齒輪油基礎(chǔ)知識

齒輪油基礎(chǔ)知識（中級經(jīng)驗可閱讀）車輛齒輪油(中級版)1.

概述車輛齒輪油是潤滑油重要產(chǎn)品，主要用于各種汽車手動變速器和驅(qū)動橋中。自1925年GleasonWorks開發(fā)了第一個雙曲線齒輪驅(qū)動橋以來，在短短幾年間，幾乎全部的美國制造商都推廣使用。接著，在歐洲也逐步得到應(yīng)用。為了滿足雙曲線齒輪驅(qū)動橋的潤滑要求。開發(fā)了極壓車輛齒輪油，這種早期的齒輪油為S-Pb型或S-P-Cl型。二次世界大戰(zhàn)以后，為了制得具有高速沖擊性能和高扭矩性能的多效齒輪油，引入了S-P-Cl型復(fù)合劑。以后由于卡車載重和功率的提高，加上軸偏置增大，復(fù)合劑在原來的S-P-Cl基礎(chǔ)上又引入了二烷基二硫代磷酸鋅，大大提高了極壓性能。進(jìn)入60年代，由于汽車工業(yè)不斷追求高速度，大馬力，需要熱氧化安定性更高的潤滑油，研制出第一代S-P型雙曲線齒輪油，并逐漸在全世界得到普及。硫磷型車輛齒輪油經(jīng)過40年的使用，經(jīng)久不衰，其主要是圍繞著含磷添加劑和添加劑復(fù)配技術(shù)的發(fā)展。第二代、第三代硫磷型齒輪油具有好的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性，解決了含磷劑消耗快的問題，并可作為車輛、工業(yè)齒輪通用油。1.1國外車輛齒輪油情況

代表著發(fā)達(dá)國家的歐洲，每年需要車輛齒輪油30萬噸，其中75%為GL-5車輛齒輪油，其余為GL-4齒輪油。見表1：

表1

歐洲用車輛齒輪油質(zhì)量水平數(shù)量/萬噸所占份額/%GL-42.889.6GL-513.6545.5GL-4+廠商要求4.3814.6GL-5+廠商要求9.0930.3總量30100由于歐洲市場上對齒輪油的質(zhì)量要求不斷提高，添加劑用量增加，換油期延長，使銷售量增長很小。出現(xiàn)了全壽命油，要求汽車齒輪油的基礎(chǔ)油越來越多地使用合成潤滑油，同時有輕質(zhì)化趨勢，好處是改進(jìn)了燃料經(jīng)濟(jì)性，也容易換檔。歐洲汽車生產(chǎn)商要求車輛齒輪油延長換油周期，甚至要求與車輛同壽命，目前汽車壽命約為75萬公里，將來要延長到100萬公里，因此齒輪油與橡膠密封材料配伍性受到特別重視，要求在長期運(yùn)轉(zhuǎn)中齒輪油對密封材料既不能使其硬化、收縮，又不能使其膨脹、降低強(qiáng)度。目前歐洲轎車多為前橋驅(qū)動，前橋中裝有同步器。歐洲同步器設(shè)計與美國不同，美國的同步器由一組摩片組成，而歐洲的同步器由一組黃銅環(huán)組成，為使其同步器能正常工作，在要求使用GL-4、GL-5齒輪油時，還要補(bǔ)充進(jìn)行密封件試驗和同步器試驗。由此可見，歐洲車輛齒輪油規(guī)格高于相應(yīng)的美國規(guī)格。1.2我國車輛齒輪油的發(fā)展概況從20世紀(jì)50-70年代，我國車輛齒輪油尚未形成完整的體系，只分為齒輪油和雙曲線齒輪油這兩種殘渣型的黑色齒輪油和一種餾分型的合成雙曲線齒輪油。1960年公布我國第一個雙曲線齒輪油的規(guī)格，基礎(chǔ)油主要是殘渣油，常用添加劑是硫化蓖麻油，也有用硫化松脂油。1962年公布第一個用于汽車、拖拉機(jī)變速箱及后橋的齒輪油規(guī)格，其油品由殘渣油或加入部分餾分油構(gòu)成，使用性能差，壽命短，耗能大，還需用低粘度潤滑油或低凝點(diǎn)柴油稀釋，才能冷啟動。1967年開始生產(chǎn)渣油型S-P-Cl-Zn型雙曲線齒輪油，主要添加劑是二烷基二硫代磷酸鋅(T202)和氯化石蠟(T301)。油品的主要特性如極壓抗磨性有較大提高，但熱氧化安定性、防銹性、顏色等均較差。1971開始試制和生產(chǎn)精制型雙曲線齒輪油，按添加劑類型又分硫磷氯鋅型和硫磷型兩種，其要性能相當(dāng)于GL-4，用于“東風(fēng)”汽車雙曲線齒輪及大馬力內(nèi)燃機(jī)車牽引齒輪潤滑。80年代初，由中石化各煉廠及有關(guān)科研院組成的齒輪油攻關(guān)組，研制成功餾分型GL-3，這些油流變性、熱氧化安定性、抗磨性、防銹性均優(yōu)于渣油型，可以滿足“解放”、“黃河”等非雙曲面齒輪的汽車后橋潤滑要求。改革開放以來，我國引進(jìn)了國外先進(jìn)的汽車生產(chǎn)線，其中包括一汽、上汽引進(jìn)德國大眾轎車生產(chǎn)線；二汽引法國雪鐵龍、廣州引進(jìn)日本本田、北京引進(jìn)美國通用、濟(jì)南引進(jìn)奧地利技術(shù)生產(chǎn)“斯太爾“卡車，這些車輛驅(qū)動橋都要求使用GL-5。為了實(shí)現(xiàn)車輛齒輪油的國產(chǎn)化，齒輪油攻關(guān)組，在“七五”期間完成了80W/90、85/90、85W/140GL-5的研制并通過國家技術(shù)鑒定。目前我國蘭州潤滑油研發(fā)中心和北京石化院開發(fā)出齒輪油通用復(fù)合劑，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。目前我國GL-3、GL-4和GL-5各占齒輪油市場的1/3。2.

車輛齒輪油的特性用于車輛齒輪裝置的各類齒輪副形狀不同，輪齒嚙合方式不同，潤滑油膜的形成有顯著的差異，正齒輪、傘齒輪、斜齒輪、人字形齒輪和螺旋齒輪容易在齒面上形成潤滑油膜，一般使用GL-3油潤滑；雙曲線齒輪體積較小，傳遞的動力大，齒輪的曲率半徑小，潤滑中形成油楔的條件差，輪齒的每一次嚙合均須重新建立油膜。另外，嚙合表面不相吻合，有滾動也有滑動，惡化了油膜運(yùn)轉(zhuǎn)情況，需要使用GL-5油潤滑。車輛齒輪油主要作用在于減少齒輪副之間的摩擦與磨損。摩擦潤滑過程一般包含流體潤滑、彈性潤滑、混合潤滑和邊界潤滑。當(dāng)潤滑的齒面在負(fù)載下接觸時，就發(fā)生塑性變形，潤滑油陷入金屬表面之間。齒輪油的組成、性能和齒面的化學(xué)狀態(tài)支配著摩擦潤滑的全過程。2.1齒輪油的性能

為了完成運(yùn)動和動力的傳遞，車輛齒輪油在以下幾方面給予最佳配合：防止和減少齒面間的摩擦和磨損，均勻分布載荷；帶走摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量；將齒面與水、空氣隔絕，避免生銹、腐蝕及塵襲；沖洗齒面上的磨粒的雜質(zhì)；減緩齒輪震動，使運(yùn)動平緩。齒輪油在齒輪傳動中的重要性決定了它必須具備以下性能：a合適的粘度和良好的粘溫性能：齒輪油的粘度和承載力有密切關(guān)系，粘度增加，容易形成流體動力膜和彈性流體潤滑膜，有利于保護(hù)齒面。但是粘度過高，齒輪工作時動力損耗大，使油溫升高。目前由于添加劑水平的提高，為了節(jié)能，齒輪油有低粘度化的發(fā)展趨勢，另外，齒輪油的低溫粘度對齒輪工作有重要影響，汽車驅(qū)動橋齒輪是飛濺式潤滑，低溫時齒輪油必須有足夠的流動性，這樣齒輪轉(zhuǎn)動時才能將足夠量的油帶到齒面及軸承上，防止出現(xiàn)損傷。車輛齒輪油在低溫下的表觀粘度和成溝點(diǎn)在一定程度上表明齒輪油的低溫流動性。B足夠的承載性：齒輪油應(yīng)在高速、低速重載或沖擊負(fù)荷下迅速形成邊界吸附膜或化學(xué)反應(yīng)膜以防止齒面磨損、擦傷和膠合。齒輪油的承載性是它最重要使用性能，需要CRCL-37和L-42全尺寸齒輪臺架來評定油品的承載力和抗擦傷能力。C良好的熱氧化安定性：齒輪油在工作中被劇烈攪動，在與空氣、金屬、雜質(zhì)等接觸中，特別是重型卡車驅(qū)動橋，齒輪裝置工作溫度相當(dāng)高，齒輪油的氧化是一個突出的問題，直接影響到油品的使用壽命。氧化產(chǎn)生的腐蝕性物質(zhì)加速的腐蝕和銹蝕；氧化產(chǎn)生的沉淀物會影響密封性，沉淀物復(fù)蓋在零件表面會影響散熱，加速油品的氧化進(jìn)程。GL-5油需要做L-60熱安定性齒輪臺架試驗。D良好的防銹防腐蝕性：齒輪油應(yīng)具有適度的化學(xué)活性，對金屬的腐蝕性要小。齒輪裝置中的滑動軸承，變速箱的同步環(huán)都是由銅合金制成的，容易被腐蝕。在水和空氣的參與作用下，齒面和油箱會產(chǎn)生銹蝕，腐蝕和銹蝕不僅破壞了齒輪的幾何學(xué)特點(diǎn)，破壞了潤滑狀態(tài)，嚴(yán)重時會影響正常的傳動，而且腐蝕和銹蝕產(chǎn)物會進(jìn)一步引起齒輪油變質(zhì)。E良好的抗泡沫性：齒輪轉(zhuǎn)動時將空氣帶入油中，形成泡沫，泡沫如存在于齒面上會破壞油膜的完整性，造成潤滑失效。泡沫的導(dǎo)熱性差，容易引起齒面的過熱，使油膜破壞，泡沫嚴(yán)重時，油常從齒輪箱的通氣孔中溢出。2.2車輛齒輪油的組成

