Продолжаем разговор о смазочных материалах. В прошлом номере «Мотора» мы рассказывали о составе, классификации и особенностях применения моторных масел. Сегодня рассмотрим трансмиссионные масла и пластичные смазки.
Трансмиссионные масла, их выбор и смена доставляют водителю несравненно меньше хлопот, чем все, что связано с маслами моторными. А что о них беспокоиться? Ездишь себе лет пять-шесть и знать не знаешь, что там в коробке передач плещется. А когда наконец придет пора менять то, что туда залили на заводе, возьмешь да и купишь новую машину. И еще лет пять-шесть… Так никогда и не узнаешь.
С пластичными смазками и того проще. Давно прошли времена, когда надо было возить с собой шприц с солидолом. Сейчас открываешь руководство по эксплуатации автомобиля – узнать, «солидолом» ли это теперь называется и не пора ли свежий закачать, – а там написано, что пластичные смазки, применяемые в данной машине, рассчитаны на весь срок службы агрегатов. Можно смело захлопнуть брошюрку, не нагружая свою память заведомо ненужной информацией. И так голова вечно пухнет от забот, только солидолов в ней и не хватает для полного счастья…
Тогда стоит ли вообще об этом говорить? Да. Хотя бы потому, что далеко не все автомобили, продаваемые на нашем рынке, приходят в Россию официальным путем. С «белым» импортом, как правило, проблем не возникает — машины адаптированы к нашему климату (по крайней мере, должны); все, что в них залито, закачано и «замазано», соответствует условиям эксплуатации. Есть ли такая уверенность, когда речь идет об автомобилях, ввезенных полу- и неофициальными путями? Вряд ли.
А такого товара на нашем рынке много.
Купили вы машину с коробкой-автоматом. Лето и осень отъездили – все нормально. А ударили крепкие морозы — автомат закапризничал. Масло замерзло. Машина откуда? Из Италии?
Так там зимой тепло…
Чтобы не вляпаться с подобную ситуацию, не вредно иметь хотя бы минимальные познания о том, что там плещется в коробке и как там ерзается шарикам в подшипниках.
Трансмиссионные масла. Условия работы. Функции. Состав
Трансмиссионные масла применяют в коробках передач, в мостах, в раздаточных коробках, в механизмах рулевого управления – везде, где крутящий момент передается либо зубчатыми парами (тогда масло выполняет только функции смазки), либо посредством самого масла, как, например, в гидромеханических передачах (там оно является рабочим телом). Сразу оговоримся: есть очень много марок автомобилей, в КПП которых заливают то же масло, что и в двигатели, – в основном это малолитражки, рассчитанные на относительно легкие условия эксплуатации.
Как правило, зубчатые передачи и находящиеся внутри агрегатов подшипники смазываются разбрызгиванием: нижние шестерни, частично погруженные в масло, подобно пароходным колесам молотят его, и поднимаемых брызг вполне хватает, чтобы смазать все детали; те места, куда капли не долетают, смазываются масляным туманом, насыщающим атмосферу внутри агрегата. Однако есть конструкции, где такой смазки недостаточно — тяжело нагруженные или особо сложные системы с труднодоступными для капель и тумана закоулками требуют принудительного подвода масла. Там применяют смазку под давлением: в системе предусмотрен насос, по сети каналов подающий масло к узлам трения.
На трансмиссионные масла возлагаются следующие основные функции: – предотвращение износа трущихся деталей за счет образования стойкой масляной пленки между ними; – снижение потерь на трение в зубчатых зацеплениях; – отвод тепла от трущихся поверхностей; – удаление продуктов износа из зон трения; – защита деталей от коррозии; – снижение ударных нагрузок на шестерни, вибраций и шума за счет уплотнения зазоров между трущимися деталями.
Доля трансмиссионных масел в общем объеме смазочных материалов, потребляемых автомобилем за весь срок эксплуатации, составляет всего лишь 0,3v0,5%. Это понятно. Меняют нечасто: либо через 75v150 тыс. км (зависит от конкретных марок масла и машины), либо, если автомобиль эксплуатируется нерегулярно, через каждые 5v6 лет независимо от километража. Это один из самых удобных расходных материалов – по карману не бьет и забот никаких. Зато роль этих масел в обеспечении нормальной жизни машины огромна.
