Классификация трансмиссионных масел и их применение

Введение

Смазочные материалы  — твёрдые, пластичные, жидкие и  газообразные вещества, используемые в узлах трения автомобильной  техники, индустриальных машин и  механизмов, а также в быту для  снижения износа, вызванного трением.

Технология производства смазочных масел состоит из трех основных этапов: получение масляных фракций, выработка из них базовых  масел-компонентов и смешение (компаундирование) базовых масляных компонентов с  вводом присадок.

Назначение и  роль смазочных материалов (смазок и масел) в технике. Смазочные материалы широко применяются в современной технике, с целью уменьшения трения в движущихся механизмах (двигатели, подшипники, редукторы, и.т д), и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках (точение, фрезерование, шлифование и т. д.). В зависимости от назначения и условий работы смазочных материалов (смазок), они бывают твёрдыми (графит, дисульфид молибдена, иодид кадмия, диселенид вольфрама, нитрид бора гексагональный и т. д.), полутвёрдыми, полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др), жидкими (автомобильные и другие машинные масла), газообразными (углекислый газ, азот, инертные газы).

Виды и типы смазочных материалов. В зависимости от характеристик материалов трущейся пары, для смазки могут быть использованы жидкие (например, минеральные, частично синтетические и синтетические масла) и твёрдые (фторопласт, графит, дисульфид молибдена) вещества.

По материалу  основы смазки делятся на:

• минеральные — в их основе лежат углеводороды, продукты переработки нефти
• синтетические — получаются путем синтеза из органического и неорганического (например, силиконовые смазки) сырья

Классификация. Все жидкие смазочные материалы делятся на классы по вязкости (классификация SAE для моторных и трансмиссионных масел, классификация ISO VG (viscosity grade) для индустриальных масел), и на группы по уровню эксплуатационных свойств (классификации API, ACEA для моторных и трансмиссионных масел, классификация ISO для индустриальных масел.

По агрегатному  состоянию делятся на:

1. твёрдые,
2. полутвёрдые,
3. полужидкие,
4. жидкие,
5. газообразные.

По назначению:

• Моторные масла — применяемые в двигателях внутреннего сгорания.
• Трансмиссионные и редукторные масла — применяемые в различных зубчатых передачах и коробках передач.
• Гидравлические масла — применяемые в качестве рабочей жидкости в гидравлических системах.
• Пищевые масла и жидкости — применяемые в оборудовании для производства пищи и упаковки, где возможен риск загрязнения продуктов смазывающим веществом.
• Индустриальные масла (текстильные, для прокатных станов, закалочные, электроизоляционные, теплоносители и многие другие) — применяемые в самых разнообразных машинах и механизмах с целью смазывания, консервации, уплотнения, охлаждения, выноса отходов обработки и др.
• Электропроводящие смазки (пасты) — применяемые для защиты электрических контактов от коррозии и снижения переходного сопротивления контактов. Электропроводящие смазки изготавливаются консистентными.
• Консистентные (пластичные) смазки — применяемые в тех узлах, в которых конструктивно невозможно применение жидких смазочных материалов.

Трансмиссионные масла, используют для смазывания закрытых зубчатых передач (редукторов) всех видов (рис.1).

Рис.1. Деталь механизма зубчатых передач.

  Источник*: Интернет-ресурс http://maslo.odа.ua.

Получают чаще всего на основе экстрактов от селективной  очистки остаточных нефтяных масел  с добавлением дистиллятных масел  и присадок (противоизносных, противозадирных, главным образом содержащих P, Cl, S).

Вязкость 6—20 мм²/с  при 100⁰ С. Открытые зубчатые передачи смазывают особо вязкими (50—500 мм²/с при 100⁰ С) остаточными маслами с присадками.

Актуальность  темы: трансмиссионные масла широко применяются в современной технике с целью уменьшения трения в движущихся механизмах (двигатели, подшипники, редукторы, и.т д), и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках (точение, фрезерование, шлифование и т. д) они препятствуют износу различных механизмов, продлевая их долговечность и позволяют уменьшить затраты предприятий на покупку новых деталей техники.