車輛齒輪油是由基礎(chǔ)油和添加劑組成，基礎(chǔ)油主要是礦物潤滑油，也有少部分合成油。低粘度車輛齒輪油的基礎(chǔ)油是由低度礦物潤滑油或合成潤滑油，有時還加入剪切安定性好的低分子量聚合物構(gòu)成，對低溫粘度也有苛刻的要求。配制高粘度車輛齒輪油時，需用較多的光亮油例如150BS做基礎(chǔ)油，光亮油在原油中的含量小于5%，加工過程復(fù)雜，因此，車輛齒輪油的基礎(chǔ)油不易生產(chǎn)。添加劑的作用是增強(qiáng)基礎(chǔ)油原有的某些性能或賦予基礎(chǔ)油原來不具備的新的性能。車輛齒輪油的添加劑主要是硫磷元素的化合物，含硫極壓劑與金屬反應(yīng)生成硫化鐵極壓膜，摩擦系數(shù)小，耐熱性高，在高速沖擊負(fù)荷下，能有效防止齒面擦傷。含磷化合物在金屬表面上吸附，與金屬反應(yīng)生成磷酸鐵，起防止磨損的作用，除此以外還要添加適量的防銹劑、抗氧劑和抗泡劑。近代的車輛齒輪油使用最多的含硫極壓劑是硫化烯烴。硫化烯烴在高沖擊載荷條件下能有效地防止齒面損傷。含磷極壓劑例如磷酸酯，在金屬表面上吸附，由于加水分解反應(yīng)變成酸性酯與金屬反應(yīng)生成磷酸鹽，起防止磨損的作用。含磷化合物經(jīng)常被稱做抗磨劑。在高扭矩苛刻運(yùn)轉(zhuǎn)條件下能防止齒面磨損、點(diǎn)蝕和剝落。根據(jù)其結(jié)構(gòu)大體可分為亞磷酸酯及其胺鹽、磷酸酯及其胺鹽、硫代磷酸酯及其胺鹽、硫磷酸復(fù)酯胺鹽等。

為使限滑差速器正常工作，減少汽車轉(zhuǎn)變時限滑差速器摩擦片的震動和噪音，車輛齒輪油中須加入摩擦改進(jìn)劑。在邊界潤滑條件下，摩擦改進(jìn)劑的極性基因由于物理吸附或化學(xué)吸附作用吸附在金屬表面上，形成吸附膜，降低摩擦系數(shù)。極壓劑、抗磨劑是化學(xué)活性高的化合物，效易引起金屬的腐蝕和滲蝕，因此，車輛齒輪油中應(yīng)加入腐蝕抑制劑。雜環(huán)化合物如噻二唑及苯三唑衍生物是銅腐蝕抑制劑。堿性和中性磺酸鹽、烯基丁二酸、烯基十二酸半酯等齒輪油常用的防銹劑。對于確定車輛齒輪油配方，必須仔細(xì)地平衡極壓性和防銹性，因為防銹劑會降低極壓劑的效果。齒輪油的氧化與其它潤滑油一樣也是烴類退化分枝鏈代式反應(yīng)，屏蔽酚型和芳香胺型抗氧劑在齒輪油中有一定的效果，硫磷型齒輪油中的極壓劑，如硫烯、磷酸酯、亞磷酸酯、硫代磷酸酯及其衍生物，除極壓性還具有抗氧化性，故硫磷型車輛齒輪油常常不另加抗氧劑。清凈劑和分散劑不是車輛齒輪油添加劑酸方的必要組分。但加入清凈劑或分散劑有助于提高齒輪油的清凈性，防止油泥和沉淀的產(chǎn)生。近年來，隨著對車輛齒輪油的熱氧化安定性要求的提高，有些車輛齒輪油添加劑配方中加入分散劑或清凈劑，如堿土金屬鹽型清凈劑或無灰分散劑，以保持齒輪裝置的清潔。配制低粘度多級車輛齒輪油，如75W/90車輛齒輪油須加粘度指改進(jìn)劑。齒輪油在使用過程中受到強(qiáng)烈剪切，剪切速率可達(dá)108S-1。高分子粘度指數(shù)改進(jìn)劑剪切安定性差，不能用于齒輪油，必須使用低分子量聚合物。75W/90車輛齒輪油常用低分子量聚甲基丙烯酸酯做增粘劑，其低溫粘度較小。聚烯烴類粘度指數(shù)改進(jìn)劑低溫粘度大，不能用于75W/90車輛齒輪油，但可用于其它齒輪油。硅油是常用的抗泡劑，硅油用量小，10-100ppm就有效，但貯存穩(wěn)定性不好，易從油中析出，近年來齒輪油用非硅抗泡劑，是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物，貯存穩(wěn)定性較好。潤滑油的粘度是影響流體潤滑、彈性潤滑的主要參數(shù)。極壓抗磨劑的性能是改善邊界潤滑的主導(dǎo)因素。此外，極壓抗磨劑的活性基團(tuán)有增加油膜強(qiáng)度的功能，齒輪油的有效潤滑應(yīng)從基礎(chǔ)油和添加劑兩方面綜合平衡，努力使配方處于最佳狀態(tài)，提高油品的各項性能。以開發(fā)75W/90GL-5為例，介紹潤滑油開發(fā)的步驟，揭示了齒輪油的組成，說明齒輪油開發(fā)系統(tǒng)性和完整性。第一步，為了符合75W/90粘度級別的要求，需選用低溫粘度小、粘溫性能好的基礎(chǔ)油，并加入粘度指數(shù)改進(jìn)劑和降凝劑，以期符合多級油的高低溫使用標(biāo)準(zhǔn)，并要考察其剪切安定性。第二步，配方的篩選，重點(diǎn)考察硫、磷劑之間的極壓性和抗磨性的平衡。第三步，做油品理化分析，確保達(dá)到該等級油的技術(shù)指標(biāo)。第四步，做CRC四個全尺寸齒輪臺架評定：CRCL-33銹蝕試驗；CRCL-37承載能力試驗；CRCL-42高速沖擊試驗和CRCL-60熱氧化安定性試驗，四個齒輪臺架是研制GL-5油的關(guān)鍵。最后還要做實(shí)際行車試驗，驗證齒輪油組成的合理性。新一代齒輪油復(fù)合劑一般由以下添加劑組成：硫化異丁烯60-70%，含磷抗磨劑20-25%，防銹劑及抗氧劑5-10%。只有按此范圍搭配各類功能添加劑，才不至于出現(xiàn)齒輪油的某種性能的單項冠軍，才有可能得到同時通過四個齒輪臺架的“四項全能”GL-5齒輪油。2.3車輛齒輪油的規(guī)格

