выпуска с 1996 г .
Категория C – дизели
CA	Двигатели, работающие при умеренных нагрузках на малосернистых топливах
CB	Двигатели без наддува, работающие при повышенных нагрузках на сернистом топливе
CC	Двигатели, в том числе с умеренным наддувом, работающие в тяжёлых условиях
CD	Двигатели с высоким наддувом, работающие в тяжёлых условиях на высокосернистом топливе
CD-II	То же с учётом требований к двухтактным двигателям
CE	Двигатели с высоким наддувом (с 1983 г .), работающие в тяжёлых условиях
CF-4	Двигатели выпуска с 1990 г .
CF-2	Улучшенные характеристики CD-II для двухтактных двигателей
CG	Двигатели выпуска с 1994 г . Улучшены характеристики CF-4 и ужесточены требования к токсичности отработавших газов

 

Таблица 13 – Аналоги классов вязкости моторных масел по классификации

России и SAE  

Россия	SAE
3з	5W
4з	10W
5з	15W
6з	20W
6	20
8	20
10	30
12	30
14	40
16	40
20	50
24	60
3з/8	5W/20
4з/6	10W/20
4з/8	10W/20
4з/10	10W/30
5з/10	15W/30
5з/12	15W/30
5з/14	20W/30
6з/10	20W/30
6з/14	20W/40
6з/16	20W/40

 

Таблица 14 – Аналоги классов по области применения моторных масел по классификации России и API

Россия	API	Россия	API
А Б Б1 Б2 В В1	SB SC/SA SC CA SD/CB SD	В2 Г Г1 Г2 Д Е	CB SE/CC SE CC CD -

 

Трансмиссионное масло

Системы смазки трансмиссий

 

Передача крутящего момента от двигателя к исполнительному механизму осуществляется с помощью специальных устройств. Для этого между приводом и исполнительным механизмом устанавливают шестереночные и червячные передачи разнообразных типов и размеров.

Трансмиссии транспортных машин делят на механические и гидравлические. Механические обычно состоят из сцепления, коробки передач и ведущего моста. На автомобилях повышенной проходимости – с двумя и более ведущими мостами – в трансмиссию включают раздаточные коробки и коробки отбора мощности.

Все агрегаты трансмиссии, за исключением фрикционного сцепления, смазываются маслом.

Гидравлические трансмиссии по принципу работы различают гидродинамические и гидростатические (гидрообъёмные). Гидродинамические трансмиссии состоят из гидромуфты или гидротрансформатора и гидромеханической коробки передач, а так же системы автоматического регулирования. Гидрообъёмная передача включает насос и гидромотор. Гидравлические трансмиссии отличаются некоторыми особенностями работы: энергия от ведущего вала к ведомому передаётся при помощи жидкости.  

 

Требования к качеству масел

 

Условия работы масел в агрегатах трансмиссии определяются тремя факторами: температурой, скоростью вращения валов и шестерен и удельным давлением в зоне контакта зубьев шестерен.

Рабочая температура в агрегатах трансмиссии изменяется в довольно широких пределах. Она колеблется от температуры окружающего воздуха до температуры, установившейся в процессе работы, при этом последняя может достигать 120...150⁰ С. Это температура в объеме масла, фактическая же температура в зоне контакта зубьев шестерен может достигать 200...250⁰ С и более. Температура масла в значительной мере зависит от удельных нагрузок и скорости вращения шестерён, от которой зависит скорость скольжения в зоне контакта. С увеличением нагрузки уменьшается величина смазочной пленки, разделяющей трущиеся поверхности, и в результате повышается вероятность интенсивного износа и заедания.

Скорости скольжения в цилиндрических и конических передачах составляют на входе в зацепления от 1,5...3,0 м/с до 9...12 м/с. Для гипоидных передач характерны значения до 15 м/с и выше, в червячных редукторах – до 20...25 м/с.

В цилиндрических,  конических и червячных передачах удельные нагрузки в полюсе зацепления составляют 500...2000 МПа, а в гипоидных передачах они в 2 раза выше.

В гидромеханической трансмиссии нагрузки в 1,5...3 раза ниже, чем в механической. Скорости скольжения контактируемых поверхностей практически не отличаются от скоростей скольжения в механических передачах и равны 1,5...5 м/с, вместе с тем температура значительно выше. Это связано с высокими скоростями потоков масла из-за быстро вращающихся рабочих колёс. Скорости масла достигают 80...100 м/с.

Высокие скорости потоков масла и непрерывный контакт его с воздухом создают условия для пенообразования. Чтобы уменьшить потери на внутреннее трение при высоких скоростях потоков, требуется использование маловязких масел.

