Доклады / Физико-хим. св-ва трансмиссионных масел

Бугурусланское летное училище гражданской авиации имени Героя Советского Союза П.Ф. Еромасова (колледж) филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации»

Доклад

по дисциплине: «материаловедение»

на тему: «Физико-химические свойства трансмиссионных масел».

Работу выполнил:

Курсант Жиряков А.А.

Группа: 14/20

Физико-химические свойства трансмиссионных масел.

Трансмиссионное масло - масло, используемое в различного рода передачах.

Выделим основные физико-химические свойства, которыми должны обладать трансмиссионные масла:

1. Смазывающие свойства

2. Вязкостные и антифрикционные свойства

3. Антиокислительные свойства

4. Антикоррозионные свойства

5. Антипенные свойства

6. Свойства совместимости с материалами уплотнений

7. Свойства сохранения стабильности при длительном хранении

1. Смазывающие свойства трансмиссионного масла

Главная функция масла – это снижение износа деталей и предотвращение задира на их поверхностях. Это и называется смазывающей способностью масла. Эта способность напрямую зависит от вязкости.

Чем выше вязкость, тем лучше смазывание. Это справедливо для гидродинамического режима трения, то есть там, где отсутствует непосредственный контакт металлических поверхностей. Однако в трансмиссии гораздо чаще, чем в двигателе, возникают смешанный и граничный режимы трения, при которых металл деталей входит в непосредственный контакт при высокой температуре и большой нагрузке. В этом случае детали предохраняют противоизносные и противозадирные присадки, в качестве которых используются содержащие серу и фосфор соединения.

Вкратце механизм их действия таков: при взаимодействии двух деталей (например, шестерёнок) с высокой нагрузкой в зоне микроконтакта возрастает температура, порой до порога плавления металла. В этот момент вещество присадки вступает в химическую реакцию с поверхностью металла, образуя так называемые модифицированные слои. Такие слои сдвигаются вслед за контактирующей поверхностью, которая вдобавок скользит по этим слоям, что уменьшает износ деталей. И даже если этот модифицированный слой разрушится, то в момент следующего напряжённого контакта он образуется вновь, и так далее, до полного вырабатывания противозадирной присадки.

Таков механизм действия противозадирных и противоизносных присадок в трансмиссионном масле. В этих условиях вязкость не имеет особого значения для достижения защитного эффекта, однако при малой вязкости слой масла может быть слишком тонким, соответственно, в нём будет недостаточно этих присадок. Поэтому в маловязких маслах концентрацию серо-фосфорсодержащих присадок увеличивают примерно в полтора раза.

2. Вязкость и потери энергии на трение

К вязкостным характеристикам трансмиссионных масел предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, при доминировании граничных и смешанных гранично-гидродинамических режимах трения, вязкость не имеет принципиального значения для достижения большей сохранности деталей. А потери энергии на трение тем меньше, чем меньше вязкость масла. Надо сказать, что в трансмиссии они довольно высоки, около 50%. То есть, если двигатель выдаёт КПД 25%, то до колёс доходит примерно 12-13%. При использовании маловязких масел и антифрикционных присадок можно достигнуть экономии топлива порядка 2-3%. Немного, но в масштабах автопарка чувствительно. Ещё один плюс от малой вязкости – облегчённый пуск (особенно зимой) и работа трансмиссии в холодном состоянии. В этой связи понятно стремление производителей сделать трансмиссионные масла как можно менее вязкими.

С другой стороны, большая вязкость позволяет маслу лучше удерживаться на смазываемой поверхности, и её уменьшение может привести к увеличению износа, возникновению задиров и микровыемок. Ведь противоизносные присадки в этом случае не смогут помочь, они просто стекут вместе с маловязким маслом с детали. Помимо этого, слишком низкая вязкость может увеличить утечку масла через уплотнения трансмиссии.

Выход из этой ситуации с противоречивыми требованиями найден благодаря улучшению технологии изготовления агрегатов трансмиссии. Качественные уплотнения, преобладание граничных режимов трения и минимизация свободного пространства позволяют использовать маловязкие масла.

