2023學(xué)年完整公開課版車用齒輪油

沈陽大學(xué)凌永成汽車運行材料第6章車輛齒輪油教學(xué)提示：車輛齒輪油的使用性能指標主要有潤滑性、極壓性、低溫操作性、黏溫性、熱氧化安定性、抗腐性、防銹性以及抗泡沫性等。

我國現(xiàn)行的車輛齒輪油的規(guī)格分為普通車輛齒輪油（GL－3）、中負荷車輛齒輪油（GL－4）和重負荷車輛齒輪油（GL－5）三大類。教學(xué)要求：本章主要介紹車輛齒輪油的使用性能指標、分類與規(guī)格以及選用方法。

要求學(xué)生了解車輛齒輪油的使用性能指標及其評定方法，熟悉齒輪油的分類與規(guī)格，掌握車輛齒輪油的選用方法。6.1車輛齒輪油的使用性能

車輛齒輪油和其他潤滑油一樣，主要功能是減少齒輪及軸承的摩擦與磨損，加強摩擦表面的散熱作用，防止機件發(fā)生腐蝕和銹蝕。

車輛齒輪油除了要求有較好的熱穩(wěn)定性、氧安定性、防銹性、抗泡沫性、低溫性能、貯存穩(wěn)定性之外，還應(yīng)具備以下各種功能：1）減少摩擦，提高機械設(shè)備的效率。2）減少磨損、擦傷以及金屬的表面疲勞。3）使熱量散失。4）減少齒輪間的振動、沖擊和噪聲。5）從金屬接觸區(qū)域去掉污染物質(zhì)。6）防止腐蝕。6.1.1潤滑性和極壓性

車輛齒輪油應(yīng)具有合適的運動黏度，黏度不能過低，以保證形成油膜，實現(xiàn)液體潤滑狀態(tài)。黏度是齒輪油的重要使用性能之一，對油膜的形成影響很大。

一般而言，高黏度的齒輪油可有效防止齒輪及軸承損傷，減少機械運轉(zhuǎn)噪聲并減少漏油；低黏度的齒輪油在提高機械效率、加強冷卻和清洗作用等方面有明顯的優(yōu)點。為帶走摩擦產(chǎn)生的熱量和低溫時迅速供油，齒輪油的黏度又不能過大。

車輛齒輪油的極壓性是指齒輪油中的極壓抗磨劑在高壓、高速、高溫的苛刻工作條件下，能在齒面上與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成反應(yīng)膜，防止齒面發(fā)生擦傷或燒結(jié)的性質(zhì)，有時也叫承載能力或抗膠合性。

車輛齒輪多處于混合潤滑和邊界潤滑狀態(tài)下工作，所承受的壓力、潤滑速度和局部溫度都很高，所以對車輛齒輪油的極壓抗磨性要求較高，尤其是雙曲線齒輪。因此，對齒輪油來說，極壓性是其最主要的基本性能。

車輛齒輪油的潤滑性和極壓性的評定，除了運動黏度之外，還要通過四球極壓試驗機或臺架試驗來評定。6.1.2低溫操作性和黏溫性

車輛齒輪油應(yīng)具有良好的低溫操作性和黏溫性。

車輛齒輪油同發(fā)動機油一樣要求在低溫下保持必要的流動性，以保證軸承和齒輪等零件的潤滑。6.1.3熱氧化安定性

車輛齒輪油的熱氧化安定性是指齒輪油在空氣、水分、金屬的催化作用和熱作用下抵抗氧化變質(zhì)的能力。

齒輪油氧化后會使油的黏度增加，生成油泥，影響油的流動，降低齒輪油的使用期，并且氧化產(chǎn)生腐蝕性的物質(zhì)，會加速金屬的腐蝕和銹蝕。

齒輪油氧化后生成的沉淀物會影響密封件，使其硬化，沉淀覆蓋在零件表面形成有機薄膜，影響散熱。所以車輛齒輪油應(yīng)具有良好的熱氧化安定性。熱氧化安定性越好，齒輪油就可以延長使用期，并可降低對金屬的腐蝕或磨損。6.1.4抗腐性和防銹性