Трансмиссионные масла работают в условиях, безусловно, более легких, чем моторные (этим в основном и объясняется столь существенная разница в сроках их замены), однако и такие условия курортными не назовешь. Нагрузки очень большие. Давление в зонах контакта у цилиндрических, конических и червячных передач может составлять от 500 до 2000 МПа, а у гипоидных – до 4000 МПа. Скорость скольжения зубьев друг по другу на входе в зацепление варьируется в диапазоне 1,5v12 м/сек.
в конических и цилиндрических передачах, 20v25 м/сек. – в червячных, в гипоидных она может превышать 15 м/сек. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссии меняется от забортной до 200?C, однако в точках контакта зубьев часто возникает кратковременный местный перегрев – до 250?C, а иногда и выше. Общий нагрев вредного влияния на масло почти не оказывает, так как температура в картере, допустим, КПП или «раздатки» повышается постепенно, без резких скачков. А вот местные перегревы в сочетании с чрезвычайно высокими механическими нагрузками приводят к термическому и ударному разрушению масляной пленки, разделяющей поверхности трения. В таких зонах трение становится не жидкостным, как ему положено, — металл-пленка-металл, а граничным – металл по металлу. В результате – износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен)…
Исходя из этих и многих других условий, к трансмиссионным маслам предъявляются самые разнообразные эксплуатационные требования, подчас довольно противоречивые. Масла должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры. С другой – не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не препятствовало свободному вращению шестерен. Способность масла соответствовать этим требованиям отражает параметр, называемый индексом вязкости. Чем он выше, тем меньше меняется вязкость масла в зависимости от колебаний температуры, тем оно всесезоннее.
Кроме того, масла должны обладать высокими противокоррозионными, -окислительными, -пенными и другими «противо-» свойствами, а также иметь высокую термоокислительную стабильность (длительное сохранение характеристик в рабочих условиях и при хранении) и не быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям.
Большинство марок трансмиссионных масел сделано на минеральной (нефтяной) основе. Синтетика тоже выпускается, но пока не находит массового применения, хотя и обладает гораздо лучшими свойствами, чем «минералка». Почему – сказать трудно. Может быть, играет роль восприятие трансмиссионных масел как чего-то второстепенного – дескать, для коробки все что угодно сойдет, лишь бы маслом называлось.
Удивительно, но такое приходилось слышать даже от профессиональных гонщиков. В области применения моторных масел, как известно, ситуация совершенно иная: минеральные активно вытесняются синтетическими.
Видимо, потому что двигатель более «отзывчив» на масло, чем трансмиссия, – по его работе опытный водитель сразу чувствует, какого качества масло залито в картер, а, допустим, главная передача долго ничего не скажет.
Впрочем, минеральные масла сами по себе вовсе не плохи (их стало модно хаять, когда началась массированная рекламная раскрутка синтетики), и тот факт, что производители автомобилей пока не собираются отказываться от их заводской заливки в трансмиссию, является лучшим подтверждением сказанному.
Минеральная основа состоит из двух так называемых подоснов: дистиллятной – полученной путем вакуумной перегонки мазута, и остаточной, сделанной из оставшихся после перегонки продуктов – гудрона и полугудрона.
По отдельности эти подосновы сейчас не используют, так как каждая из них не обеспечивает маслу всех необходимых качеств. Дистиллятные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами и высокой термоокислительной стабильностью, но имеют малую маслянистость, что делает невозможным создание прочной пленки между трущимися деталями. Остаточные же, наоборот, обладают высокой естественной маслянистостью, но сильно меняют вязкость при изменениях температуры. Для получения товарных марок масел дистиллятные и остаточные смешивают в определенных пропорциях в зависимости от того, какие свойства надо выделить, а какие пригасить.
«Оттачивание» параметров масла достигается введением в основу различных присадок: противозадирных, загущающих, противокоррозионных и т. д. – их очень много. О присадках мы подробно рассказывали в первой части статьи («Мотор» ?1), сейчас лишь коротко отметим наиболее важные для трансмиссионных масел аспекты их применения.
Для повышения смазывающей способности масла в него добавляют антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки. В принципе они выполняют сходные задачи, но на разном качественном уровне.
