Передать без потерь

Мощность, развиваемая двигателем, передается к ведущим колесам с помощью трансмиссии, причем "по дороге" происходит преобразование ее составляющих (крутящего момента и угловой скорости): сначала - в коробке передач, затем - в главной передаче. Чтобы эти агрегаты могли функционировать с наименьшими потерями энергии, в них заливают, как правило, трансмиссионное масло (объединенные системы смазки двигателя и трансмиссии пока широкого распространения не получили).

Почему плохо моторное. Работа смазочного масла в трансмиссии существенно отличается от работы в двигателе, где в парах трения имеют место умеренные удельные нагрузки при высокой скорости скольжения. В этих условиях несущая способность пары трения обеспечивается благодаря вязкости: между поверхностями образуется масляный клин, который предотвращает непосредственный контакт трущихся пар.

В шестеренчатых же передачах относительная скорость скольжения невелика, а удельные нагрузки - очень большие, достигающие 5000 МПа. Вязкость в этих условиях не может обеспечить разъединения контактирующих поверхностей.

Поэтому первое, основное, требование к трансмиссионному маслу - предотвращение повреждения и изнашивания поверхностей зубчатых и червячных колес, определяемое смазывающими свойствами масла, которые характеризуются следующими показателями: индексом задира, критической нагрузкой, нагрузкой сваривания и показателем износа.

Индекс задира характеризует способность смазочного материала снижать повреждения трущихся поверхностей при полусухом трении.

Критическая нагрузка характеризует способность смазочного материала предотвращать возникновение задира.

Нагрузка сваривания выражает предельную работоспособность смазочного материала. Если нагрузка сваривания превышается, шестерни мгновенно выходят из строя.

Показатель износа характеризует влияние смазочного материала на изнашивание тел трения при постоянной нагрузке, которая меньше критической.

В автомобиле, особенно в тяжелых условиях, работают пары трения гипоидной главной передачи. В отличие от цилиндрических и конических (в том числе - спирально-конических) зубчатых передач в гипоидной передаче имеет место значительное проскальзывание вдоль линии контакта шестерен. Хотя это способствует приработке пар трения и более спокойной работе, но ограничивает несущую способность передачи из-за интенсивного тепловыделения в зоне контакта.

Второе требование к трансмиссионному маслу - обеспечение передачи мощности с минимумом потерь, которые зависят от коэффициента трения зубьев и вязкости масла.

Остальные требования к трансмиссионному маслу примерно такие же, как к моторному: широкий интервал температур применения, стабильность, отсутствие коррозионного действия.

Температурный интервал трансмиссионного масла определяется температурой окружающего воздуха (при трогании после длительной стоянки) и температурой при длительной работе в тяжелых условиях.

В жаркие дни температура масла может достигать 80...100°С, а при тяжелых режимах эксплуатации доходить до 150°С. Температура же в точках контактов трущихся поверхностей может достигать 300...1000°С, правда, очень кратковременно.

При понижении температуры масла из-за увеличения вязкости возрастают потери на трение и на перемешивание масла.

Установлены предельные значения вязкости трансмиссионного масла: нижний 5, верхний 50 000 сСт.

Нижний предел определяется не столько несущей способностью пар трения, сколько работоспособностью уплотнений: слишком жидкое масло быстро вытекало бы через манжетные уплотнения.

Верхний предел определяется возможностью трогания автомобиля с места без разогрева масла и движения на первой передаче со скоростью 10 км/ч. Другими словами, если вязкость не превышает указанной, при трогании с места не будет никаких проблем. Но все же нижний температурный предел применения масла определяется не верхним пределом вязкости, а прочностью застывшего масла. Сначала в нем замерзают тяжелые фракции, затем, с понижением температуры - легкие. Поэтому температура застывания масла - величина в известной мере условная. При температуре застывания часть легких фракций еще находится в жидком состоянии, и хотя застывшее масло представляет собой практически твердое тело, предел прочности его невелик. Это значит, что даже при застывшем масле можно провернуть шестерни, не прилагая к ним опасного момента. Поэтому температурный предел применения трансмиссионного масла ниже температуры его застывания. Но при дальнейшем понижении температуры масло становится настолько прочным, что без его подогрева нельзя ни повернуть руль, ни тронуться с места.

Известны случаи, когда при очень сильных морозах попытка завести автомобиль с помощью буксира кончалась поломкой полуосей.

Большинство трансмиссионных масел готовят из смеси дистиллятного (т. е. полученного перегонкой) и остаточного масел сернистых нефтей (масло поэтому имеет неприятный серный запах). Для улучшения смазывающей способности (маслянистости) в масле обычно оставляют асфальто-смолистые вещества (такие масла имеют черный цвет). Наличие в масле серы предотвращает задиры, но, кроме того, к маслу добавляют противозадирные и антифрикционные (снижающие трение) присадки, но не такие, какие используют в моторных маслах. В данном случае применяют серо-, фосфоро- и азотосодержащие соединения, металлоорганические соединения свинца, цинка, алюминия, молибдена, животные и растительные жиры, жирные кислоты, их эфиры, смоляные и нафтеновые кислоты, масла жирных кислот и т. д. Трансмиссионное масло может также содержать противоокислительную, противоизносную и депрессаторную присадки.

Марки трансмиссионных масел. Около полувека отечественному автотранспорту служили "добрые, старые" нигролы. Они в большом количестве содержали смолы, благодаря которым обладали высокой смазывающей способностью. Но они обладали низкими вязкостно-температурными свойствами: критические значения вязкости имели место у летнего нигрола уже при минус 5°С, а у зимнего - при минус 15°С. Это и предопределило судьбу нигролов: в 70-х годах их выпуск прекращен.