車輛齒輪油抗腐性是指齒輪油在金屬表面形成保護膜，以防止腐蝕性物質(zhì)侵蝕金屬的能力；齒輪油的防銹性是指齒輪油保護齒輪不受銹蝕，保證齒輪的使用性能和延長齒輪使用壽命的能力。6.1.5抗泡沫性

齒輪油應(yīng)具有良好的抗泡性，以保證在齒輪劇烈攪拌過程中產(chǎn)生的泡沫少并易于消失。為減少泡沫，一方面要破壞已產(chǎn)生的泡沫，另一方面要抑制泡沫的產(chǎn)生。前者可用醇類達到這個目的，后者一般是采用在齒輪油中添加抗泡劑來達到目的。常用的抗泡劑是硅油。

6.2車輛齒輪油使用性能的評定試驗6.2.1極壓性評定極壓性評定試驗有四球法試驗和臺架試驗兩種方法。1.四球法試驗

四球法是在四球極壓試驗機（圖6.1）上測定潤滑劑承載能力的一種方法。按照GB/T12583－1998《潤滑劑極壓性能測定法（四球法）》，在四球極壓試驗機上按等邊四面體排列著4個鋼球，上球以1400～1500r/min旋轉(zhuǎn)，下面3個鋼球用油盆固定在一起，通過杠桿或液壓系統(tǒng)由下而上對鋼球施加負荷。在試驗過程中，4個鋼球的接觸點都浸沒在潤滑劑里。

每一級負荷每次試驗時間為10s，試驗后測量油盒內(nèi)任何一個鋼球的磨痕直徑。按照規(guī)定的程序反復(fù)試驗，直到求出代表潤滑劑承載能力的指標，包括最大無卡咬負荷PB，燒結(jié)負荷PD等。a)四球極壓試驗機工作示意圖b)四球極壓試驗機實物照片圖6.1四球極壓試驗機

在四球法試驗中，由不同負荷下鋼球的平均磨痕直徑所作出的一條曲線，叫做磨損—負荷曲線，如圖6.2所示。圖6.2磨損——負荷曲線

在圖6.2中，曲線AB段表示摩擦面間的油膜沒有破裂，是吸附膜起著潤滑作用，控制磨損，機械能正常工作，此段稱為無卡咬區(qū)域。在試驗條件下不發(fā)生卡咬的最高負荷pB稱為最大無卡咬負荷，它表示油膜強度，在此負荷下摩擦表面間能保持完整的油膜。圖6.2磨損——負荷曲線BC段表示超過最大無卡咬負荷后，油膜開始破裂，磨損增大；但此時摩擦表面間溫度上升還不太高，還不足以使?jié)櫥椭械臉O壓抗磨添加劑發(fā)揮作用。此段稱為延遲卡區(qū)。

超過C點以后，摩擦面間的局部溫度已升高到足以使?jié)櫥椭械臉O壓抗磨添加劑的活性元素與摩擦表面作用而生成反應(yīng)膜，因而仍能在更高的負荷下工作。

CD段為接近卡死區(qū)。超過D點后，負荷超過了反應(yīng)膜所能承受的范圍，摩擦表面間金屬直接接觸，出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。在試驗條件下，使鋼球發(fā)生燒結(jié)的最低負荷pD稱為燒結(jié)負荷，它表示潤滑劑的極限工作能力。圖6.2磨損——負荷曲線圖6.2磨損——負荷曲線

圖6.2中的赫芝線和補償線是試驗中確定負荷的依據(jù)。赫芝線是在靜負荷條件下，負荷與彈性變形所形成的凹入面直徑間的關(guān)系。補償線是在存在潤滑劑而又不發(fā)生卡咬的條件下，下球的磨痕直徑與所加負荷間的關(guān)系。2.臺架試驗