Антифрикционные – животные и растительные жиры, нафтеновые кислоты – вводят «на всякий случай», они дублируют общее смазывающее действие основы. Противоизносные – как правило, металлоорганика – работают при номинальных тепловых и нагрузочных режимах, когда масляная пленка в зонах трения устойчива. При сверхвысоких нагрузках, разрушающих пленку, «в драку ввязываются» противозадирные присадки, представляющие собой сложные соединения серы, хлора и фосфора, – они «держат» пленку до возвращения в номинальный режим, а если та все же разрушена, восстанавливают.
Для улучшения вязкостно-температурных свойств масла служат вязкостные присадки. Они призваны сглаживать резкие изменения вязкости при колебаниях температуры.
Известно, что скорость нагревания масла в трансмиссии значительно ниже, чем в двигателе. Когда мотор уже прогрет и можно ехать, коробка и мосты еще холодные. Шестерни в них месят густое, а если дело зимой, полузастывшее масло; потери энергии очень велики – и расход топлива возрастает на 8v12% по сравнению с тем, что потребляет машина при движении с прогретой трансмиссией.
Долгое время для смазки трансмиссии применяли неочищенные остаточные масла. Например, нигрол, вязкость которого при 100?С, т. е. в нормальном рабочем режиме, составляет 20v35 сСт – очень неплохо. Но в такой режим надо еще войти, а для этого сначала неплохо бы тронуться с места. Если на дворе ноль или чуть ниже, у вас в мостах желе вязкостью 50 000v100 000 сСт (!) – виноваты смолистые вещества, содержащиеся в нигроле (можно и понятия не иметь, что такое это «сСт», просто сравнить порядки чисел). Пока мосты не разогрелись, 45v50% мощности двигателя теряется в трансмиссии на прокручивание шестерен в полузастывшем масле. Ну, а в сильный мороз – примите соболезнования и бегите за паяльной лампой. Иначе с места не тронетесь. Дерюжку не забудьте подстелить – не май месяц…
Давно это было. Современные масла не создают таких проблем, нужно только правильно выбрать из огромного количества марок ту, которая лучше подходит к климатическим условиям. Как смогли найти замену злосчастному нигролу и ему подобным? Во-первых, совершенствованием методов очистки масляных основ от смол, парафинов и прочих легкозастывающих веществ.
Во-вторых, смешиванием остаточных базовых масел с дистиллятными, о чем говорилось выше. И в-третьих, последний, исключительно важный этап, введением в масло вязкостных присадок – полиизобутиленов и полиметакрилатов.
Масло с грамотно подобранными вязкостными присадками почти не густеет на морозе и почти не разжижается при работе. Сейчас есть марки, для которых нормой считается, если при v45?С вязкость не превышает 2500 сСт.
Это не нигрол, от нулей в глазах не рябит…
Особенности работы масла в гидромеханических передачах
К маслам, работающим в гидромеханических передачах (ГМП), предъявляются гораздо более высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и противоокислительным свойствам, чем к применяемым в других агрегатах. Поскольку ГМП включает в себя несколько совершенно разнородных узлов – гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления, – спектр обязанностей масла весьма широк. Оно и смазывает, и охлаждает, и передает крутящий момент. Единственная «поблажка» ему со стороны ГМП — меньшие (в 1,5v3 раза), нежели в обычных КПП, динамические нагрузки из-за отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией.
В остальном – жизнь не сахар.
Средняя рабочая температура масла в картере ГМП составляет 80v95?С, в жаркую же погоду при городском цикле движения она может подниматься до 150?С. Конструкция ГМП такова, что, если с двигателя снимается большая мощность, чем нужно для преодоления дорожного сопротивления, ее избыток расходуется на внутреннее трение масла, а это еще сильнее нагревает его. Большие скорости движения потоков масла в гидротрансформаторе и высокая температура вызывают интенсивную аэрацию, приводящую к вспениванию, что создает благоприятные условия, во-первых, для окисления самого масла, во-вторых, для коррозии металлов.
А что касается предотвращения износа контактирующих поверхностей… Разнообразие материалов в парах трения ГМП (сталь-сталь, сталь-металлокерамика, сталь-бронза) затрудняет подбор антифрикционных присадок к маслам. Одни присадки, снижая износ стали, повышают износ цветных металлов, другие – наоборот.
К тому же разнородные по материалам детали, купаясь во вспененном и постепенно насыщающемся кислотами и водой масле, образуют электрохимические пары, что тоже отнюдь не добавляет лишних лет жизни ни металлам, ни маслу.