國際上車輛齒輪油至今尚無統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。這主要是由于歐洲與北美的汽車在設(shè)計上有所不同，汽車制造商對車輛用油的要求各有側(cè)重，反映在油品規(guī)格上存在一些差異，難以統(tǒng)一。因此ISO也一直未發(fā)布車輛齒輪油的分類標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品規(guī)格，但世界各國廣泛采用美國石油學(xué)會API的使用分類和美國軍用齒輪油規(guī)格。API使用分類見表2，其中GL-1、GL-2、GL-3、GL-6已經(jīng)過時不再使用，只有GL-4、GL-5和MT-1為有效分類。滿足APIGL-4使用要求的美軍齒輪油規(guī)格MIL-L-2105制定于1950年，評定項目主要包括CRCL-13、L-19、L-20、L-21四個齒輪臺架。1962年經(jīng)修訂后代號為MIL-L-2105B，其產(chǎn)品性能評定使用了新的齒輪臺架CRCL-33、L-37、L-42和L-60取代了原先四個臺架，提高了質(zhì)量水平，達(dá)到了APIGL-5，以后又經(jīng)多次修訂，目前成為MIL-L-2105E，相當(dāng)于GL-5加上MT-1，為多用途車輛齒輪油規(guī)格，參見表3。從美軍規(guī)格中看出為適應(yīng)汽車工業(yè)升級換代，車輛齒輪油規(guī)格在不斷更新，2015C取消了2015B的單級油，換成相應(yīng)的多級油，并對低溫性能、抗泡性和防銹性的要求越來越苛刻。2015D則允許使用再生油為基礎(chǔ)油，并對環(huán)保給予特別關(guān)注。車輛齒輪油的粘度分類見表4。

齒輪油在石油產(chǎn)品的潤滑劑和有關(guān)產(chǎn)品(L類)中列為C組，我國參照API車輛齒輪油的使用分類于1989年發(fā)布了C組產(chǎn)品的分類GB/T7631.7-89，該分類只包括車輛齒輪油內(nèi)容，采用了L-CLC、L-CLD、L-CLE代替了GL-3、GL-4、GL-5。由于所涉及的品種代號是我國獨(dú)創(chuàng)的在實(shí)踐中無法使用，所以后來很快又修定了該標(biāo)準(zhǔn)，仍延用API分類。

表2

API汽車手動變速器和驅(qū)動橋潤滑劑使用分類類別使用說明我國相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GL-1不加極壓抗磨劑，只加抗氧防銹劑，用于手動變速器。

GL-2條件緩合的汽車蝸輪驅(qū)動橋潤滑，含有少量極壓抗磨劑。

GL-3用于汽車手動變速箱及螺旋傘齒輪驅(qū)動橋。SH/T0350-92GL-4重負(fù)荷螺旋傘齒輪及緩合的雙曲線齒輪，評定此類產(chǎn)品臺架裝置已不生產(chǎn)，普遍采用GL-5復(fù)合劑量減半調(diào)制。

GL-5高速沖擊負(fù)荷、高速低扭矩和低速高扭矩下的各類齒輪，特別是雙曲線齒輪。GB13895-92GL-6具有高偏置的轎車雙曲線齒輪驅(qū)動轎。

MT-1客車和重型卡車上手動變速器，提供防止化合物熱降解，部件磨損及密封件變壞的性能。

表3美國軍用車輛齒輪油規(guī)格規(guī)格(發(fā)布時間)MIL-L-2105(1950)MIL-L-2105B(1962)MIL-L-2105C(1976)MIL—2105D(1987)MIL-L-2105E(1997)粘度級別SAE80

90

14080

90

14075W80W/9085W/14075W

80W/9085W/140

珍觀粘度150Pa.s-

-

--

-

--40

-26

-12-40

-26

-12

℃成溝點(diǎn)℃最高-35

-18

-18-35

-18

-18-45

-35

-20-45

-35

-20

銅片腐蝕121℃最大2C2C33

抗泡性24-93-24℃300-50-300300-50-30020-50-2020-50-20

齒輪臺架試驗CRCL-33(L-21、L-13))通過通過通過通過通過CRCL-37(L-20)通過通過通過通過通過CRCL-42(L-19)通過通過通過通過通過CRCL-60-通過通過通過(L-60-1)通過滿足API分類GL-4GL-5GL-5GL-5GL-5+MT-1

表4

車輛齒輪油的粘度分類分類達(dá)到150Pa.s的最高溫度，℃100℃運(yùn)動粘度，m㎡/s最低最高75W-404.1-80W-267.0-85W-1211.0-90-13.524.0140-24.041.0250-41.0-

在二十世紀(jì)六十年代，我國車輛均沿用蘇聯(lián)五十年代的設(shè)計與制造，因而潤滑油方面也是沿用蘇聯(lián)品牌并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)SY1103-59齒輪油和SY1102-60雙曲線齒輪油。八十年代各潤滑油生產(chǎn)大廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有“18#雙曲線齒輪油”，其性能相當(dāng)于GL-4水平；石化總公司制定SH0350-92普通車輛齒輪油，相當(dāng)于GL-3水平；等效采用美國軍用規(guī)格MIL-L-2105D制定GB13895-92GL-5產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。鑒于GL-4油的臺架評定設(shè)備國內(nèi)沒有，國外也不再生產(chǎn)，因此至今沒有此檔油的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。GL-4與GL-5有一些內(nèi)在聯(lián)系，它們的臺架評定比較如下：APIGL-4MIL-L-2105(1950)APIGL-5MIL-L-2105B(1962)L-20承載能力試驗L-37承載能力試驗低速高扭矩，93-121℃，24h

L-19抗擦傷性能試驗L-13、L-21濕氣銹蝕試驗

------程序Ⅰ，高速低扭矩試驗147℃，100min程序Ⅱ，低速高扭矩試驗135℃，24hL-42抗擦傷性能試驗：分磨合、高速和沖擊三個程序L-33銹蝕性能試驗：程序Ⅰ82℃，4h

程序Ⅱ52℃，162hL-60熱氧化安定性試驗，163℃，50hL-20與L-37臺架的差異是扭矩較低，而且沒有高速程序；L-19與L-42相比，后者的扭矩比前者高兩倍；GL-5油還增加了熱氧化安定性試驗L-60。API使用分類說明中允許用通過GL-5四個齒輪臺架評定的油其配方減半來生產(chǎn)GL-4油，幾十年來國外石油公司普遍采用這一要求來生產(chǎn)GL-4，如EXXON、Lubrizol等大型石油公司均有GL-5復(fù)合添加劑減半生產(chǎn)GL-4的技術(shù)規(guī)定。中國石化總公司曾制定出“硫磷型中負(fù)荷車輛齒輪油GL-4”暫定技術(shù)條件，由于落實(shí)不了GL-4齒輪臺架，只好在臺架評定項目中注明“待定”。國內(nèi)交通部也發(fā)布了中負(fù)荷車輛齒輪油GL-4的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用了東風(fēng)汽車集團(tuán)的仿L-20齒輪臺架，雖然對油品的承載有些區(qū)分性，但難以形成標(biāo)準(zhǔn)評定方法。大連石化公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中負(fù)荷車輛油(GL-4)QJ/DSH661-96，就是依托于GL-5制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，采用國際上通用的GL-5配方延伸技術(shù)生GL-4，保證了GL-4產(chǎn)品質(zhì)量。

98．7版SAEJ306齒輪油粘度分類采用CECL-45-T-99試驗方法，要求多級齒輪油在KRL齒輪機(jī)20小時剪切試驗后，粘度必須留在級別內(nèi)。這就要求調(diào)制車輛齒輪油時，必須提高油品100℃初始粘度，選用剪切安定性更好的稠化劑，更多的使用Ⅱ類、Ⅲ類基礎(chǔ)油及聚α烯烴。我國車輛齒輪油按質(zhì)量等級分為普通車輛齒輪油、中負(fù)荷車輛齒輪油和重負(fù)荷車輛齒輪油三類，其性能指標(biāo)列于表5、表6、表7。其中制訂重負(fù)荷車輛齒輪油標(biāo)準(zhǔn)：GB13895-92是參照美軍MIL-L-2105D規(guī)格。表5

普通車輛齒輪油（GL-3）規(guī)格（SH0350-92）項目質(zhì)量指標(biāo)試驗方法80W/9085W/9090運(yùn)動粘度（100℃）/（mm2·s-1）表觀粘度達(dá)150Pa·s時溫度/℃

不高于粘度指數(shù)

不小于傾點(diǎn)/℃

不高于閃點(diǎn)（開口）/℃

不低于水分/%

不大于銹蝕試驗（15號鋼棒、A法）泡沫傾向性/泡沫穩(wěn)定性/（mL/mL）

(24±0.5)℃

不大于

(93±0.5)℃

不大于

后(24±0.5)℃

不大于15～19-26

-28170痕跡無銹

100/10100/10100/101785無0.0515～19-12

-18180痕跡無銹

100/10100/10100/101785無0.0215～19

90-10190痕跡無銹

100/10100/10100/101785無0.02GB/T265-88GB/T11145-89GB/T1995-88GB/T3535-83GB/T267-88GB/T260-77（88）GB/T11143-89GB/T12579-90

GB/T5096-85GB/T3142-82（90）SH/T0120-92GB/T511-88GB/T268-87GB/T4945-85SH/T0161-92腐蝕（銅片,100℃,3h）/級