Целью данной курсовой работы является, изучить классификацию, ассортимент, физико-химические и эксплуатационные свойства трансмиссионных масел, а также рассмотреть область их практического применения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Общие характеристики трансмиссионных  масел.

1. Классификация и ассортимент трансмиссионных масел.

Трансмиссионные масла используют для смазывания закрытых зубчатых передач (редукторов) всех видов. Масла этой группы предназначены для смазки зубчатых передач различных типов  (цилиндрических, конических, червячных, гипоидных и др.), используемых в агрегатах трансмиссий автомобилей, тракторов и различных редукторах. На долю этих масел приходится около 5% от общего объема производства нефтяных масел. Условия трения в зубчатых передачах более напряженные, чем в двигателях внутреннего сгорания и других механизмах. Это обусловлено преобладанием граничного режима трения. Особенностью применения трансмиссионных масел является их длительная бессменная работа в широком интервале температур (от -50°С до 150°С), в котором масло должно надежно выполнять свои функции.

Основные функции  трансмиссионных масел:

• предохранение поверхностей трения от износа, заедания, питтинга и других повреждений
• снижение до минимума потерь энергии на трение
• отвод тепла от поверхности трения
• снижение шума и вибрации зубчатых колес, уменьшение ударных нагрузок

Требования к  трансмиссионным маслам:

• иметь достаточные противозадирные, противоизносные и противопиттинговые свойства
• обладать высокой антиокислительной стабильностью
• иметь хорошие вязкостно-температурные свойства
• не оказывать коррозионного воздействия на детали трансмиссий
• иметь хорошие защитные свойства при контакте с водой
• обладать достаточной совместимостью с резиновыми уплотнениями
• иметь хорошие антипенные свойства
• иметь высокую физическую стабильность в условиях длительного хранения

Классификация трансмиссионных  масел.

В зависимости  от эксплуатационных свойств и возможных  областей применения трансмиссионные  масла подразделяют на пять групп (табл.1).

Таблица 1. Классификация трансмиссионных масел

Источник*: Школьников В.М Топлива, смазочные материалы, технические жидкости, ассортимент и применения. Второе издание. Москва: 1999. 

Зарубежные  классификации трансмиссионных  масел.

Аналогично моторным маслам распространение получили две  системы классификации SAE по вязкости и API по эксплуатационным свойствам.

По классификации SAE эти масла разделяются на классы 75W, 80W, 85W, 90, 140 и 250 (табл.2). Буква W означает, что вязкость масла определена при низких температурах. При указанных в таблице минусовых температурах вязкость масел должна удерживаться в пределах 150.000 сантипуазов (сП), кроме этого масло должно удовлетворять определенным минимальным требованиям при 100°С. Для масел других классов SAE предельные характеристики вязкости определены при температуре 100°С. 

Таблица 2. Классификация SAE трансмиссионных масел по вязкости

Источник*: Интернет-ресурс: http://www.oilldirectory.info/article-pererabotka.php

Если в обозначении  трансмиссионного масла указаны  два класса вязкости через дефис, то это означает, что масло является всесезонным.

Классификация по API.

Классификация масел для трансмиссий и ведущих  мостов зависит от эксплуатационных условий и конструкции трансмиссии. Указателем класса API для трансмиссионных  масел является GL (Gear finoilcant) с нумерацией от 1до 6( табл.3). На практике для автомашин различных типов рекомендуются масла классов GL-1, GL-4,GL-5 и GL-6.

Классификация АРI не охватывает масел для автоматических трансмиссий, так как у изготовителей  трансмиссий имеются к применяемым  маслам свои требования, которые раньше могли даже значительно отличаться друг от друга. Ныне ситуация изменилась, и теперь почти все автоматические трансмиссии могут смазываться  маслом одного и того же сорта.

Таблица 3. Классификация API трансмиссионных масел по области применения

Источник*: Интернет-ресурс: http://www.oilldirectory.info/article-pererabotka.php.