В таких условиях масло должно не только спасать себя и трущиеся детали, но и, как передающая крутящий момент среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. И вот тут требования к вязкости прямо противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о смазке. Для смазки шестерен нужна высокая вязкость. Для нормальной работы гидротрансформатора – низкая (4v9 сСт при 100?С).
Все перечисленные требования соблюсти очень трудно. Ошибка в подборе может стоить дорого. Поэтому не советуем самостоятельно менять масло в ГМП, не проконсультировавшись у специалистов. Обычная трансмиссия в большинстве случаев простит неправильный выбор, по крайней мере работать будет довольно долго.
Гидромеханическая – отомстит немедленно.
Классификация трансмиссионных масел
Трансмиссионные масла классифицируются по вязкости и по уровню эксплуатационных свойств.
Международная классификация по вязкости SAE (Society of Automotive Engineers) делит масла на 7 классов: 4 — с индексом W (Winter) – зимних и 3 летних (табл. 1). Если масло всесезонное, у него двойная маркировка, например, SAE 80W-90, SAE 75-90 и т. д.
Классификация по эксплуатационным свойствам API (American Petroleum Institute) предусматривает деление масел на 6 групп (табл. 2) в зависимости от области применения, которая определяется типом зубчатой передачи, удельными контактными нагрузками в зонах зацепления и рабочей температурой.
Масла для автоматических коробок передач продаются под особыми индексами, наиболее распространенные из которых – Type A, Type F, Dexron, Mercon. Различаются они в основном фрикционными характеристиками. Все эти жидкости представляют собой минеральные масла с хорошей низкотемпературной текучестью.
Type A и Dexron соответствуют требованиям, предъявляемым к автоматическим трансмиссиям General Motors.
Mercon – к автоматам Ford, выпущенным после 1981 года. А Type F – к Ford выпуска до 1981 года.
Это не означает, что они не годятся для коробок других производителей – привязка к фирме означает лишь, что масла разрабатывались по ее заказу и сертифицировались ее специалистами.
Перепутать масла для коробок-автоматов с обычными трансмиссионными довольно трудно – первые, как правило, окрашиваются в красный цвет.
Пластичные смазки
В автомобиле имеется довольно много деталей и сочленений, которые не удается смазать жидким маслом; либо к ним невозможно или сложно подвести масляную магистраль, либо жидкость не держится в узлах – а к каждому агрегату картер не пристроишь. Например, ступицы колес, карданные шарниры, рессоры, водяные насосы и т. д. Для смазывания подобных узлов применяют густые мазеобразные субстанции; раньше их называли тавотами, потом – консистентными смазками, а теперь принято называть пластичными.
Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами (графитами, например). Смазка при невысокой температуре и отсутствии нагрузки сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо течь – настолько слабо, что зоны трения не покидает и через уплотнения не просачивается.
Основные функции пластичных смазок не отличаются от тех, что возлагаются на жидкие масла. Все то же самое: снижение износа, предотвращение задиров, защита от коррозии и т. д. Специфика лишь в области применения: – пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения; – возможность использования в негерметизированных и даже в открытых узлах; – способность прочно держаться на смазываемых поверхностях; – очень длительные сроки эксплуатации и хранения.
Пластичные смазки получают добавлением в минеральную или синтетическую масляную основу различных загустителей, под действием которых масло становится малоподвижным.
В качестве загустителей используют углеводороды (парафин, церезин, петролатум), металлсодержащие мыла (кальциевые, натриевые, алюминиевые, литиевые), неорганические соединения (глины, силикагели) и продукты переработки мочевины.
В зависимости от класса смазки содержание загустителя в ней может составлять от 5 до 30% ее массы. Именно его типом и количеством определяются эксплуатационные свойства смазки, поэтому в ее названии, как правило, он присутствует: литиевая смазка, кальциевая и другие.
Чтобы «подстраховать» работу смазки в запредельном тепловом и нагрузочном режиме, иногда в нее вводят твердые добавки – как правило, графит и дисульфид молибдена.
Заканчивается процесс изготовления добавлением в смазку различных присадок (по назначению аналогичных масляным), особое место среди которых занимают присадки адгезионные, то есть клейкие – они усиливают действие загустителя и повышают способность смазки держаться на металле.
Из всех показателей качества смазок мы укажем лишь два – температуру каплепадения и уровень пенетрации, — поскольку они являются выходными параметрами для оценки смазки.
