1、KMG0310-10 车辆齿轮油推荐导则 1 车辆齿轮油简介 车辆齿轮油应用于车辆的传动系统,传递发动机产生的动力,是车辆动力传递的关键。质量好的车辆齿轮油可以减少动力传递过程中动能的损耗,保护齿轮,节能降耗。质量不好的车辆齿轮油不仅无法传递动力,而且对齿轮造成严重破坏,甚至断齿,使车辆瘫痪。 在过去 30 年中,齿轮润滑油的发展主要体现在降低系统成本的同时提高油品性能:从最初的硫化鲸鱼脂,到如今的高性能全合成齿轮油。在此期间,直接导致齿轮油配方变化的原因是各类载重运输车辆的发展,同时也受到环境保护要求和政策法规的压力。 近年来,随着汽车工业的发展,车辆设备性能结构的变化使车辆传动部位的润滑条
2、件较过去更为苛刻: (1)齿轮箱体积更小:由于使用者对燃油经济性的要求,汽车制造商提高了后桥及变速箱传动功率密度,使齿轮箱内润滑油的容量变小,从而引起齿轮温度和负荷提高。 (2)空气动力学设计:可以有效提高燃油效率,但同时使后桥及变速箱周围的空气流速降低,有 OEM 报道,采用空气动力学设计可能使重负荷卡车手动变速箱的工作温度提高 2530。 (3)缓冲器的使用:容易在齿轮齿尖产生剥坑。 (4)同步器的广泛应用:在同步耐久性、抗点蚀、抗擦伤性能上对油品有进一步的要求。 随着汽车技术不断发展,许多汽车制造厂商对汽车齿轮油的要求超过现有的车辆齿轮油标准,增加了 OEM 要求,并且变速箱和驱动桥用油
3、有各自成体系的趋势,因此正确推荐车辆齿轮用油十分必要,可有效保护齿轮设备及用户的经济利益。 2 车辆齿轮油分类 机械式传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成。其中万向传动装置由万向节和传动轴组成,驱动桥由主减速器和差速器组成,见图。 齿轮油润滑的部位主要集中在变速箱和驱 动桥。变速箱和后桥齿轮的材质和结构不同,分开选油可保证变速箱密封件不泄露,铜部件不腐蚀及后桥齿轮得到充分润滑。车辆齿轮油的选用主要可依照粘度和质量进行分类。 2.1 粘度分类 根据美国汽车工程师学会(SAE J306-2005)最新的粘度分类(表 1) ,将车辆齿轮油粘度等级由 1991 年的 7 个牌号增加到
4、 11 个。其中带尾缀“W”的低温环境用齿轮油,根据齿轮油低温表观粘度达到 150PaS 的最高温度和 100时的最小运动粘度两项指标,分为 70W、75W、80W、85W 四档,没有尾缀“W”齿轮油根据 100时的运动粘度范围划分为 80、85、90、110、140、190 等六档。目前广泛使用的车辆齿轮油为满足车辆齿轮油在温差大、条件苛刻的环境下使用的多级油。 原厂设备制造商们( OEM)对齿轮油提出了如后桥效率、温度控制、节能、传动性能及其它方面的性能要求,使 SAE 对车辆齿轮油粘度分类增加了 80 和 85 两个新的粘度级别,且低粘度级别粘度指标降低,顺应了车用齿轮油朝着低粘度多级方
5、向的发展趋势,此外还增加了剪切安定性的指标,以保证齿轮油在使用过程中保持有效的粘度。 表 1 美国汽车工程师学会( SAE J306-2005)最新的粘度分类 SAE 粘度级别 粘度 150000cp 最高温度 100粘度 cst 最小1) 100粘度 cst 最大 70W 75W 80W 85W 80 85 90 110 140 190 250 -55 -40 -26 -12 - - - - - - - 4.1 4.1 7.0 11.0 7.0 11.0 13.5 18.5 24.0 32.5 41.0 - - - - 11.0 13.5 18.5 24.0 32.5 41.0 - 注:1)