В настоящее  время промышленностью выпускается  большое количество марок трансмиссионных  масел, которые по основным смазочным  свойствам можно разделить на три группы: а) масла трансмиссионные  автомобильные для цилиндрических и спирально-конических (негипоидных) передач; б) масла трансмиссионные  автомобильные для гипоидных  передач; в) масла трансмиссионные  для гидромеханических трансмиссий.

Масла трансмиссионные  автомобильные для цилиндрических и спирально-конических трансмиссий. Для смазки цилиндрических и спирально-конических трансмиссий применяются масла  следующих марок: ТАп-15В, ТСп-14, ТСп-10, ТСп-14,5, ТСп-15К (ГОСТ 23652-79).

Масло ТАп-15В. Изготавливается из смеси экстрактов остаточных масел фенольной очистки и дистиллятных масел или фильтрата обезмасли-вания парафина с добавлением противозадирной, противоизносной, деп-рессаторной и антипенной присадок. Рекомендуется для высоконагруженных спирально-конических трансмиссий автомобилей, работающих при температурах окружающего воздуха до -30°С. В жаркой и умеренной климатических зонах масло ТАп-15В является всесезонным.

Масло ТСп-14. Представляет смесь остаточного и дистиллятного масел сернистых нефтей селективной очистки с добавлением противозадирной и депрессаторной присадок. Рекомендовано к применению все-сезонио для автомобилей, работающих в зонах с жарким и умеренным климатом.

Масло ТС-10. Представляет смесь высоковязкого компонента (деас-фальтизата эмбенских нефтей) с маловязким низкозастывающим компонентом (трансформаторный дистиллят), к которой добавлена противо-задирная. чепрессаторная, антипенная присадки.

Рекомендуется для агрегатов трансмиссий автомобилей, работающих при низких температурах (ныше -40 45 С), В холодной и умеренной  климатических зонах масло ТС-10 является всесезонным.

Масло ТСп-14,5. Изготавливается из смеси дистиллятного и остаточного масел фенольной очистки сернистых нефтей. Содержит противоиз-носнун), депрессаторную и антипенную присадку.

Масло ТСп-15К. Изготавливается из смеси дистиллятного и остаточного масел сернистых нефтей; содержит противозадирную, против оизнос-ную, депрессаторнуто и антипенную присадки. Рекомендуется для смазки тяжело нагруженных передач трансмиссий.

Масла трансмиссионные  автомобильные для гипоидных  передач. Характерной особенностью гипоидных передач являются высокие  скорости относительного скольжения профилей зубьев и высокие удельные нагрузки. Поэтому в настоящее время  промышленность поставляет для смазки трансмиссий автомобилей с гипоидными передачами более качественные масла  следующих марок: ТЛД-17И, ТС-14 ГИП (ГОСТ 23652 79) и масло по ГОСТ 4003-53.

Масло ТАД-17И. Изготавливается из смеси остаточного и дистиллятного масел, содержащее многофункциональную серофосфорсодержашую. депрессаторную и антипенную присадки. Применяется дли гипоидных передач легковых автомобилей ВАЗ. Масло ТСп-14 ГИП. Представляет собой смесь остаточного и дистил лятного масла сернистых нефтей с добавлением противозадирной, моющей, антипенной присадок Масло применяют для гипоидных передач грузовых автомобилей всесезонно в жаркой и умеренной климатических зонах страны при температурах окружающего воздуха выше минус 30...50 С.

Масло по ГОСТ 4003-53 (осерненная смолка). Изготавливается из сернистой смеси веретенного дистиллята и осерненной смеси экстракта после селективной очистки остаточного масла с добавлением депрессагор-ной присадки. Масло содержит активную серу, придающую ему высокие противоизносные свойства. Применяется для смазки гипоидных передач легковых автомобилей.