Сегодня лучшее трансмиссионное масло - ТАД-17И. Его можно применять во всех агрегатах трансмиссии и рулевом механизме¹.

¹ (В коробке передач "Лады" ТАД-17И применять не рекомендуется из-за снижения ресурса бронзовых синхронизаторов)

Наряду с высокими противоизносными качествами это масло обладает антикоррозионными и антиокислительными свойствами, оно стойко в присутствии воды. Хотя оно и уступает гипоидному маслу по нагрузке сваривания, сейчас это не препятствует применению ТАД- 17И в трансмиссиях выпускаемых автомобилей, так как шестерни главной передачи в настоящее время фосфатируют. Но и при нефосфатированных шестернях заднего моста можно применять ТАД-17И после приработки, т. е. после 10 - 12 тыс. км пробега.

ТАД-17И выгодно отличает от других трансмиссионных масел то, что оно прозрачно: имеет красивый золотистый цвет свежего меда. Это позволяет судить о том, как интенсивно идут процессы изнашивания в агрегате. При загрязнении продуктами изнашивания масло сереет и теряет прозрачность: это значит, что его пора заменять. Но, к сожалению, ТАД-17И не хватает для полного удовлетворения потребности в нем, и поэтому приходится подбирать заменители.

Характеристики выпускаемых трансмиссионных масел и рекомендации по их применению приведены в табл. 16. Все они имеют противоизносную или противозадирную и депрессаторную присадки, а некоторые, кроме того, антипенную (ТСп-14,5 и ТСп-10) и противоокислительную (ТСп-14гип) присадки.

Из таблицы видно, что первые приведенные в ней два масла имеют вязкость большую, чем остальные. Благодаря этому им можно отдать предпочтение даже перед ТАД-17И в двух случаях: во-первых, при подтекании масла через уплотнения и отсутствии запасных уплотнительных манжет (переход на более вязкое масло снизит утечку); во-вторых, при "гудении" заднего моста, что нередко наблюдается у "Москвичей". "Гудение" уменьшается, если вместо ТАД-17И залить гипоидное масло. Кстати, полностью избавиться от "гудения" заднего моста позволяет дисульфид молибдена - импортный препарат, выпускаемый в виде пасты в тюбиках. "Колбаску" пасты (1,5...2 см) нужно выдавить в заливное отверстие заднего моста.

Применяя более вязкое масло, следует помнить, что расход бензина при этом возрастает на 2...4%.

При эксплуатации автомобиля при температурах более низких, чем указано в таблице, допускается добавлять в масло до 25% зимнего или арктического дизельного топлива, но с приходом весны нужно залить чистое масло.

Таблица 16. Характеристики и применяемость трансмиссионных масел

Один мой хороший знакомый водит автомобиль с детских лет, даже сам построил две машины, и тем не менее с ним произошел неприятный случай. Он ехал на своем самодельном "Варане" с двигателем от ГАЗ-24 из Махачкалы в Москву. Двигатель был далеко не новый, и когда уже недалеко от Москвы мой товарищ посмотрел на маслоизмерительный щуп, уровень масла был ниже минимально допустимого. Он долил масло и поехал дальше. Километров через 40 двигатель застучал - "полетели" вкладыши шатунов. Оказывается, он вместо М12Г₁ влил в двигатель ТАД-17И: по цвету они похожи.

Тому, кто не знает характерного запаха ТАД-17И или из-за насморка не может его различить, рекомендую очень простой способ определения принадлежности масла: капни его в воду. Капля моторного масла в виде темной линзочки остается плавать на поверхности, а капля трансмиссионного масла белеет снизу и растекается по поверхности.

О сроках смены масла. Нужно отметить существенное различие условий работы трансмиссионного масла в разных агрегатах автомобиля. В рулевом редукторе масло почти не работает, и поэтому его не меняют в течение всего срока службы автомобиля. В коробке передач масло выполняет свою функцию "салазок для мощности" на всех передачах, кроме прямой. При движении на прямой передаче масло только перемешивается, но не подвергается действию высокой температуры и не загрязняется продуктами изнашивания. Температура коробки при этом невысока, так как в ней малы потери на трение. Хуже всего маслу приходится в главной передаче, так как оно там работает постоянно, причем при высоком проскальзывании шестерен. Поэтому масло в коробке передач при эксплуатации автомобиля на загородных равнинных асфальтовых дорогах можно менять в два раза реже, чем в заднем мосту (т. е. через 40...60 тыс. км пробега).

При замене ТАД-17И другими маслами пробег между сменой масла следует сократить на ¹/₃...¹/₄.

Можно ли выйти из положения? Бывает так, что масло из коробки передач или заднего моста вытекло, а нового нет. Как быть? В коробку передач можно залить, чтоб доехать, моторное масло (чем гуще, тем лучше), но при этом стараться при включенных понижающих передачах не давать нагрузки двигателю и как можно больше двигаться на прямой передаче.

Испытания, проведенные в НАМИ, показали, что гипоидный задний мост при отсутствии масла выходит из строя через несколько минут. Моторное масло сюда совершенно не годится. Если нет гипоидного масла, то в приработанный задний мост можно залить на короткое время трансмиссионное масло, кроме ТСп-14,5, но при тихой, без нагрузок езде. Нормально эксплуатировать гипоидный задний мост с негипоидным маслом нельзя. Что же касается масла ТСп-14гип, то по своим эксплуатационным свойствам при применении в легковых автомобилях оно не уступает маслу для гипоидных передач по ГОСТ 4003-53.