6、粘度指标必须在通过 CEC L-45-T-93(20 小时)剪切试验后仍然满足。 多级油的粘度级别及相应的高低温性能要求见表 2。 表 2 车辆齿轮油的主要品种-粘度分类 SAE 粘度级别 粘度 150000cp 最高温度 100粘度 cst 最小 100粘度 cst 最大 75W/80 75W/85 75W/90 80W/85 80W/90 80W/110 80W/140 85W/90 85W/110 85W/140 85W/190 85W/250 -40 -40 -40 -26 -26 -26 -26 -12 -12 -12 -12 -12 7.0 11.0 13.5 11.0 13.5
7、18.5 24.0 13.5 18.5 24.0 32.5 41.0 11.0 13.5 18.5 13.5 18.5 24.0 32.5 18.5 24.0 32.5 41.0 - 2.2 质量分类 根据齿轮油的用途和苛刻的工作条件, API 把车辆齿轮油分成 GL-1、 GL-2、 GL-3、GL-4、 GL-5、 GL-6 等六个质量等级和 MT-1、 PG-2 以及尚在讨论的 PM-1、 PM-2 试验规格,见表 3。 表 3 车辆齿轮油的主要品种 -质量分类 API 分类 油品类型 应用场合 GL-4 与已淘汰的 MIL-L-2105 规格相当 重负荷螺旋伞齿轮及缓和的双曲线齿轮 G
8、L-5 与现行的 MIL-L-2105D 规格相当 高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下的各类齿轮,特别是双曲线齿轮 MT-1(PG-1) 含热稳定剂和极压剂 重型卡车及公共汽车的手动变速箱 PG-2 尚在讨论中的 GL-5 的升级换代油 重型卡车和公共汽车后桥的螺旋伞齿轮和双曲线齿轮 PM-1 尚在讨论中 带有同步器的轻型卡车及小轿车的手动变速箱油 PM-2 尚在讨论中 带有同步器的中型、重型卡车及小轿车的手动变速箱油 API 的齿轮油 GL 使用性能分级有相应的规格。GL-4 油适用于主减速器是双曲线齿轮的车辆,但负荷不超过 2000MPa,齿面滑移速度在 1.58m/s 的车;驱动桥为
9、单准双曲线齿轮、重负荷螺旋伞齿轮及缓合的双曲线齿轮,和美国军用规格 MIL-L-2105 齿轮油的性能相当。 GL-5 的抗 擦伤性能等于或优于标准齿轮油 RGO-110,油品质量符合美军规格MIL-L-2105B(1962) 、MIL-L-2105C(1976) 、MIL-L-2105D(1987) 。 80 年代后期美国汽车工程师协会(SAE)、 美国材料试验学会(ASTM)和美国石油学会(API)开始考虑车辆齿轮油的换代问题,提出了 PG-1、PG-2 和 PM-1 三种规格的齿轮油,MT-1(API PG-1)是手动传动系统所用高于 GL-4 的齿轮油,用在重型卡车及公共汽车的手动变速
10、箱上,要求具有良好的热安定性、清净性、抗氧化性、抗磨性、抗泡性并和密封材料及青铜件有良好的配伍性。PG-2、PM-1 规格尚在讨论中,PG-2 用于重型卡车的后桥传动装置,是 GL-5 的升级换代油,该油应具有良好的热安定性、清净性、与密封材料的配伍性,良好的抗剥落性能,抗擦伤性能要等于或优于 GL-5 油,并能保护铜金属不腐蚀, 正式规格可能是GL-7; 和GL-5相比, 增加了一个齿轮剥落试验(Mack Spalling)和密封件适应性试验 D5662, 同时改进了原先 L-60 氧化试验的重复性和试验中的漏油问题成为 L-60-1,增加了漆膜评分和油泥评分。目前剥落试验尚未正式公布,剥落
11、试验由于设备太复杂,重复性差,准备用 L-37 改变条件来做齿轮剥落试验。PM-1 则是用于小轿车、轻型卡车的手动变速箱油, 要求满足以下需要:良好的同 步性能,-40下的低温流动性,热氧化安定性,密封适应性,也考虑抗泡性、防腐蚀和抗点蚀等性能要求。由于 MT-1 规格适用于非同步的重负荷变速箱,虽然 API MT-1 标准在北美相当普及,但在其它地区却难以普及。例如欧洲的商用车变速箱广泛使用同步器变速箱,同步性能限制了 GL-5 和 MT-1 的使用。因此,随着同步器在新型手动变速箱上的广泛使用,新的手动变速箱油评定方法和规格正在积极制定中。近年来,SAE 向 ASTM 提出要求开发适用于同