Помимо общих требований, связанных с необходимостью обеспечения высоких смазочных, вязкостно-температурных, антиокислительных, противокоррозионных и других свойств, к трансмиссионным маслам предъявляются и специфические требования с учётом конструктивных особенностей передач. Например, масла для гидромеханических коробок передач и ведущих мостов с дифференциалами повышенного трения должны обладать высокими фрикционными свойствами.

Поэтому трансмиссионные масла можно систематизировать следующим образом:

- КП, К. отбора мощности,           ТМ с противоизносными, антиокислительны РК и т.д                                                             ми и др. функциональными присадками.

- Гипоидные передачи                  Гипоидное масло.

- Червячная передача                    ТМ с противоизносной присадкой, не корродирующей бронзу.

- Ведущие мосты с                        Гипоидное масло с повышенными

дифференциалом                           фрикционными свойствами.

повышенного nрения

- Гидромеханические передачи    Масло для гидромеханических передач.

- Гидростатические передачи       Масло для гидростатических передач.

 

Эксплуатационные свойства

 

Смазочные свойства. Из-за больших нагрузок, характерных для современных трансмиссий, они работают в режимах либо эластогидродинамической, либо граничной смазки. Граничный режим смазки также имеет место во всех зубчатых передачах при их пуске и остановке независимо от режима смазки при установившемся движении. Он сопровождается повышенным износом поверхностей трения. Основными видами разрушения являются: нормальный износ или истирание, заедание или задир и питтинг.

Снизить износ и заедание можно подбором масла соответствующей вязкости. При этом известно, чем выше вязкость, тем менее вероятна повреждаемость трущихся поверхностей и выше несущая способность масляного слоя.

Однако повышение вязкости масел ухудшает вязкостно-температурные свойства и увеличивает потери на трение. Поэтому возможность улучшения смазывающих свойств масел за счет увеличения его вязкости ограничена. В этом случае вводят высокоэффективные противоизносные и противозадирные присадки.

Противопиттинговые свойства также можно увеличить, варьируя вязкостью масла и вводя противоизносные присадки.

Вязкостно-температурные свойства. От вязкости зависят потери мощности на трение, способность масла удерживаться в узле трения и т.д. ВТС масла определяют при прочих равных условиях уровень смазочного действия.

Температурный режим работы масла в трансмиссии определяется следующими температурами:

-      минимальной, в начале работы передачи после длительного перерыва и равной самой низкой температуре окружающего воздуха;

-      максимальной, устанавливающейся при экстремальных для данной передачи условиях работы;

- средне-эксплуатационной, характеризующей наиболее вероятное значение температуры во время работы масла за весь период эксплуатации.

Минимальная температура может достигать:

    -60⁰ С в полярной зоне;

    -40⁰ С в умеренной зоне;

    -10⁰ С в жаркой зоне.

Каждой из приведённых температур соответствует своя вязкость.

При высокой вязкости масла потери энергии на внутреннее трение масла преобладают в сумме общих потерь, причём основная доля приходится на потери в главной передаче. Вязкость масла при минимальной температуре не должна превышать величину, при которой невозможно начать движение без предварительного разогрева масла в узлах и агрегатах трансмиссии.

Так, минимальная допустимая вязкость должна обеспечить работу агрегатов без повышенных утечек. Современные уплотнительные устройства позволяют удерживать масло в узлах и агрегатах трансмиссий при вязкости 25...30 мм2/с, а в ряде случаев даже  до 10...15 мм2/с.

Вязкость масла при средне-эксплуатационной температуре не должна превышать величину, при которой потери энергии на внутреннее трение заметно снижают КПД трансмиссии.

В общем случае масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой обеспечивают надёжную эксплуатацию техники при низких температурах окружающего воздуха.

Антиокислительные, противокоррозионные и защитные свойства. Трансмиссионное масло в процессе работы окисляется. Скорость и глубина окисления зависят от:

  - продолжительности работы;

    - температуры масла;

  -  каталитической активности металла;

    - концентрации кислорода;

  - промоторов окисления.

К последним относятся некоторые из присутствующих в масле присадок, в частности противозадирные.

Окисление масла оказывает отрицательное влияние не только на срабатывание присадок. В процессе окисления ухудшаются вязкостно-температурные свойства масел, происходит накопление кислых продуктов, способствующих повышению коррозии. Последняя резко возрастает с повышением температуры, но не бесконечно: при температуре около 170⁰ С коррозионность масла ослабевает, что видимо связано с увеличением содержания в масле смол. Смолистые вещества отлагаются на металлических поверхностях, образуя лакообразные плёнки, которые препятствуют контакту металла с коррозионно-агрессивной средой.