車輛齒輪油極壓性的評定雖可在極壓試驗機上進行，但對使用性能級別較高的車輛齒輪油的極壓性須采用汽車后橋傳動裝置在試驗臺上進行評定。

目前，國際上使用較廣泛的評定GL－5車輛齒輪油極壓性的臺架試驗方法有兩種，即CRCL－37法和CRCL－42法。前者是評價低速高扭矩（相當于汽車滿載爬坡的情況）下的極壓性。后者是評價高速和沖擊載荷（相當于汽車緊急制動時的情形）下的極壓性。表6-1列出了CRCL－37和CRCL－42的試驗規(guī)范。

我國的相應(yīng)標準是SH/T0518－1992《車輛齒輪油承載能力測定法（L－37法）》和SH/T0519－1993《車輛齒輪油抗擦傷性能評定法（L－42法）》。表6-1車輛齒輪油極壓性評定方法和試驗規(guī)范試驗方法CRCL-37CRCL-42試驗特點高速低扭矩或低速高扭矩高速沖擊載荷試驗裝置用雪佛蘭載貨汽車發(fā)動機驅(qū)動道奇3/4t軍用載貨汽車雙曲線齒輪后橋（傳動比5.83：1）用雪佛蘭V8型發(fā)動機驅(qū)動斯帕思爾44-1型雙曲線齒輪后橋（傳動比4：l）運行條件程序Ⅰ高速試驗時間：100min轉(zhuǎn)速：440r/min扭矩：1069N·m程序Ⅱ高扭矩試驗時間：24h轉(zhuǎn)速：80r/min扭矩：4722N·m油溫：135℃±15℃程序Ⅰ磨合程序Ⅱ高速轉(zhuǎn)速：在500~1100r/min間急加速和急減速運行，循環(huán)4次以上油溫：93.3℃程序Ⅲ磨合程序Ⅳ沖擊試驗轉(zhuǎn)速：在550~650間急加速和急減速運行，循環(huán)9次以上扭矩：1778N·m油溫：137.8℃6.2.2熱氧化安定性評定

評定GL－5車輛齒輪油熱氧化安定性的代表性試驗方法是CRC－60法，主要評定車輛齒輪油氧化后的黏度增長及不溶物含量。

此方法是在用圓柱齒輪和軸承組成的齒輪箱模型，放入0．12L試油，以1725r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在162℃高溫下，以1．11L/h的流量通入空氣，并以銅作為催化劑，經(jīng)強制氧化50h后測定正戊烷不溶物、苯不溶物、酸值和運動黏度等，來評定車輛齒輪油的熱氧化安定性。

我國的相應(yīng)標準是SH/T0520—1992《車輛齒輪油熱氧化安定性的評定法（L－60法）》。6.2.3抗腐性和防銹性評定

對車輛齒輪油的抗腐性的測定按照GB/T5096－1985《石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗法》，采用如圖6.3所示的銅片腐蝕測定器進行評定。

車輛齒輪油防銹性多采用CRCL－33防銹性試驗法，我國相應(yīng)標準為SH/T0517－1992《車輛齒輪油銹蝕評定法（L－33法）》。

圖6.3銅片腐蝕測定器

6.3車輛齒輪油的分類與規(guī)格6.3.1車輛齒輪油的分類

目前世界上廣泛采用美國汽車工程學(xué)會（SAE）的車輛齒輪油黏度分類法和美國石油學(xué)會（API）的車輛齒輪油使用性能分類法對車輛齒輪油進行分類。1.SAE車輛齒輪油黏度分類SAEJ306－1991《驅(qū)動橋和手動變速器潤滑油黏度分類》的規(guī)定如表6-2所示。該標準采用含有尾綴字母W和不含尾綴字母W兩種黏度等級系列。

黏度等級代號由一組數(shù)字和字母W（70W、75W、80W、85W）或一組數(shù)字（90、140、250）組成，共7種。

含有尾綴字母W是冬用齒輪油，是根據(jù)齒輪油黏度達到150Pa·s的最高溫度和100℃時的最小運動黏度劃分的。不帶尾綴W的是夏用齒輪油，以100℃的運動黏度范圍劃分的。表6-2SAE車輛齒輪油黏度分類SAE黏度級別黏度達到150Pa·s時的最高溫度/℃100℃時的運動黏度/（mm2·s-1）最低最高70W78W80W85W90140250-55-40-26-124.14.17.011.013.524.041.0<24.0<41.02.API車輛齒輪油使用性能分類