12、步器式手动变速箱的新的油品规格,简述了新规格的齿轮性能的要求。ASTM 召集工作组开会进行讨论,提出了商用车同步器式手动变速箱 PM-2 规格。PM-2 适用于带有同步器的中、重型卡车手动变速箱和前驱动桥。PM-2 提供了目前 API GL-4、API MT-1 和所建议的 PM-1 规格中没有的性能,不仅适用于道路/非道路车辆的同步/非同步手动变速箱,以及中、重负荷速度下的锥齿轮和斜齿轮车轴,同时还可以用于驱动桥。达到 PM-2 要求的润滑油能够对超速、超重负荷的摩擦表面提供保护,具有良好的抗磨损性能、同步性能、抗氧化性能和密封适应性。因此,PM-2 有望成为全球通用的手动变速箱规格。 目前
13、国内汽车齿轮油分类有两种,一种按粘度分类,其分类标准参照 SAE 粘度分类(SAE J306)执行,另一种是按使用性能分类,执行标准为 GB/T7631.7-1995,它与 API分类的对应关系,具体如表 4 所列。 表 4 我国车辆齿轮油的详细分类 (GB7631.7-1995) 代号 组成特性和使用说明 使用部位 相当 API分类 CLC 普通车辆齿轮油 精制矿油加抗氧剂、防锈剂、抗泡剂和少量极压剂等制成,适用于中等速度和负荷比较苛刻的手动变速器和螺旋伞齿轮的驱动桥 手动变速器、螺旋伞齿轮的驱动桥 GL-3 CLD 中负荷车辆齿轮油 精制矿油加抗氧剂、防锈剂、抗泡剂和极压剂等制成,适用于在
14、低速高扭矩、高速低扭矩下操作的各种齿轮,特别是客车和其它各种车辆用的准双曲面齿轮 手动变速器、螺旋伞齿轮和使用条件不太苛刻的准双曲面齿轮驱动桥 GL-4 CLE 重负荷车辆齿轮油 精制矿油加抗氧剂、防锈剂、抗泡剂和极压剂等制成,适用于在高速冲击负荷、高速低扭矩、低速高扭矩下操作的各种齿轮,特别是客车和其它各种车辆的准双曲面齿轮 操作条件缓和或苛刻的准双曲面齿轮及其它各种齿轮的驱动桥 GL-5 3 车辆齿轮油的选用原则 正确选用车辆齿轮油要从两方面入手:一方面要根据油品最低环境温度和传动装置最高运行温度来确定油品的粘度等级;另一方面要根据齿轮类型、工作条件确定油品的种类或质量等级如变速箱油或 G
15、L-4、GL-5 等。 由于我国幅员广阔, 南北气候相差很大, 不能按同一模式来选择车辆齿轮油的粘度。我国南方冬季温度很少低于 -10,可全年使用 SAE90 和 SAE140 车辆齿轮油;北方地区,为适当延长换油期,避免季节换油造成浪费,可选用冬夏通用的多级油。黄河以南地区可选用 85W/90、 85W/140 车辆齿轮油;三北地区可选用 80W/90 车辆齿轮油;寒区及严寒区选用 75W/90 车辆齿轮油。使用多级油(例如 85W/90、 85W/140 或 80W/90、80W/140 等)可以减少随季节换油造成的浪费(表 5) 。 表 5 齿轮油粘度级别选用表 环境温度/ 车辆齿轮油粘
16、度级别 -5710 75W -2549 80W/90 -1549 85W/90 -1549 85W/140 -1249 90 -749 140 车辆齿轮油的选用原则可遵循以下几点: (1) 适宜的粘度:粘度过大,会使摩擦面发热,造成不必要的动力损耗;粘度过小,由于离心力的作用,易使油从齿面甩掉,容易从油封漏油,而且油膜强度低,可能产生大的磨损和烧结。一般卡车用油的粘度高于小轿车。 (2) 适中的极压性能:双曲线齿轮齿面滑动速度大,发生烧结的可能性大,所以要有适度的极压性能,维持适当的承载性。但是,齿轮油的极压性不能太强,太强会造成腐蚀磨损,使承载能力下降。 (3) 变速箱和后桥应分开选油:变速