Снижение коррозионной агрессивности достигается либо за счёт изменения содержания в масле присадок разного функционального назначения, либо за счёт добавления деактиватора или пассиватора металла. Наиболее высокими антикоррозионными свойствами из трансмиссионных масел обладают масла ТСп-15к и ТСз-9гип.

Повышение коррозионной агрессивности масел и особенно «ржавление» различных узлов и агрегатов возможно при обводнении смазочного материала. В зависимости от условий эксплуатации содержание воды в масле колеблется от десятых долей до нескольких процентов, иногда достигая 5...8 %. В воде содержится некоторое количество неорганических солей и коррозионно-агрессивных компонентов, попадающих извне, или образующихся в процессе старения масла. Это создает благоприятные условия для электрохимической коррозии, которая увеличивается при хранении. Для устранения коррозии в период остановки машины в масло вводят защитные присадки. Сочетанием в масле функциональных и защитных присадок получают рабоче-консервационные трансмиссионные масла, которые имеют определенный уровень эксплуатационных свойств и одновременно обладают защитной способностью, особенно проявляющейся в период хранения. К числу таких трансмиссионных масел относится универсальное масло ТМ5-12РК.

Ассортимент трансмиссионных масел

Классификация отечественных трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла трансмиссионные» .

Схема маркировки трансмиссионных масел представлена на рисунке .

Рисунок – Схема маркировки трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2–85

Пояснение к рисунку :
1 – назначение (ТМ – трансмиссионное масло);
2 – эксплуатационная группа
3 – класс вязкости (средняя кинематическая вязкость в сантистоксах (сСт) при 100°С);
4 – дополнительные индексы (з – содержит загущающую (вязкостную) присадку, рк – рабоче-консервационные масла).

 

Таблица - Классификация трансмиссионных масел по эксплуатационным группам

Группа масел по эксплуатационным свойствам	Состав масел	Рекомендуемая область применения
1	Без присадок	Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающих при контактных напряжениях до 900…1600 МПа и температуре масла в объёме до 90°С
2	С противоизносными присадками	те же, при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме до 130°С
3	С противозадирными присадками умеренной эффективности	Цилиндрические, конические, спирально-конические и гипоидные, работающих при контактных напряжениях до 2500МПа и температуре масла в объёме до 150°С
4	С противозадирными присадками высокой эффективности	Цилиндрические, конические, спирально-конические и гипоидные, работающих при контактных напряжениях до 3000МПа и температуре масла в объёме до 150°С
5	С противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальные масла	Гипоидные, работающих при контактных напряжениях выше 3000МПа и температуре масла в объёме до 150°С

 

Кроме того, трансмиссионные масла делятся на четыре класса (табл. 15) в зависимости от вязкости, эксплуатационных свойств и климатических условий применения. Класс заносится через тире, например, ТМ-5-18.

Например: масло,  маркируемое ТМ-3-9, означает – трансмиссионное масло для смазывания тяжелонагруженных трансмиссий, работающих при контактных напряжениях более 2000 МПа и температуре масла в объёме выше 120⁰ С для транспортных средств работающих на севере.

В последние годы используются универсальные масла, предназначенные для работы одновременно в напряжённых гипоидных передачах ведущих мостов легковых и грузовых автомобилей, в коробках передач и в червячных передачах рулевых механизмов, например, ТАД-17И (по современной маркировке соответствует ТМ-5-18).

 

Таблица 15 – Отечественная классификация трансмиссионных масел по вязкости

 

Класс вязкости	Температура применения, 0С	Примечание
9 12 18 34	-60…+25 -50…+30 -35…+30 -20…+45	для Арктики для севера наш климат для юга

 

На западе используется классификация масел по вязкости, разработанная Американским обществом инженеров-автомобилистов SAE (таблица 16), и по области и условиям применения, разработанная Американским институтом нефти API (таблица 17).  

 

Таблица 16 – Классификация трансмиссионных масел по SAE

 

Класс вязкости	Кинематическая вязкость при 1000 С, мм2/с
	Min	Max
75W 80W 85W 90 140 250	4,1 7,1 11,0 13,5 24,0 41,0	- - - < 24 < 41 -

 

Уровень качества отечественных трансмиссионных масел оценивают на разных приборах и установках. Существует два комплекса методов: комплекс методов квалификационной оценки масел для трансмиссий гусеничных машин и комплекс методов квалификационной оценки автотракторных трансмиссионных масел. В соответствии с этими комплексами предусматривается оценка вязкостно-температурных свойств, коррозионной агрессивности, противоизносных и противозадирных свойств и др. С этой целью необходимо использовать как лабораторные приборы, так и стенды. Например, противоизносные и противозадирные свойства рекомендуется оценивать на четырёхшариковой машине трения и на шестерёночных стендах, представляющих собой систему прямозубых шестерен.