不大于最大無卡咬負(fù)荷PB/N

不小于糠醛或酚含量（未加劑）機(jī)械雜質(zhì)/%

不大于殘?zhí)浚ㄎ醇觿?%酸值（未加劑）/（mgKOH·g-1）氯含量/%鋅含量/%硫酸鹽灰分/%SH/T0226-92GB/T2433-81（88）均為報告均為報告均為報告均為報告均為報告表6

中負(fù)荷車輛齒輪油（GL-4）暫定技術(shù)條件項目質(zhì)量指標(biāo)試驗方法75W80W/9085W/909085W/140運(yùn)動粘度（100℃）/（mm2·s-1）粘度指數(shù)閃點(diǎn)（開口）/℃

不低于成溝點(diǎn)/℃

不高于表觀粘度（150Pa·s）/℃

不高于機(jī)械雜質(zhì)/%

不大于不小于4.1-150-45-40

-165-35-26

-180-20-120.02

90180-17.0

-180-20-12GB/T265-88GB/T2541-81（88）GB/T3536-83SH/T0030-90GB/T11145-89GB/T511-88水分/%

不大于泡沫傾向性/泡沫穩(wěn)定性/（mL/mL）

24℃

不大于

93℃

不大于后24℃

不大于臺架性能評定痕跡

20/050/020/0待定GB/T260-77（88）GB/T12579-90表7

重負(fù)荷車輛齒輪油（GL-5）標(biāo)準(zhǔn)（GB13895-92）項目質(zhì)量指標(biāo)試驗方法75W80W/9085W/9085W/14090140運(yùn)動粘度（100℃）/（mm2·s-1）≥4.113．5～13．5～24．0～13．5～24．0～GB/T265-88

傾點(diǎn)/℃表觀粘度達(dá)150Pa·s時的溫度/℃

不高于閃點(diǎn)（開）/℃

不低于成溝點(diǎn)/℃

不高于粘度指數(shù)

不低于

報告-40150-45報告＜24．0報告-26165-35報告＜24．0報告-12165-20報告＜41．0報告-12180-20報告＜24．0報告-180-17.875＜41．0報告-200-6.775

GB/T3535-83GB/T11145-89GB/T3536-83SH/T0030-90GB/T2541-81（88）起泡性（泡沫傾向）/mL

24℃

不大于

93.5℃

不大于

后24℃

不大于腐蝕試驗（銅片,121℃,3h）/級

不大于機(jī)械雜質(zhì)/%

不大于水分/%

不大于戊烷不溶物/%硫酸鹽灰分/%硫/%

磷/%氮/%鈣/%儲存穩(wěn)定性③

液體沉定物/%（體）

不大于

20502030.05痕跡報告報告報告

報告報告報告

0.50.25

1無銹通過通過

10032GB/T12579-90

GB/T5096-85GB/T511-88GB/T260-77（88）GB/T8926-88A法GB/T2433-81（88）GB/T387-90GB/T388-64（90）GB/T11140-89SH/T0172-92①SH/T0296-92SH/T0224-92SH/T0270-92②

SH/T0037-90

SH/T0517

SH/T0519④SH/T0518⑤SH/T0520GB/T265-88

固體沉淀物/%（質(zhì)）

不大于銹蝕試驗③蓋板銹蝕面積/%

不大于齒面，軸承及其它部件銹蝕情況

不大于抗擦傷試驗③承載能力試驗③熱氧化穩(wěn)定性③

100℃運(yùn)動粘度增長/%

不大于

戊烷不溶物/%

不大于

甲苯不溶物/%

不大于GB/T8926-88A法GB/T8926-88A法

①生產(chǎn)單位可根據(jù)添加劑配方不同選擇適當(dāng)?shù)臏y定方法。

②如果有其它金屬，應(yīng)該測定并報告實(shí)測結(jié)果，允許用原子吸收光譜測定。

③保證項目，每五年評定一次。

④75W油在進(jìn)行抗擦傷試驗時，程序Ⅱ（高速）在79℃開始進(jìn)行，程序Ⅳ（沖擊）在93℃下開始進(jìn)行；噴水冷卻，最大溫升不大于5.5-8.3℃。

⑤75W油在進(jìn)行承載能力試驗時，高速低扭矩在104℃下進(jìn)行，低速高扭矩在93℃下進(jìn)行。2.4評定車輛齒輪油的關(guān)鍵項目---齒輪臺架美國科學(xué)研究協(xié)作委員會(CRC)建立的四個全尺寸齒輪臺架是評定車輛齒輪油的關(guān)鍵，它們分別代表了汽車在行駛時不同工況對齒輪油性能的不同要求，四個全尺寸齒輪臺架見表8：

表8齒輪臺架試驗條件臺架名稱CRCL-33CRCL-37CRCL-42CRCL-60我國試驗方法SH/T0517SH/T0518SH/T0519SH/T0520試驗條件運(yùn)轉(zhuǎn)期，82℃，4h；貯存期，52℃，162h高速低扭矩程序，440rpm，535N.m磨合程序，高速沖擊程序，高負(fù)荷沖擊程序163℃，50h評定項目蓋板、齒輪上銹蝕、腐蝕、油泥和沉淀齒面拋光、磨損、剝落和擦傷齒輪非驅(qū)動面擦傷面積油品粘度增長率及不溶物用途測抗銹蝕能力測承載能力測抗擦傷能力測熱氧化安定性CRCL-37、L-42、L-33、和L-60四種臺架是根據(jù)苛刻的行車試驗測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后而確定，因此與實(shí)際行車有很好的相關(guān)性。研究表明，凡是通過四個齒輪臺架評定的油，都能滿足現(xiàn)代汽車潤滑要求。美軍于1952至1960年間開展“齒輪潤滑劑質(zhì)量試驗方法開發(fā)”的研究課題，著手開始建立L-37/L-42齒輪臺架，采用M-37軍車，分別在美國亞利桑那州沙漠地區(qū)高速公路上及加利弗尼亞州山區(qū)進(jìn)行高速行駛試驗。在這兩種情況下盡管載重量相同，但驅(qū)動橋齒輪承受負(fù)荷扭矩各不相同。根據(jù)這兩種苛刻條件下實(shí)測的齒面承受負(fù)荷，滑動速度，油溫等建立起L-37臺架的兩個試驗程序，即高速低扭矩和低速高扭矩，特別是低速高扭矩程序要試驗24小時，這比實(shí)際行車要苛刻得多，任何汽車不可能連續(xù)爬坡運(yùn)行24小時。車輛在不同地區(qū)不同道路上行駛時，承受著不同的齒面負(fù)荷和滑動速度，特別在山區(qū)道路行駛時，車輛爬山和下山時車輛換檔減速以及剎車，在驅(qū)動橋齒輪的非傳動齒面上承受巨大的沖擊負(fù)荷，嚴(yán)重時引起齒面的擦傷破壞。為了在試驗室模擬車輛這一行駛工況，考察油品的抗擦傷性能，建立了L-42臺架試驗條件。由于L-37/L-42臺架所采用的是M-37整車體，相當(dāng)于把一輛滿載的M-37軍車裝在試驗室內(nèi)進(jìn)行齒輪油的性能評定，所不同的是臺架的扭矩由兩臺大功率的測功機(jī)來施加并替代車輛的負(fù)荷。模擬汽車長期停放在海邊潮濕環(huán)境中，因白天熱呼吸，晚上氣溫降低時吸入的水分冷凝在齒輪表面，從而誘發(fā)了銹蝕而建立的L-33銹蝕試驗臺架。試驗分運(yùn)轉(zhuǎn)期和貯存期，貯存期油溫52℃--接近潮濕空氣的露點(diǎn)，歷經(jīng)7d。L-60熱氧化安定性試驗是用來評定車輛齒輪油在高溫和通入空氣情況下的抗氧化性能試驗。在臺架建立過程中，規(guī)定了油溫在162℃下進(jìn)行50h試驗，此溫度接近汽車在高速公路上車速相當(dāng)于170km/h的油溫。上述四個臺架試驗相互影響，相互制約。要通過L-33銹蝕試驗臺架，就必須輔加防銹劑；而防銹劑會對極壓抗磨劑的性能產(chǎn)生抑制，直接影響L-42、L-37臺架的通過。此外，在L-42中最有效的含硫極壓劑在L-37中幾乎完全失效；而在L-37中效果最理想的含磷抗磨劑，則在L-42中效果最差。配方中某種添加劑過量加入，將會影響其它添加劑效能的發(fā)揮，致使配方無法同時通過四個臺架。因此，車輛齒輪油配方研究工作異常復(fù)雜。為了開發(fā)研制GL-5油，“七五”末期，北京石化院、蘭州研發(fā)中心分別從美國西南研究院引進(jìn)并建立了全套臺架評定技術(shù)和裝備，為我國齒輪油質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平提供了保證。由于四個齒輪臺架試驗費(fèi)用昂貴，從美國西南石油研究院引進(jìn)的臺架，做L-33臺架試驗需要一副DANA-30驅(qū)動后橋；做L-37臺架需要一副DANA-60驅(qū)動后橋；做L-42臺架需要一副DANA-44驅(qū)動后橋；做L-60臺架則需要一套齒輪及軸承。這些標(biāo)準(zhǔn)配件除L-33外，都是一次性的。同時，評定四個齒輪臺架是一項耗時較大的工作，前后需要連續(xù)工作半月有余，因此不可能每改變一個配方都從頭到尾進(jìn)行全部臺架試驗。所以研究一些簡單的實(shí)驗室模擬齒輪臺架的方法是我國齒輪油研制人員關(guān)注的問題。其中廣為采用的方法包括：北京石油化工研究院建立的仿L-33試驗，選用GB/T11143方法使用的儀器，按照L-33規(guī)定的試驗溫度和時間，評定鋼棒氣相、油相和水相生銹情況；蘭州潤滑油研發(fā)中心建立的四球機(jī)抗磨試驗機(jī)磨損試驗?zāi)ML-37，對試驗油做高溫氧化沉積物試驗、四球表面成膜和長期磨損試驗，可有效區(qū)分齒輪油的低速承載能力；該中心的高速的梯姆肯機(jī)仿L-42，選用國產(chǎn)梯姆肯機(jī)及相應(yīng)的試環(huán)和滑塊，按L-42條件確定試驗溫度及轉(zhuǎn)速，磨痕判斷主要是觀察滑塊磨痕的狀況；茂名石化公司研究院采用國產(chǎn)SRJ-220型齒輪油熱氧化試驗機(jī)，參照L-60全部試驗條件進(jìn)行模擬。通過考察表明，國內(nèi)現(xiàn)有的實(shí)驗室模擬方法預(yù)報L-33油品的銹蝕性能和L-60熱氧化安定性與CRC全尺寸臺架有較好的相關(guān)性，可以用這些簡單經(jīng)濟(jì)的方法做為篩選配方有效手段。用四球機(jī)抗磨試驗預(yù)報L-37結(jié)果，用高速梯姆肯機(jī)OK值預(yù)報L-42結(jié)果，雖然取得某些成果，但由于摩擦副工作條件的不同，這些試驗結(jié)果與全尺寸臺架結(jié)果有時有差異。不過可以肯定，只有在四球機(jī)和高速梯姆肯機(jī)表現(xiàn)好的油品，才有可能通過條件苛刻的L-37/L-42聯(lián)合臺架。在四球機(jī)上模擬L-37，以綜合評分評價試油質(zhì)量，缺點(diǎn)評分越小越好，超過15分，定為失敗油；在高速梯姆肯機(jī)上模擬L-42，如OK值大于12lb，則有可能通過L-42臺架。3.車輛齒輪油的應(yīng)用3.1車輛齒輪油的合理選用