Температура каплепадения показывает, до каких пределов можно нагреть смазку, чтобы она не превратилась в жидкость и, следовательно, не потеряла своих свойств. Измеряют ее очень просто: кусочек смазки определенной массы нагревают равномерно со всех сторон, плавно повышая температуру до тех пор, пока с него не упадет первая капля. Температура каплепадения смазки должна быть на 10-20?C выше максимальной температуры нагрева узла, в котором она используется.
Не очень благозвучный термин «пенетрация» – по-русски «проникновение» – своим появлением обязан методу измерения: при 25?С на поверхность смазки кладут стандартный металлический конус и определяют глубину его погружения (в миллиметрах). Чем глубже проникает конус, тем легче смазка будет выдавливаться из зоны трения.
Зачем мы лезем в такие дебри?
Исключительно для того, чтобы потребителя не сбили с толку надписи на упаковке. Некоторые фирмы (очень немногие), не считая достаточным указать класс смазки, приводят еще и уровень пенетрации. Если вы имеете привычку дотошно изучать все инструкции по применению (что в общем-то похвально), может возникнуть законный вопрос: с чего бы это вдруг смазку «меряют» в миллиметрах? Ну ладно бы удава в попугаях, это еще куда ни шло…
Ассортимент пластичных смазок довольно широк. По назначению их делят на 4 группы – антифрикционные, консервационные, канатные и уплотнительные, – однако это деление весьма условно. Большинство антифрикционных можно использовать для консервации, а, например, многие уплотнительные – в качестве антифрикционных.
Основными типами антифрикционных смазок являются кальциевые, натриевые и литиевые.
Наиболее дешевы кальциевые смазки, полученные загущением индустриальных минеральных масел кальциевыми мылами жирных кислот – солидолы. Когда-то они были настолько общеупотребительными, что слово «солидол» стало обиходным обозначением пластичной смазки вообще, хотя это и не совсем корректно. (Один из авторов этой статьи имеет горький «солидольный» опыт. На институтских военных сборах седовласый полковник автослужбы авторитетно заявил: «Самый лучший из солидолов – «Литол-24». Кто-то из строя возьми и ляпни: «Ну да. А люментий – самый легкий из железов». Полдня бегали в противогазах…) Солидолы не растворяются в воде и обладают очень высокими противоизносными свойствами. Однако нормально функционируют лишь в узлах с рабочей температурой до 50v65 ?С, что очень ограничивает их применение в современных автомобилях.
Натриевые смазки, консталины, получают загущением минеральных масел натриевыми мылами касторового масла. Они довольно тугоплавки и легко растворяются в воде. Хорошо работают при температурах от v10 до +120?С.
Наиболее универсальны литолы – смазки, полученные загущением нефтяных и синтетических масел литиевыми мылами. Они имеют очень высокую температуру каплепадения (около +200?С), исключительно влагостойки и работоспособны практически в любых нагрузочных и тепловых режимах, что позволяет использовать их практически везде, где требуется пластичная смазка.
Международная классификация пластичных смазок по консистенции NLGI (National Lubricating Grease Institute, USA) делит их на 9 классов (табл. 3). Критерием деления является уровень пенетрации.
Если у вас современный автомобиль, вам, скорее всего, не придется менять в нем пластичные смазки – они закладываются в узлы на весь срок службы, и производители даже не считают нужным прилагать карты смазки к руководствам по эксплуатации. Тогда примите все вышесказанное просто для сведения. Тем же, кто мучается со старой машиной или вдруг надумал заняться восстановлением раритетов, адресуем несколько коротких советов: – не используйте смеси смазок разных типов; – не заполняйте узлы трения смазкой до отказа, т. к. при нагревании она увеличится в объеме и может выдавиться через уплотнения; – будьте осторожны при обращении со смазками, пришедшими на российский рынок неизвестно каким путем из экзотических стран, а также с предназначенными для военной техники. И те, и другие (если рассчитаны на тропики) могут содержать ядовитые вещества против насекомых, выедающих смазку из негерметичных узлов и откладывающих в нее личинки. На нашем диком рынке можно нарваться и на такую прелесть.
Сергей Сорокин, Сергей Измайлов, журнал Мотор
При работе использован «Международный транслятор современных масел и смазок в стандартах разных стран и фирм» под ред. проф. И. П. Ксеневича, М., 1994.