世界上廣泛采用美國石油學(xué)會（API）的車輛齒輪油使用性能分類法。

根據(jù)齒輪的形式和負載情況對車輛齒輪油進行質(zhì)量等級分類，該分類將車輛齒輪油分為GL－1、GL－2、CL—3、GL—4、GL－5、GL－6六級，其分類使用說明及用途如表6-3所示。表6-3車輛齒輪油API使用性能分類分類使用說明用途GL-1低齒面壓力、低滑動速度下的汽車弧齒錐齒輪、蝸輪式驅(qū)動橋以及各種手動變速器規(guī)定用GL－1齒輪油。直餾礦油能滿足這類情況的要求，可以加入抗氧劑、防銹劑和消泡劑改善其性能，但不加摩擦改進劑和極壓劑汽車手動變速器，包括拖拉機和載貨汽車手動變速器GL-2汽車蝸輪式驅(qū)動橋，由于其負荷、溫度和滑動速度的狀況，用GL-1齒輪油不能滿足要求，規(guī)定用GL-2齒輪油蝸桿傳動裝置GL-3速度和負荷比較苛刻的汽車手動變速器和弧齒錐齒輪后橋規(guī)定用GL-3類油，這種使用條件要求潤滑油的負荷能力比GL-l和GL-2級油高，但比GL-4級油要低苛刻條件下的手動變速器和弧齒錐齒輪驅(qū)動橋3.我國車輛齒輪油的分類

目前我國車輛齒輪油是根據(jù)GB/T17477－1998《驅(qū)動橋和手動變速器潤滑劑黏度分類》標準進行黏度分類的，其方法與SAE黏度分類相同。

而車輛齒輪油的使用性能只分為CLC、CLD、CLE三類，其中CLC相當于普通車輛齒輪油，CLD相當于中負荷車輛齒輪油，CLE相當于重負荷車輛齒輪油，分別與API（美國石油學(xué)會）的車輛齒輪油使用性能分類中的GL－3、GL－4、GL－5相對應(yīng)。

其詳細分類如表6-4所示。表6-4我國車輛齒輪油詳細分類代號組成、特性和使用說明使用部位CLC精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和少量極壓劑等制成。適用于中等速度和負荷比較苛刻的手動變速器和弧齒錐齒輪驅(qū)動橋手動變速器和弧齒錐齒輪驅(qū)動橋CLD精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和極壓劑等制成。適用于低速高扭矩和高速低扭矩下操作的各種齒輪，特別是客車和其他各種車輛用的準雙曲面齒輪手動變速器和弧齒錐齒輪驅(qū)動橋和使用條件不太苛刻的準雙曲面齒輪驅(qū)動橋CLE精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和極壓劑等制成。適用于在高速沖擊載荷、低速高扭矩和高速低扭矩下操作的各種齒輪，特別是客車和其他各種車輛用的準雙曲面齒輪操作條件緩和或苛刻的準雙曲面齒輪及其他各種齒輪的驅(qū)動橋，也可用于手動變速器圖6.4幾種常用的車輛齒輪油

參照SAE黏度分類，我國車輛齒輪油按黏度為150Pa·s時的最高溫度和100℃時的運動黏度分為7個黏度牌號（見表6-2），其中包括4個低溫黏度牌號（冬季用油）和3個高溫黏度牌號（春、夏、秋季用油）。

凡滿足冬季用油要求又符合春、夏、秋季用油要求的潤滑油，稱為多級油。常見的多級油有80W/90、85W/90等。6.3.2我國車輛齒輪油的規(guī)格

我國現(xiàn)行的車輛齒輪油的規(guī)格或安全使用技術(shù)條件有：SH0350－1992《普通車輛齒輪油》；JT224－1996《中負荷車輛齒輪油安全使用技術(shù)條件》和GB13895－1992《重負荷車輛齒輪油（GL－5）》。1.普通車輛齒輪油（GL－3）