Масла для гипоидных  передач ни в коем случае нельзя заменять другими трансмиссионными маслами, а также разбавлять дизельным  топливом, так как это ведет  к уменьшению концентрации присадок и снижению их противоизносных свойств. Масла трансмиссионные автомобильные  для гидромеханических трансмиссий. Для смазки гидромеханических трансмиссий  автомобилей промышленность поставляет масло марки А по ТУ 38-101-179-71. Оно  представляет собой дистиллятное масло  глубокой селективной очистки, загущенное полиизобутиленом и содержащее противоизносную  и противо-окислительную, моющую, депрессаторную и антипенную присадки. Масло предназначено  для всесезонного применения в гидротрансформаторах и гидромеханических (автоматических) коробках передач, гидроусилителях  рулевого управления автомобилей большой  грузоподъемности, автобусов, автопогрузчиков  и др.

2. Физико-химические и эксплуатационные свойства трансмиссионных масел.

Основными физико-химическими  свoйствaми трaнсмиссиoнных мaсел, определяющими  их эксплуaтaциoнные кaчествa, являются вязкoсть, прoтивoизнoсные и прoтивoзaдирные свoйствa, мaслa не дoлжны oкaзывaть кoррoзиoннoгo вoздействия нa детaли трaнсмиссии, иметь  высoкую термooкислительную стaбильнoсть, хoрoшие зaщитные свoйствa.

Вязкoсть трaнсмиссиoннoгo мaслa, кaк и вязкoсть мaслa для  двигaтелей, является вaжным эксплуaтaциoнным свoйствoм. Онa oпределяет прoтивoизнoсные хaрaктеристики мaслa, сoпрoтивление прoвoрaчивaнию (чтo oсoбo вaжнo в зимнее время), пoтери энергии при передаче мoщнoсти. Вязкoсть мaслa имеет бoльшoе знaчение для oбеспечения нoрмaльнoй рaбoты сaльникoвых уплoтнений.

Смазывающая способность.

Главная функция  трансмиссионного масла – снижение трения и предотвращение износа.

В режиме гидродинамического трения смазывающая способность  обеспечивается вязкостью базового масла (толщиной масляной пленки).

Непосредственно в зоне контакта наблюдается режимы смешанного и граничного трения. В  режиме граничного трения защита от износа и задира обеспечивается при помощи противозадирных и противоизносных присадок, в качестве которых обычно используют вещества, содержащие серу, фосфор, бор.

Вязкостно-температурные  свойства.

От вязкости зависят потери мощности на трение, а также способность масла  удерживаться в смазываемом узле.

Для обеспечения  холодного пуска трансмиссии  при возможно низких температурах и  минимуме потерь на трение в передачах  вязкость масла должна быть минимальной, а для обеспечения высокой  несущей способности масляной пленки и для снижения утечек через уплотнения – максимальной.

По мере совершенствования  конструкций агрегатов трансмиссии, повышением интенсивности их работы доминирующими режимами узлов становятся граничный и смешанный. При этом вязкость теряет свое прежнее значение, а первостепенное значение приобретает  введение в масло эффективных присадок. Улучшение материалов уплотнений также позволяет использовать маловязкие масла в агрегатах трансмиссии.

Таким образом, при сочетании хороших низкотемпературных свойств и минимально допустимой вязкости при рабочей температуре  трансмиссионного масла достигается  заметная экономия топлива, особенно в  период пуска и разогрева автомобиля

Термоокислительная  стабильность.

Трансмиссионное масло в процессе работы зубчатых передач вследствие трения интенсивно разогревается. В сочетании с  активным действием кислорода воздуха  и каталитическим действием металлических  поверхностей это приводит к усиленному окислению масла. При работе смазочного материала окисляются все его  компоненты, в том числе и присадки. При этом эксплуатационные свойства масла ухудшаются. Для замедления процесса окисления в трансмиссионные  масла вводят антиокислительные присадки

Антикоррозионные  свойства.

В агрегатах  трансмиссии автомобилей используют детали, изготовленные из алюминия, меди и их сплавов, свинца, стали, различных  сплавов, содержащих олово. Детали из цветных  металлов относительно легко подвергаются коррозии в результате их химического  взаимодействия с кислыми продуктами, которые образуются в процессе окисления  масла. Следовательно, коррозионная агрессивность  масла зависит от тех же факторов, что и его окисление.