GL-4、GL-5中高檔車輛齒輪油系由適宜精制深度的基礎(chǔ)油和高質(zhì)量的添加劑所組成，各種添加劑的用量經(jīng)過仔細(xì)的平衡，通過各種嚴(yán)格的實(shí)驗室和全尺寸齒輪臺架試驗，具有適宜粘溫性，優(yōu)良的承載能力和抗擦傷能力，好的熱氧化安定性，防銹性和貯存安定性。使用中、高檔車輛齒輪油可以有效地保護(hù)齒輪，延長齒輪裝置的壽命。

汽車潤滑劑的成本只占汽車操作成本的很小部分，合理選用潤滑油是車輛長期安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，首先要確定齒輪油的性能水平。我國車輛齒輪油分普通車輛、中負(fù)荷車輛和重負(fù)荷車輛齒輪油，即GL-3、GL-4、GL-5油。加劑量少，價格便宜的GL-3油，適用于載重汽車手動變速箱、螺旋傘齒輪驅(qū)動橋和拖拉機(jī)相應(yīng)部件中。東風(fēng)汽車、斯太爾、黃河、輕型卡車驅(qū)動橋為單準(zhǔn)雙曲線齒輪，應(yīng)使用GL-4油或相當(dāng)于GL-4等級的18#雙曲線油，這類車如果使用GL-3油，勢必造成差速器早期磨損、疲勞點(diǎn)蝕，乃至剝落。進(jìn)口汽車和引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)的汽車則要求使用GL-5油。但在具體使用中還要有所有區(qū)別，例如裝有螺旋傘齒輪后橋的公共汽車，由于起步頻繁，客運(yùn)高峰時嚴(yán)重超載，普通車輛齒輪油顯然無法滿足低速高扭矩苛刻潤滑需要，應(yīng)換GL-4油或GL-5油為宜。同樣，經(jīng)常處于超載運(yùn)行的拖車、半掛車也都應(yīng)換成高一檔次油。對于象桑塔那一類前驅(qū)動橋的轎車可不必使用價格高的GL-5油，使用GL-4油也可滿足潤滑要求，對于新款型的江淮JAC、江鈴輕型卡車，減小了驅(qū)動橋體積（只裝3L油），增大了輸送扭矩，用油條件苛刻，必須選用GL-5油。特別是我國南方地區(qū)，夏季溫度高，還應(yīng)考慮使用較高粘度、較高劑量GL-5油，否則，極易發(fā)生齒輪副擦傷，乃至燒結(jié)。

其次要注意齒輪油粘度牌號的選擇。我國幅員廣闊，南北氣候相差很大，不能按一個模式來選擇粘度。我國江南地區(qū)冬季溫度不低于-10℃，可全年使用SAE90或SAE140單級油；北方地區(qū)，為適當(dāng)延長換油期，避免季節(jié)換油造成浪費(fèi)，可選用冬夏通用的多級油，黃河以南地區(qū)可選用85W/90或85W/140，三北地區(qū)可選用80W/90，80W/140或75W/90。多級齒輪油有良好的低溫啟動性，良好的高溫潤滑性，并有一定的節(jié)能效果。當(dāng)然，從節(jié)能角度來看，使用低粘度的齒輪油有利于提高傳動效率和減少摩耗，但根據(jù)我國的國情，卡車經(jīng)常超載運(yùn)行及路況較差，目前還不宜提倡。須知，75WGL-5油的加劑量要高于SAE90加劑量的30-50%，油溫超過75℃時，傳動效率反而低于SAE90。我國主要汽車車型推薦用油見表6：表6國產(chǎn)汽車推薦用油類別車型生產(chǎn)廠規(guī)格及牌號用量/kg重型車斯達(dá)-斯太爾濟(jì)南汽車制造廠80W/90GL-411紅巖、斯太爾四川汽車廠85W/90GL-442SX6818陜西汽車制造廠85W/90GL-450中型車躍進(jìn)系列南京汽車廠80W/90GL-45.60CA1091長春一汽80W/90GL-55.00EQ140系列二汽東風(fēng)85W/90GL-45.23輕型車IVECO系列南京汽車廠85W/90GL-51.90BJ2021北京吉普公司80W/90GL-52.10轎車帕薩特、富康、本田、Audi系列上汽、二汽、廣州、長春一汽75W/90GL-53.00國內(nèi)處車輛齒輪油產(chǎn)品對照見表7：表7車輛齒輪油產(chǎn)品對照表生產(chǎn)廠及質(zhì)量水平GL-5GL-4CaltexMultipurposeThubanEPMultipuroseThubanEP

UniversalThubanCastolCastolHypoySeariesCastolHypoyLingtBPMultigearOilEPHypogearEPShellSpriaxHDSpriaxEPEssoEssoGearOilGXFssoGearOilGPMobilMobilubeHDMobilubeEP/GXFeosoHeavyDutyEPFesgoEPTotalEP-BEP共石EP3000系列EP2000系列蘭州石化飛天牌85W/90、90、85W/140、14085W/90、90、85W/140、140茂名石化南海牌85W/90、90、85W/140、14085W/90、90、85W/140、140大連石化七星牌85W/90、90、85W/140、14085W/90、90、85W/140、140高橋石化海牌85W/90、90、85W/140、14085W/90、90、85W/140、140撫順石化遠(yuǎn)航牌80W/90、90、85W/140、140

燕山石化燕山牌85W/90、9085W/90、90大慶石化大慶牌85W/90、9085W/90、90獨(dú)山子煉油廠天山牌80W/90、9080W/90、90長城公司長城牌75W/90、80W/90、85W/9085W/140、90、14075W/90、80W/90、85W/9085W/140、90、140重慶一坪公司一坪牌75W/90、85W/90、80W/140

3.2車輛齒輪油的使用周期車輛齒輪油在使用過程中出現(xiàn)老化，理化性質(zhì)和使用性質(zhì)會逐漸發(fā)生變化，中國石化已制定出“普通車輛齒輪油換油指標(biāo)”見表8：