普通車輛齒輪油分為80W/90、85W/90和90號3個黏度牌號，主要由精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和少量極壓劑等制成，適用于中等速度和負荷、比較苛刻的手動變速器和弧齒傘齒輪驅(qū)動橋。2.中負荷車輛齒輪油（GL－4）

中負荷車輛齒輪油分為80W/90、85W/90和90號三個黏度牌號，由精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和極壓劑等制成。

適用于在低速高扭矩、高速低扭矩下操作的各種齒輪，特別是客車和其他車輛的準雙曲面齒輪。3.重負荷車輛齒輪油（GL－5）

重負荷車輛齒輪油分為75W、80W/90、85W/90、85W/140、90和140號六個牌號，由精制礦物油加抗氧劑、防銹劑、抗泡劑和極壓劑等制成。

適用于在高速沖擊負荷、高速低扭矩、低速高扭矩下操作的各種齒輪，特別是客車和其他車輛的準雙曲面齒輪。6.4車輛齒輪油的選用

車輛齒輪油的選擇包含齒輪油使用等級的選擇和黏度等級的選擇兩個方面。一方面要根據(jù)使用環(huán)境最低溫度和傳動裝置的運行最高溫度來確定最低等級，另一方面要根據(jù)齒輪類型和工作條件來確定齒輪油的質(zhì)量檔次。6.4.1使用性能級別的選擇

車輛齒輪油使用級別一般按齒輪類型和傳動裝置的功能來選擇。

對準雙曲面齒輪式主減速器或工作條件苛刻的其他齒輪式主減速器，一定要選擇GL－4以上的齒輪油。

為了減少用油級別、方便管理，在汽車各傳動裝置對齒輪油使用性能級別要求相差不太大的情況下，手動變速器和后橋可以選用同一級別使用性能的齒輪油。

汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)多為齒輪齒條式、蝸輪蝸桿式或滾珠螺母式，齒輪傳動部分一般和手動變速器使用同一種潤滑油。6.4.2黏度級別的選擇

車輛齒輪油的最低黏度級別，主要根據(jù)最低氣溫和最高油溫，并同時考慮車輛齒輪油換油周期較長等因素來加以選擇。

車輛齒輪油的黏度應(yīng)既能保證低溫下的車輛起步，又能滿足油溫升高后的潤滑要求。

黏度等級選擇可按最低使用溫度（見表6-8），或按小齒輪轉(zhuǎn)速及工作溫度來選擇100℃運動黏度。表6-8最低使用溫度與黏度牌號最低使用溫度/℃SAE黏度等級最低使用溫度/℃SAE黏度等級-4075W/90-2085W/90-3080W/90-10906.4.3車輛齒輪油選用的注意事項1）等級低的齒輪油不能用在要求較高的車輛上；等級高的齒輪油可降級使用，但降級過多則在經(jīng)濟上不合算。2）齒輪油的黏度應(yīng)以能保證潤滑為宜，盡可能選用合適的多級齒輪油，如果黏度過高，會顯著增加燃料消耗。3）不同等級的車輛齒輪油不能混用。6.5在用車輛齒輪油的質(zhì)量與更換6.5.1磨合期換油

在磨合期，應(yīng)選用極壓性好、黏度較低的齒輪油，并按磨合期維護規(guī)定及時更換齒輪油。

6.5.2車輛齒輪油的更換

車輛齒輪油在使用過程中同樣存在著質(zhì)量變質(zhì)和質(zhì)量控制問題。車輛齒輪油在使用過程中同樣存在著質(zhì)量變質(zhì)和質(zhì)量控制問題。

車輛齒輪油的換油標準主要有定期換油、按質(zhì)換油和定期換油同時兼顧油品質(zhì)量3種。

定期換油是根據(jù)車輛的傳動結(jié)構(gòu)特性、運行條件和潤滑油的質(zhì)量由汽車制造