Для защиты деталей  из цветных металлов от воздействия  продуктов окисления в трансмиссионное  масло вводят ингибиторы коррозии.  
 

Защитные свойства.

Во время эксплуатации автомобиля смазочное масло может  обводняться. Это создает условия  для появления электрохимической  коррозии, поскольку вода играет роль проводящего электролита. Электрохимическую  коррозию частично устраняют введением  в состав масла защитных присадок, называемых противоржавейными.

Стойкость к пенообразованию.

В процессе работы зубчатых передач смазочное масло  подвергается интенсивному перемешиванию, вследствие чего в него попадает воздух и образуется пена. Стойкость масла  к вспениванию в значительной степени зависит от углеводородного  состава масла, способа и глубины  его очистки, природы присадок, давления и температуры. Для предупреждения образования стабильной пены в работающем агрегате в масло вводят антипенные присадки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 2. Производство трансмиссионных  масел и области  их практического  применения.

2.1 Процесс производства  трансмиссионных  масел.

Основными элементами, входящими в состав нефти, являются углерод и водород, суммарное  содержание которых составляет от 96 до 99,5 % по массе.

Кроме углеводородов в нефти содержатся значительные количества кислородных, сернистых и азотистых соединений, которые оказывают отрицательное  влияние, как на технологию переработки  нефти, так и на свойства нефтепродуктов.

    К кислородсодержащим соединениям нефти  относятся, в первую очередь, нафтеновые кислоты, фенолы и асфальтосмолистые  вещества (нейтральные смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты).

      Среди сернистых соединений, содержащихся  в нефти, различают три группы.

    К первой относятся сероводород и  меркаптаны, обладающие кислотными свойствами, а потому и наиболее сильным коррозионным действием.

      Ко второй группе относятся  сульфиды и дисульфиды, которые  при температуре 130-160⁰С начинают распадаться с образованием сероводорода и меркаптанов.

    В третью группу сернистых соединений входят термически стабильные циклические  соединения - тиофаны и тиофены. Азот находится в нефти в виде соединений, обладающих нейтральным или кислым характером. Эти соединения снижают  активность катализаторов в процессах  деструктивной переработки нефти, вызывают окисление и потемнение нефтепродуктов.

Стадии производства трансмиссионных масел:

    1) Стабилизация нефти - это удаление  из нефти, выходящей из нефтяных  скважин, остаточного количества  углеводородных газов и лёгких  жидких фракций после первичной  дегазации. Стабилизация нефти  осуществляется на нефтяных промыслах  или на головных перекачивающих  станциях. В стабильной нефти  содержание растворённых газов  не превышает 1-2%. Углеводородные  газы направляются на газоперерабатывающий  завод (ГПЗ), а стабильная нефть  - на нефтеперерабатывающий завод  (НПЗ). В установке стабилизации  нефти исходная нефть нагревается  в теплообменниках до 200-250°С и  поступает в ректификационную  колонну (давление 0,2-0,5 Мн/м3), из которой  отводятся углеводородные газы  и пары лёгкого бензина (газовый  бензин) в конденсатор-холодильник,  а затем поступают в газосепаратор,  откуда несконденсированные газы  направляются на ГПЗ, а жидкая  фаза частично возвращается в  ректификационную колонну для  орошения. Остальная часть жидкой  фазы проходит теплообменник,  где нагревается, а затем поступает  в ректификационную колонну (давление 0,8-1,2 Мн/м3). Из колонны углеводородные  газы отводятся в конденсатор-холодильник  и далее поступают в газосепаратор.  Из газосепаратора сверху отводится  сухой газ, снизу - сжиженная  пропан-бутановая фракция, часть  которой возвращается в колонну  для орошения, остальное направляется  в ёмкость. Из колонн и через  теплообменники и холодильники  отбираются соответственно стабильная  нефть и бензин. Для более полного  отбора лёгких фракций колонны  снизу нагревают.

    2) Перегонка  нефти, разделение  нефти на составные части (фракции)  по их температурам кипения  в целях получения товарных  нефтепродуктов или их компонентов.