表8

普通車輛齒輪油換油指標(biāo)(SH/T0475-92)項目換油指標(biāo)試驗方法100℃粘度變化率%超過

+20～-10GB/T265水分/%>

1.0GB/T260酸值增加值/mgKOH/g>

0.5GB/T8030戊烷不溶物/%>

2.0GB/T8926鐵含量/%>

0.5GB/T0197

在實(shí)際使用中，車輛齒輪油的換油期通常是按行駛里程來決定，汽車生產(chǎn)廠家一般推薦傳動系統(tǒng)齒輪油換油期為二個二級保養(yǎng)里程，或按冬夏季節(jié)更換油。潤滑油生產(chǎn)廠家則按行車2.5萬-3萬公里換油。有條件的單位則可根據(jù)具體車況，測定油品粘度、酸值、石油醚不溶物、油中鐵含量、磷含量的變化，將換油期延至3萬-5萬公里。當(dāng)然無根據(jù)延長換油期，會造成傳動系統(tǒng)齒輪的損壞。特別是在條件惡劣的場合如礦山、高原等應(yīng)該縮短換油期。為了考察用國產(chǎn)添加劑研制的GL-5油的實(shí)際使用性能，研究國產(chǎn)極壓抗磨劑的質(zhì)量衰變規(guī)律，提出合理換油周期，為用戶將來訂購、選用、使用該檔齒輪油提供技術(shù)依據(jù)?？偤笥土涎芯克痛筮B石化公司對照GJB1108.2-91國家軍用汽車齒輪油鑒定檢驗規(guī)程，參考國內(nèi)外道路行車的經(jīng)驗，選用五臺日本三菱FV413載重車做10萬公里行車試驗和兩臺切諾基吉普車做5萬公里的行車試驗。試驗結(jié)束后經(jīng)對油品質(zhì)量監(jiān)測以及鐵譜、紅外等儀器分析，并對驅(qū)動橋齒輪副進(jìn)行詳細(xì)拆檢，得出結(jié)論：a國產(chǎn)GL-5油在整個試驗里程內(nèi)，具有優(yōu)良的極壓抗磨性、熱氧化安定性和防腐防銹性，以及低溫流動性。B用紅外光譜儀首次成功地監(jiān)控了GL-5齒輪油極壓抗磨劑降解，并用鐵譜儀對雙曲線齒輪副的磨損狀態(tài)和摩擦機(jī)理進(jìn)行研究，得出含硫添加劑消耗較慢而含磷劑消耗較快的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)在雙曲面齒輪仍屬正常磨損的情況下，驅(qū)動后橋存在20-100微米左右的光滑薄片磨粒。C對我國自行研制的GL-5齒輪油，其換油周期宜制定如下：

載重、牽引等大型卡車：7.0萬公里，

轎車、吉普車等中小型車：4.0萬公里。3.3車輛齒輪油在使用中的問題

車輛齒輪油的正確選用對保證齒輪裝置的正常工作是至關(guān)重要的，應(yīng)選用高檔車輛齒輪油，切不可貪圖價廉而使用低檔齒輪油。因為現(xiàn)代車輛齒輪油已成為齒輪裝置的結(jié)構(gòu)材料，在齒輪設(shè)計時必須進(jìn)行齒輪強(qiáng)度計算，齒輪油的粘度和承載能力是重要的參數(shù)。不遵守推薦用油規(guī)則必然會降齒輪裝置的壽命。其次，要強(qiáng)調(diào)正確合理使用車輛齒輪油，進(jìn)口齒輪油姑且不提，國內(nèi)各潤滑油生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的齒輪油的配方不同，特別是選用不同防腐防銹劑，有些添加劑之間在常溫下就能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀物。而且基礎(chǔ)油也不盡相同，因而未做相溶性試驗，不能盲目混用，對加劑量高的GL-5油更應(yīng)慎重。車輛齒輪油的管理也是一個重要的問題，高檔車輛齒輪油是有嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高技術(shù)產(chǎn)品，如果按照推薦的方法使用，可提供有效的服務(wù)并帶來經(jīng)濟(jì)性。齒輪油在使用中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)措施見表9：

表9

與齒輪油有關(guān)的使用問題問題可能原因改進(jìn)措施腐蝕缺少防銹劑油中含水腐蝕性的極壓劑污染物，如植物酸油氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)用加足夠防銹劑的油勤排水，勤換油防止污染物進(jìn)入油泡沫缺少抗泡劑抗泡劑析出油面高度不夠空氣進(jìn)入油中油中含水用含抗泡劑的油補(bǔ)加抗泡劑控制加油量防止空氣和水進(jìn)入油中沉淀或油泥添加劑析出遇水乳化油氧化生成不溶物使用貯存穩(wěn)定性好的油使用抗乳化性好的油或補(bǔ)加抗乳化劑使用氧化安定性好的油粘度增加粘度下降氧化過熱增粘劑被剪切使用氧化安定性好的油避免過熱使用剪切穩(wěn)定性高的增粘劑橋體過熱，齒面燒傷齒輪上油量不足，粘度太小長時間過載運(yùn)行齒輪殼體塵土堆積，妨礙散熱補(bǔ)油停車檢修清潔齒輪箱外殼齒面燒傷齒面點(diǎn)蝕油粘度太小齒面粗糙增加油的粘度，使用GL-5油提高齒面光潔度齒面膠合低溫啟動，輪齒嚙合不良低溫啟動前預(yù)熱，改進(jìn)裝配質(zhì)量

4.車輛齒輪油的發(fā)展趨勢

GL-5仍是當(dāng)前國內(nèi)外使用的最高檔次車輛齒輪油，我國自“七五”以來，研制生產(chǎn)出各種牌號的同類油，按GL-5配方劑量減半生產(chǎn)出相應(yīng)牌號GL-4，經(jīng)多年使用證明，完全可滿足各種車輛需要。換油期均達(dá)到5萬公里以上。隨著研究工作的深入及國產(chǎn)添加劑水平的提高，齒輪油加劑量越來越少，性能越來越高，具備相當(dāng)市場競爭能力。4.1提高經(jīng)濟(jì)性，降低成本近二十年來，隨著添加劑質(zhì)量的提高，添加劑配方技術(shù)取得長足進(jìn)步，配方組成更加完善、合理，各項性能指標(biāo)不斷提高，劑量不斷下降，經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高。從美國Lubrizol公司車輛齒輪油復(fù)合劑的添加量就可以看出這一發(fā)展趨勢。早期Anglamol2000的8.5%，經(jīng)過A-6043的7.0%，A-99的6.5%等，直到現(xiàn)在A-6085的4.8%。我國開始研制各種潤滑油時，加劑量都較國外同類產(chǎn)品偏高，為了能夠一次通過各種全尺寸臺架評定，配方的添加劑用量留有余地。這樣，國產(chǎn)潤滑油經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，技術(shù)含量偏低，缺乏市場競爭力。近些年來，我國又開展了優(yōu)化配方的研究，目的在于滿足潤滑油各項性能指標(biāo)的前提下，盡量降低總劑量，提高油品配方的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使添加劑用量與國外油品性能達(dá)到平衡合理，進(jìn)而接近或達(dá)到國外先進(jìn)水平。蘭州研發(fā)中心研制的RHY4203復(fù)合劑以4.3%加劑量達(dá)到了GL-5水平，RHY4162復(fù)合劑以2.4%的劑量調(diào)制的85W/90、80W/90卡車手動變速箱油，達(dá)到了APIMT-1規(guī)格。4.2齒輪油的低粘度化趨勢

為了節(jié)約機(jī)械設(shè)備和車輛傳動機(jī)構(gòu)中齒輪潤滑的燃料與動力消耗，世界各國都在積極研究與開發(fā)低粘度齒輪油。齒輪油的發(fā)展方向是低粘度和長壽命。降低粘度可帶來一系列好處：首先可減少摩擦阻力，降低動力消耗。有資料顯示，齒輪油的粘度降低一個級別，可節(jié)能1-5%；改善低溫流動性，可省掉潤滑油循環(huán)系統(tǒng)中的設(shè)備，節(jié)省加熱的必要能源；有利于散熱，冷卻部件；提高潤滑油的滲透性，易于進(jìn)到必要的潤滑部位。

長期以來，人們一直擔(dān)心齒輪油低粘度化會使設(shè)備潤滑不良，磨損增大，油泄漏多，密封不良，甚至?xí)l(fā)生振動或噪聲。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，潤滑油添加劑得到日新月異發(fā)展，對齒輪油使用性能的主體—承載能力和抗擦傷能力，已不再取決于粘度，而齒面上的吸附膜和化學(xué)膜成為主要的因素。潤滑劑摩擦化學(xué)為齒輪油低粘度化打下了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

美國曾用34輛重型卡車做行車試驗，比較各種粘度車輛齒輪油的節(jié)能效果，并對試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，證明低粘度的75W/90齒輪油有明顯節(jié)省燃料效果。

解放軍后勤工程學(xué)院在重慶地區(qū)夏季使用75W低粘度高劑量GL-5齒輪油在東風(fēng)貨車上運(yùn)行9萬公里，在不超載，路況良好情況下，差速器齒輪磨損量比使用18#雙曲線齒輪油減少50%，齒輪壽命延長一倍，節(jié)油率達(dá)4-6%，汽車啟動快，掛檔輕松，滑行和加速性能好，并可延長換油時間。4.3新一代車輛齒輪油