3. Антиокислительные свойства

В процессе работы в агрегате, трансмиссионное масло нагревается в следствие трения. Вместе с кислородом воздуха и каталитическим воздействием металлов деталей возникают условия для активного окисления. В этом случае начинают окисляться и выпадать в осадок нерастворимыми соединениями все компоненты масла, включая противозадирные присадки, недостаток которых может вызвать поломку узла трансмиссии. Наибольшее значение для ускорения процесса окисления имеет температура. Надо отметить, что синтетическая основа более термостабильна, нежели минералка.

В общем, понятно, что окисление – это очень плохо. Для борьбы с ним добавляют антиокислительные присадки. Они реагируют со свободными радикалами и другими химически активными компонентами, превращаясь вместе с ними в растворимые неактивные вещества, то есть попросту в безвредный и бесполезный балласт, либо разлагают эти компоненты на менее активные. Это позволяет снизить степень окисления до приемлемых значений.

4. Антикоррозионные свойства

В узлах трансмиссии используются детали из цветных металлов, таких как алюминий, медь, свинец, различные сплавы с оловом и другим цветметом. Цветные металлы достаточно легко корродируют, взаимодействуя с продуктами окисления масла. Соответственно, чем быстрее масло окисляется, тем интенсивнее подвергаются коррозии эти детали. Поэтому у антикор-присадок задача нейтрализовать продукты окисления до их реакции с металлами. От антиокислителей они отличаются тем, что одним из механизмов работы антикоров является покрытие поверхности тонкой плёнкой, устойчивой к воздействию кислот и воды. Помимо собственно защиты детали, эта плёнка снижает каталитическую способность металла в отношении окисления масла. Так что многие антикоррозионные присадки добавляют антиокислительных свойств продукту.

5. Антипенные свойства

В процессе функционирования трансмиссионные масла активно перемешиваются с воздухом, что приводит к образованию пены. На способность к пенообразованию в значительной мере влияет фракционный состав масла, степень и глубина его очистки, свойства функциональных присадок, давление и температура. У парафиновой составляющей стойкость к вспениванию выше, чем у нафтеновой, поэтому маловязкие масла (в которых количество парафинов сведено к минимуму) лучше пенятся. Загрязняющие примеси, как и некоторые присадки в трансмиссионном масле, увеличивают прочность плёнки пузырьков, в результате образуется стойкая пена. Процесс пенообразования проходит активнее с повышением температуры. В случае образования стойкой пены смазывание трансмиссии проходит масловоздушной смесью, в которой недостаточно непосредственно масла, поэтому детали быстро выходят из строя.

Антипенные присадки снижают поверхностное натяжение маленьких пузырьков воздуха, в результате чего они объединяются в более крупные и легко лопаются, не успевая образовать устойчивую пену.

6. Свойства совместимости с материалами уплотнений

Помимо прочего композиционный состав трансмиссионных масел проверяют на взаимодействие с уплотнениями агрегатов, стараясь снизить его до минимума. Основная цель – не допустить набухания эластомеров, которые изменят при этом свои физические свойства, а значит и способность к герметизации соединения. Современные масла могут даже оказывать положительное воздействие на материал уплотнений, восстанавливая их первоначальную структуру.

7. Свойства сохранения стабильности при длительном хранении

Полученный состав трансмиссионного масла должен быть стабилен при длительном хранении, поскольку иногда в состоянии покоя происходит выпадение присадок в осадок. В результате масло лишается части своих свойств и не обеспечивает должную защиту узлов и агрегатов трансмиссии.

Вот и все основные характеристики трансмиссионных масел, помогающие агрегатам работать безотказно в штатных режимах. Таким образом, основную долю всех присадок в трансмиссионных маслах занимают противоизносные/противозадирные присадки; в отличие от моторных масел, в которых основной объём присадочного пакета занимают детергенты и дисперсанты.

(В линейках многих маслопроизводителей есть трансмиссионные продукты, имеющие в названии латинские буквы EP, от английских слов Extreme Pressure, то есть экстремальное давление. Пишутся они на маслах категории качества GL-4 по стандарту API, и говорят как раз о превалирующем наличии противоизносных и противозадирных присадок в продукте).