На ЧШМ трения определяют следующие показатели: критическую нагрузку, нагрузку сваривания, показатель износа, индекс задира.

Метод оценки физической стабильности заключается в анализе смазочных свойств масел после нагревания, охлаждения и центрифугирования. Изучение совместимости масел проводится путём определения основных эксплуатационных свойств смеси в сравнении со свойствами каждого масла в отдельности.  

 

Таблица 17 – Классификация трансмиссионных масел по API

 

Группа	Область применения. Состав
GL-1	Цилиндрические, конические и спирально-конические зубчатые передачи в условиях низких скоростей и нагрузок. Минеральное масло без присадок или с антиокислительными, противоизносными и противопенными присадками без противозадирных компонентов.
GL-2	Червячные передачи, работающие в условиях GL-1, но с более высокими требованиями к антифрикционным свойствам. Могут содержать антифрикционный компонент.
GL-3	Обычные трансмиссии со спирально-коническими шестернями, работающие в умеренно жёстких условиях по скорости и нагрузкам. Обладают лучшими противоизносными и противозадирными свойствами, чем GL-2.
GL-4	Автомобильные трансмиссии с гипоидной передачей, работающие в условиях больших скоростей при малых крутящих моментах, малых скоростей при высоких крутящих моментах. Обязательно наличие высокоэффективных противозадирных присадок.
GL-5	Автомобильные гипоидные передачи, работающие в условиях больших скоростей и малых крутящих моментов при действии ударных нагрузок на зубья шестерён при высоких скоростях скольжения. Должны содержать большое количество серофосфоросодержащей противозадирной присадки.
GL-6	Автомобильные гипоидные передачи с повышенным вертикальным смещением осей шестерён, т.е. работающие при повышенных скоростях, ударных нагрузках и высоких крутящих моментах. Содержат большее количество серофосфоросодержащей противозадирной присадки, чем GL-5.

 

В качестве базовых для получения трансмиссионных масел используют дистилляты или остаточные масла различного уровня вязкости. Кроме того, как правило, пока за рубежом, для производства трансмиссионных масел вовлекаются  синтетические компоненты. В отечественном производстве трансмиссионные масла получают путем смешения высоковязких нефтепродуктов с маловязкими или загущения маловязких масел высокополимерными присадками. Последний метод предпочтительнее, так как варьируя химическим составом основы и типом загущающей присадки, можно получать масла с заданными вязкостно-температурными свойствами.

Для приготовления товарного трансмиссионного масла к основе добавляют функциональные присадки: противоизносные, противозадирные, антиокислительные и др. Особое значение придается присадкам, снижающим износ и заедание.

Наиболее распространенные отечественные масла:

ТСп-10 получают смешением деасфальтизата эмбинских нефтей с маловязким низкозастывающим дистиллятным компонентом. В масло вводят противоизносные присадки ЭФО (цинкобариевая соль изобутилового эфира арилдитиофосфорной кислоты), АЗНИИ-ЦИАТИМ-1 и ПМС-200А. Применяют для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач. ТМ-2-9.

ТАП-15В смесь экстрактов остаточных масел фенольной очистки и дистиллятных масел с добавлением присадок ОТП и АЗНИИ-ЦИАТИМ-1; вместо присадки ОТП допускается применение других присадок, например, ЛЗ-23к. Рекомендуется для смазывания тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач. ТМ-3-18.

ТАД-17и смесь дистиллятного и остаточного масел с присадками Англамол-99 (многофункциональная), ПМА-Д и ПМС-200А. Применяют для смазки цилиндрических, конических, червячных, спирально-конических и гипоидных передач (автомобили ВАЗ и др.). ТМ-5-18.

ТМ-5-12РК производят с использованием низкозастывающей основы, загущенной полимером, с добавлением высокоэффективных противоизносных, противозадирных, антикоррозионных и др. присадок. Относится к числу универсальных для эксплуатации и консервации тяжелонагруженных цилиндрических, спирально-конических, гипоидных и червячных передач автомобилей и др. транспортных средств.

Масло марки А продукт глубокой селективной очистки с композицией присадок ПИБ, МАСК, ДФ-11, ПМА-Д и ПМС-200А. Предназначено для гидротрансформаторов и гидромеханической коробки передач при всесезонном использовании в умеренной и жаркой зонах.