汽車工業(yè)的發(fā)展推動了車用潤滑油的進(jìn)步?？ㄜ囕d荷的增加使得驅(qū)動橋齒輪傳動功率的增加，而驅(qū)動橋齒輪的幾何尺寸并沒有很大的變化，導(dǎo)致齒面壓力增加，這要求車輛齒輪油有更大的承載能力。汽車車體設(shè)計不斷改進(jìn)，使空氣動力學(xué)性能更趨合理，汽車行駛時空氣阻力減小，流過驅(qū)動橋外殼表面的空氣流量減少，散熱性能變差，齒輪油的熱負(fù)荷增加，這要求齒輪油有更好的熱氧化安定性。國外汽車制造廠對驅(qū)動橋和變速箱設(shè)備的保險期提高至12萬公里，與此相關(guān)，要求提高車輛齒輪油壽命。GL-5型車輛齒輪油誕生已40年了，在這40年中，汽油機(jī)油已從SD更新到SL。80年代后期美國汽車工程師協(xié)會(SAE)、美國材料試驗學(xué)會(ASTM)和美國石油學(xué)會(API)開始考慮車輛齒輪油的換代問題，提出了PG-1和PG-2規(guī)格，新一代車輛齒輪油對承載性、熱氧化安定性、腐蝕性、密封件適應(yīng)性等有更高的要求，美國齒輪制造商希望PG-1和PG-2可以做到換油期100萬公里，和汽車同壽命。PG-1定型為MT-1規(guī)格，API正在著手做PG-2取代GL-5工作，該項工作完成之后可能成為GL-7規(guī)格，和GL-5相比，增加了一個齒輪剝落試驗(MackSpalling)和密封件適應(yīng)性試驗D5662，同時改進(jìn)了原先L-60氧化試驗的重復(fù)性和試驗中的漏油問題成為L-60-1，增加了漆膜評分和油泥評分。目前剝落試驗尚未正式公布，剝落試驗由于設(shè)備太復(fù)雜，重復(fù)性差，準(zhǔn)備用L-37改變條件來做齒輪剝落試驗，現(xiàn)正在試驗中。新一代齒輪油的主要評定項目如表10：

表10

新一代齒輪油的主要評定項目評定項目MT-1手動變速器油PG-2(GL-7)草案MIL-2105E1997臺架試驗(1)承載能力L-37——L-37L-37(2)抗擦傷性L-42——L-42L-42(3)銹蝕試驗L-33——L-33L-33(4)熱氧化安定性L-60ASTMD5704L-60-1D5704L-60-1D5704L-60-1(5)齒輪表面剝落試驗——Mack機(jī)——(6)高溫耐久性試驗ASTMD5579——D5579(7)抗磨損試驗D5182FZG————理化模擬(1)密封件適應(yīng)性SATMD5562D5562D5562/D471(2)銅片腐蝕試驗ASTMD130D130D130(3)抗泡沫性ASTMD892D892D892(4)成溝點(diǎn)試驗——FTM791-3456.1FTM791-3456.1(5)相容性試驗FTM791-3430.2FTM791-3430.2FTM791-3430.2(6)貯存安定性試驗FTM791-3440.1FTM791-3440.1FTM791-3440.1

5.知識問答1什么叫多級車輛齒輪油？怎樣表示？答：同一種齒輪油，它既具有低粘度齒輪油的性質(zhì)又具有高粘度齒輪油的性質(zhì)，這種齒輪油叫多級齒輪油。它用兩個數(shù)字表示，前一個數(shù)字表示這種齒輪油具備的低粘度油性質(zhì)，即這種齒輪油在冬季使用時具有的粘度等級，所以在這個數(shù)字后面加“W”；后一個數(shù)字表示這種齒輪油具有的高粘度油性質(zhì)，即在夏季使用時具有的粘度等級。280W/140GL-5含義是什么？應(yīng)用情況如何？

答：80W/140GL-5意指多級重負(fù)荷車輛齒輪油，其中80W表示在-26℃下表觀粘度不大于150pa.s，成溝點(diǎn)低于-35℃；140表示在100℃下的運(yùn)動粘度在24-41m㎡/s之間。應(yīng)用環(huán)境溫度為-25～49℃，為我國北方車輛四季通用油。這種大跨度高粘度齒輪油可滿足專業(yè)運(yùn)輸車隊的長途運(yùn)輸需要，廣泛用于歐美。調(diào)制該檔油必須輔加相當(dāng)數(shù)量的低溫性能好的高粘度聚α烯烴(PAO)或低分子量聚甲基丙烯酸酯稠化劑，價格要昂貴一些。但驅(qū)動橋用油量小，換油期可達(dá)6萬公里以上，從提高傳動效率、有效保護(hù)差速器、節(jié)省保養(yǎng)費(fèi)等綜合考慮還是經(jīng)濟(jì)合算，特別是我國超載卡車更應(yīng)該使用該檔油。3

為什么要使用多級齒輪油，它有什么優(yōu)點(diǎn)？答：在嚴(yán)寒的冬季，車輛驅(qū)動橋使用的齒輪油因低溫粘度太大，低溫流動性不好，在低溫啟動時，小齒輪軸承得不到足夠的潤滑，使小齒輪軸承常常出現(xiàn)破壞。我們知道，低粘度齒輪有有好的低溫流動性，但低粘度齒輪油的高溫潤滑性不好，容易使齒面發(fā)生擦傷、增加磨損、縮短壽命。為保證齒輪油在低溫流動性方面盡可能接近低粘度齒輪油水平，使低溫啟動時齒輪油和軸承得到滿意的潤滑；而在高溫潤滑性方面又有較高粘度齒輪油水平，使齒輪在裝置達(dá)到穩(wěn)定溫度時得到滿意的潤滑，所以要使用多級齒輪油。4

低粘度齒輪油的100℃運(yùn)動粘度最低界限是多少，為什么？答：最低界限是4.0m㎡。根據(jù)彈性流體潤滑理論，液體摩擦引起的扭矩?fù)p失隨齒輪油粘度下降而變小，但是，粘度小到一定程度后，由于潤滑狀態(tài)從彈性流體潤滑區(qū)進(jìn)入混合潤滑區(qū)，扭矩?fù)p失反面增大。齒輪油100℃運(yùn)動粘度對小齒輪軸承扭矩的影響研究表明，齒輪油粘度為4.0m㎡時，軸承旋轉(zhuǎn)扭矩最小，即齒輪油的軸承效率最高；粘度小于或大于4.0m㎡時，軸承旋轉(zhuǎn)扭矩都增大?？梢姡?0W和75W齒輪油的100℃運(yùn)動粘度定為4.1m㎡是有道理的。5工業(yè)齒輪油是按ISO統(tǒng)一編號，為什么車輛齒輪油沒有按ISO編號？

答：ISO潤滑劑、工業(yè)潤滑油和有關(guān)產(chǎn)品(L類)的分類C組，只包含工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)，L-CKB、L-CKC、L-CKD和L-CKE等，而不包含車輛齒輪油分類。這主要是由于歐洲與北美的汽車在設(shè)計上有所不同，汽車制造商對車輛用油也各有側(cè)重，反映在油品規(guī)格上存在一些差異，難以統(tǒng)一。因此，ISO也一直未發(fā)布車輛齒輪油的分類標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品規(guī)格，但世界各國基本上都認(rèn)可API的使用分類，GL-4、GL-5、MT-1等，產(chǎn)品規(guī)格以美軍規(guī)格最有代表性，MIL-L-2105D、MIL-L-2105E等。據(jù)SAE第三技術(shù)委員會1996年宣布，APIGL-4、GL-5和MT-1為有效分類，盡管GL-4的評定設(shè)備不再生產(chǎn)，性能評定無法進(jìn)行，原產(chǎn)品國內(nèi)外普遍采用通過GL-5臺架的配方劑量減半生產(chǎn)GL-4。

我國曾制定車輛齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)GB/T7631.-89，有三個產(chǎn)品級別：L-CLC、L-CLD、L-CLE，分別相當(dāng)于GL-3、GL-4和GL-5。五年之后，又等效采用ISO6743.6-1990制定GB/T7631.7-95工業(yè)齒輪油分類標(biāo)準(zhǔn)，原GB/T7631.7-89中的車輛齒輪油內(nèi)容被取消，我國目前有普通車輛齒輪油(GL-3)規(guī)格(SH0350-92)和重負(fù)荷車輛齒輪油(GL-5)標(biāo)準(zhǔn)(GB13895-92)。GL-4標(biāo)準(zhǔn)正著手制定。6為什么低溫粘度是冬用車輛齒輪油的關(guān)鍵性指標(biāo)之一？

