Трансмиссионные масла применяют в коробках передач, мостах, в раздаточных коробках, механизмах рулевого управления — везде, где вращающий момент передается либо зубчатыми парами (тогда масло выполняет только функции смазки), либо посредством самого масла, как, например, в гидромеханических передачах (в них является рабочим телом). Сразу оговоримся: есть очень много марок автомобилей, в коробки передач которых заливают то же масло, что и в двигатели. Как правило, зубчатые передачи и находящиеся внутри агрегатов подшипники смазываются погружением в масло и разбрызгиванием. Однако есть конструкции, где такой смазки недостаточно — тяжелонагруженные или особо сложные механизмы с труднодоступными для капель и масляного тумана сопряжениями требуют принудительного подвода масла. К ним смазку подают под давлением.
Для обеспечения работоспособности механизмов трансмиссионные масла должны выполнять следующие функции:
- предотвращать износ поверхностей трения за счет образования стойкой масляной пленки между ними;
- снижать потери на трение в зубчатых зацеплениях;
- отводить тепло от поверхностей трения;
- удалять продукты износа из зон трения;
- защищать детали от коррозии;
- снижать ударные нагрузки на шестерни, вибрации и шум, уплотняя зазоры между поверхностями трения.
Доля трансмиссионных масел в общем объеме смазочных материалов, потребляемых автомобилем за весь срок эксплуатации, всего лишь 0,3—0,5%. Меняют их не часто: или через 75—150 тыс. км, или, если автомобиль эксплуатируется нерегулярно, через каждые 3—7 лет независимо от пробега.
Несмотря на то, что трансмиссионные масла работают в условиях, безусловно, более легких, чем моторные, они испытывают высокие нагрузки. Давление в зонах контакта цилиндрических, конических и червячных передач может составлять от 500 до 2000 МПа, а гипоидных — до 4000 МПа. Скорость скольжения зубьев друг относительно друга на входе в зацепление изменяется в диапазоне 1,5—12м/с в конических и цилиндрических передачах; 20—25 м/с — в червячных; в гипоидных она может превышать 15 м/с. Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссий изменяется от температуры окружающего воздуха до 200°С, однако в точках контакта зубьев часто возникает кратковременный местный перегрев — до 300°С, а иногда и выше. В результате — износ, задиры, питтинг (точечное выкрашивание зубьев шестерен) и многое другое.
К трансмиссионным маслам предъявляют 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 индекс вязкости. Чем он выше, тем меньше изменяется вязкость масла в зависимости от изменения температуры. Кроме того, масла должны обладать высокими антикоррозионными, антиокислительными, противопен-ными и другими «противо» свойствами, а также иметь высокую термоокислительную стабильность (длительная стабильность характеристик в рабочих условиях и при хранении) и не быть агрессивными по отношению к резиновым уплотнениям и цветным металлам.
К маслам, работающим в автоматических коробках передач, предъявляются гораздо более высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и антиокислительным свойствам, чем к применяемым в других агрегатах. Эти устройства специфичны, для их работы требуется маловязкая жидкость, которую в международной практике принято называть ATF (Automatic Transmission Fluid). Поскольку автоматические коробки включают в себя несколько совершенно разнородных узлов — гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления, — спектр функций масла весьма широк. Оно и смазывает, и охлаждает, и передает вращающий момент. Динамические нагрузки в таких передачах меньше, чем в обычных коробках передач из-за отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией. Средняя рабочая температура масла в картере автоматической коробки составляет 80—95°С, в жаркую же погоду при городском цикле движения она Может подниматься до 150°С.
Конструкция автоматической коробки такова, что если с двигателя снимается мощность большая, чем нужно для преодоления дорожного сопротивления, ее избыток расходуется на внутреннее трение масла, оно еще больше нагревается. Высокие скорости движения потоков масла в гидротрансформаторе и температура вызывают интенсивную аэрацию, приводящую к вспениванию, что создает благоприятные условия, во-первых, для окисления самого масла, во-вторых, для коррозии металлов. Разнообразие материалов в парах трения автоматической коробки (сталь—сталь, сталь—металлокерамика, сталь—бронза) затрудняет подбор антифрикционных присадок к маслам. К тому же разнородные по материалам детали, работая во вспененном и постепенно насыщающемся кислородом и водой масле, образуют электрохимические пары, акти зирующие коррозионный износ. В таких условиях должно не только сохранять свои эксплуатационные свой ства и защищать поверхности трения, но и, как передаю щая вращающий момент среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. И вот тут требования к вязке пря мо противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о смазке. Для смазки шестерен нужна высо кая вязкость. Для нормальной работы гидротрансформа тора — низкая (4—9 сСт при 100°С).
В основном трансмиссионные масла имеют минеральную (нефтяную) основу. Однако в последнее время появляется все большее количество масел на синтетической и полусинтетической основах. Для придания маслам функциональных и специфических свойств в основу вводят различные присадки: противозадирные, загущаюшие, противокоррозионные и др.
Некоторые специалисты по трансмиссионным маслам считают, что минеральные базовые масла во многом лучше синтетических, так как у них изначально выше смазывающие качества. Пьезовязкостные свойства, то есть способность образовывать прочную смазывающую пленку под высоким давлением, у них развиты больше, нежели у часто используемых в качестве синтетической основы поли-альфаолефинов (ПАО). Да и эффективность присадок в минеральной и синтетической основах неодинакова — в минеральной основе они растворяются лучше, и для достижения высоких антифрикционных качеств лучше подходят минеральные основы.
Другое дело, что добиться высоких интервалов между заменами масла можно только при использовании «синтетики». И конечно, полностью синтетические масла необходимо использовать там, где предполагаются высокие обороты и интенсивные нагрузки, — в высокофорсированных двигателях.