答：車輛齒輪油的低溫粘度對齒輪工作有重要影響，齒輪副多是飛濺式潤滑，低溫時油品必須具有足夠的流動性，齒輪在傳動時才能將足夠量的油帶到齒面及軸承。150Pa.S表觀粘度是由不同粘度等級油(75W、80W、85W)在相應(yīng)低溫下(-40℃、-26℃、-12℃)后橋臺架試驗得出。例如，對75W齒輪同來說，當(dāng)-40℃表觀粘度高于150Pa.S時，環(huán)形齒輪不能攜帶潤滑油甩至主動齒輪軸承，此時雖然還能啟動，但齒面因潤滑不良而產(chǎn)生擦傷磨損。如繼續(xù)降溫，潤滑油完全失去流動性，環(huán)形齒輪將殼體內(nèi)潤滑油劃成溝槽，齒輪干摩擦，齒面燒結(jié)，此時車輛無法啟動。表觀粘度采用GB/T11145車用流體潤滑劑低溫表觀粘度測定法，成溝點(diǎn)采用SH/T0030車輛齒輪油成溝點(diǎn)測定法。在實(shí)際使用中，已找出油品表觀粘度、成溝點(diǎn)與傾點(diǎn)的可比關(guān)系：對大慶石蠟基油而言，其表觀粘度達(dá)150Pa.S時最高溫度與傾點(diǎn)接近，成溝點(diǎn)則比傾點(diǎn)低10℃左右。因此將傾點(diǎn)按150Pa.S時最高溫度低2℃控制，一般可滿足油品低溫性能指標(biāo)。例如多級油80W/90,其中150Pa.S時最高溫度為-26℃,成溝點(diǎn)不高于-35℃，在生產(chǎn)中可將傾點(diǎn)控制在-28℃。當(dāng)然，每批油在出廠時還應(yīng)按有關(guān)規(guī)定做出油品的表觀粘度和成溝點(diǎn)數(shù)據(jù)。7普通車輛齒輪油指標(biāo)中要求做四球機(jī)PB值與齒輪油的承載性有何關(guān)系？答：我國普通車輛齒輪油相當(dāng)于APIGL-3水平，該檔油在國外早已淘汰，但仍占我國齒輪油產(chǎn)量的1/3，用于各種拖拉機(jī)、農(nóng)用車驅(qū)動橋及變速器。該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(SH0350)中對齒輪油使用性能的主體，只規(guī)定了GB/T3142四球機(jī)法測定最大無卡咬負(fù)荷(PB)來考察油品的承載能力和抗擦傷性能。齒輪表面的損傷形式有膠合、擦傷、波紋、點(diǎn)蝕、剝落、拋光、磨粒磨損、腐蝕磨損等。齒輪油防止上述損傷出現(xiàn)的能力叫承載性。齒輪油的承載性跟四球機(jī)的PB值不完全是一回事，相關(guān)性較差，且PB值過高容易造成金屬的腐蝕磨損和發(fā)生銹蝕。承載性能高的GL-5其PB值并不比GL-3高。8

驅(qū)動橋齒輪經(jīng)常發(fā)生點(diǎn)蝕是怎么回事？答：點(diǎn)蝕是由于金屬疲勞引起的，點(diǎn)蝕可發(fā)生在齒輪的某一范圍，足以使齒牙受到破壞。要想了解油對點(diǎn)蝕的精確影響是十分困難的。導(dǎo)致齒面發(fā)生點(diǎn)蝕的原因是齒面上受到重復(fù)的應(yīng)力，使齒面出現(xiàn)裂紋。由于油的表面張力和油壓，油會進(jìn)入裂紋中，油的高壓作用會使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大。點(diǎn)蝕的另一種解釋是：重復(fù)的應(yīng)力會引起齒面下出現(xiàn)微小的裂紋，超過材料的抗拉強(qiáng)度時，裂紋擴(kuò)展到齒面上就發(fā)生點(diǎn)蝕。根據(jù)點(diǎn)蝕機(jī)理，可以得出這樣的結(jié)論：油的質(zhì)量和添加劑幾乎不會緩和點(diǎn)蝕。在新齒輪跑合期內(nèi)也會發(fā)生緩和得多的延遲點(diǎn)蝕。在跑合期內(nèi)，由于負(fù)荷高就會出現(xiàn)溫和的點(diǎn)蝕。但在齒輪的使用期內(nèi)，這種點(diǎn)蝕不會進(jìn)一步發(fā)展。在使用期內(nèi)除了擦傷和點(diǎn)蝕之外，還可能出現(xiàn)許多其它類型的齒輪損壞。9手動變速器油與驅(qū)動橋用油使用同一種油效果如何？

答：汽車變速器分手動變速器和自動變速器，我國目前生產(chǎn)的汽車大部分采用手動變速器。手動變速器傳動齒輪為圓柱形齒輪，負(fù)荷一般不超過2000Mpa，轉(zhuǎn)速較高，工作條件比后橋要溫和，應(yīng)選用較低粘度、含有較少極壓劑的齒輪油就可滿足。我國大部分汽車生產(chǎn)廠為管理方便，簡化用油品種，將變速器統(tǒng)一使用后橋油，這樣既影響了變速器齒輪的壽命又降低了傳動效率。手動變速器占整個驅(qū)動系統(tǒng)能源總損失3.1%，不容忽視。特別是新型汽車采用帶同步器的變速器。同步環(huán)多為銅制品，對腐蝕要求很嚴(yán)，后橋齒輪油是無法滿足的。大連石化公司為引進(jìn)“奔馳”汽車生產(chǎn)線研制的低粘度80W/85變速器專用油經(jīng)德國ZF公司鑒定，符合APIGL-4質(zhì)量指標(biāo)，可用做德國生產(chǎn)的各種汽車變速器潤滑油。實(shí)際使用證明該變速器延長了換油期、提高了密封性，積碳減少，提高了傳動效率。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，手動變速器油與驅(qū)動橋用油有各自成體系的趨勢，API推出的MT-1手動變速器油規(guī)格，該油主要用于北美，而歐洲、日本則主要用低粘度GL-4油。10為判斷GL-5油的真?zhèn)?，分析油中硫、磷元素的含量就可大致搞清，這種作法是否有道理？答：硫磷型GL-5齒輪油的配方中，90%是含硫、磷添加劑組成。為了能通過條件苛刻的L-37承載能力試驗和L-42抗擦傷性能試驗，含硫劑與含磷劑有一最佳配比，根據(jù)含磷劑的化學(xué)活性，通常S/P之比為15-25.1。以前國內(nèi)研制的GL-5油的配方中，硫化異丁烯T321(含硫量42%)加量在4.5%以上。最新研制的GL-5油經(jīng)濟(jì)配方，硫烯的加量也在3%以上，因此油中的硫含應(yīng)在1.2%以上。根據(jù)S/P比例推測，油中磷含量應(yīng)在0.06%以上，如果低于這個數(shù)值，就有可能是其它檔次的油了。對于用進(jìn)口復(fù)合劑調(diào)制的GL-5油，加劑量偏低，但其硫磷含量也應(yīng)在這個范圍里。11調(diào)制多級齒輪油，為什么要強(qiáng)調(diào)只能加抗剪切安定好的低分子量稠化劑？答：雙曲線齒輪由于其偏置結(jié)構(gòu)，不僅在齒高方向，而且在齒長方向都會產(chǎn)生較大的滑移速度。內(nèi)燃機(jī)油承受的剪切速率是10exp4/s，液壓油是10exp6/s，而車輛齒輪油受到剪切速率高達(dá)10exp8/s,因此多級車輛齒輪油中添加的稠化劑，其剪切安定性更顯得重要，它直接影響齒輪油的粘度級別。一種稠化劑剪切安定性的好壞取決于其分子量大小，分子量分布的寬窄及在潤滑油中的流體動力學(xué)體積。剪切穩(wěn)定性差的稠化劑，其高分子鏈在剪切力的作用下，主鏈斷裂，導(dǎo)致分子量減小，使油品粘度下降，達(dá)不到使用粘度要求，從而對磨損、油耗等產(chǎn)生負(fù)面影響。國內(nèi)現(xiàn)有的稠化劑中聚異丁烯，盡管稠化能力小，但其剪切安定性良好，早在1982年蘭煉研究所在試制普通車輛齒輪油時，曾做過行車使用試驗，在CL-100齒輪機(jī)上剪切安定性表現(xiàn)良好的3000～5000的低分子量聚異丁烯，行車試驗6000km后，試油100℃運(yùn)動粘度降到未加稠化劑水平?？偤笥土涎芯克鶎Τ砘X輪油做過試驗得出結(jié)論：實(shí)車試驗結(jié)果與FZG齒輪機(jī)剪切試驗有良好的對應(yīng)關(guān)系，F(xiàn)ZG20小時剪切后相當(dāng)于3000km的實(shí)車試驗，3000km后油品粘度下降減緩，5000km后粘度幾乎不再變化。目前，國內(nèi)外使用較多的齒輪油稠化劑是低分子量聚甲基丙烯酸酯，其低溫粘度小