17、箱和后桥齿轮的材质和结构不同,分开选油保证变速箱密封件不泄露,铜部件不腐蚀及后桥齿轮得到充分润滑。双曲线齿轮传动具有啮合平顺性好、减速比大等特点而被广泛地使用于汽车后桥主减速器齿轮传动。但由于双曲线齿轮在啮合传动过程中,传递的压力和相对滑移速度及瞬时的温度都要比变速箱齿轮传动苛刻,所以油膜易被破坏,需加入大量含硫、磷等元素的有机化合物作为极压添加剂,在极压条件下,这些添加剂在摩擦面表面生成一层无机极压润滑膜,其中,含硫添加剂对有色金属,尤其对铜及其合金有较强的腐蚀作用,可见后桥应使用活性高、极压抗磨性更好的 GL-5 油。而手动变速箱齿轮的工作负荷较驱动桥齿轮低,且多为直齿或者螺旋伞齿轮,不需
18、要加入 GL-5 油。MTF18 手动变速箱油具有优异的热氧化安定性和抗磨性,可保证油品高温下不易生成油泥,换档顺畅。 选用中高档齿轮油,不仅可以有效地保护齿轮,降低磨损,同时可以带来延长油品使用寿命,降低保养费用,节约燃油等好处。 4 昆仑车辆齿轮油产品及选用 昆仑车辆齿轮油按润滑部位,可分为两类:一为手动变速箱油,主要为 MTF10 乘用车手动变速箱油、MTF18 商用车手动变速箱油、GL-4 中负荷车辆齿轮油;二为后桥车辆齿轮油:GL-5+长寿命车辆齿轮油、GL-5 重负荷车辆齿轮油、GL-4 中负荷车辆齿轮油。 代表当今齿轮油最高水平的是美军 MIL-PRF-2105E 规格的 KDL
19、16 重负荷多效齿轮油,可同时用于变速箱和后桥用油。推荐导则可参看表 6。 表 6 昆仑车辆齿轮油推荐导则 1 油品名称 推荐原则(理论或经验) 典型设备示例 MTF10 乘用车手动变速箱油或 GL-4 中负荷车辆齿轮油 油品性能满足 API PM-1 轻型车手动变速箱油规格。适用于轿车和轻型车辆同步啮合手动变速箱和传动轴及非双曲线齿轮传动箱润滑。 通过了 SSP-180 AudiB80 同步耐久性台架试验和上海汽车变速器有限公司检测中心SH63 变速器总成台架试验。目前在北汽福田 AUMARK 轻型车变速箱中做使用试验。 续表 6 昆仑车辆齿轮油推荐导则 1 油品名称 推荐原则(理论或经验)
20、 典型设备示例 MTF18 商用车手动变速箱油或 KDL16 重负荷多效齿轮油 油品性能满足 APIMT-1 手动变速箱油规格。 可用于所有卡车及公共汽车的手动变速箱润滑。 通过了东风汽车公司 10 万公里道路考核试验,是目前汽车变速箱规定的换油里程24000km 的 4 倍。 綦江齿轮传动有限公司装备清华大学汽车工程系变速器氢燃料电池客车在北京奥运会期间进行载客示范运行,效果良好。 驱动桥用油推荐导则参看表 7。 表 7 昆仑车辆齿轮油推荐导则 2 油品名称 推荐原则(理论或经验) 典型设备示例 GL-5+ 适用于载重 14 吨以上的重型/超重型载重汽车的驱动桥润滑,尤其是双曲线齿轮驱动桥的
21、润滑,特别适用于高轴偏置双曲线齿轮后桥传动(偏置大于 2 英寸并接近环齿轮直径的 25) 。 通过中国一汽 CA1281P2K2L3T1 重载车 和东风汽车公司 EQ1141G、EQ1206、EQ1290、EQ153 重载车 10 万公里不换油道路考核试验 GL-5 油品质量满足 APIGL-5 和GB/T13895-92 规格要求,适用于高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下的双曲线齿轮 东风汽车: 东风天龙/东风大力神/东风天锦/东风大货车;中国重汽:HOWO/斯太尔/黄河 北汽福田:欧曼牵引车/福田客车/奥铃;陕西重汽:德龙 F2000;德御;奥龙系列;上汽依维柯:红岩斯太尔;一汽:解放
22、 GL-4 油品满足 Q/SYRH2025-2003 质量要 求,GL-5 复合剂剂量减半调制 用于中负荷螺旋伞齿轮及缓和的双曲线 齿轮的驱动桥 KDL16 重负荷多效齿轮油 油品规格满足美军 MIL-PRF-2105E规格,代表当今世界上水平最高的齿轮油适用于汽车齿轮部件、转向齿轮部件、重负荷非同步 7 型和 8型手动传动箱和汽车万向接头的润滑。(手动变速箱和驱动桥通用) 通过了中国兵器工业集团第 617 厂和中国人民解放军63963部队在ZBL08式轮式步兵战车、 红旗七导弹发射车变速箱、 96A和 99 坦克侧减速器可靠性台架考核试验工作,研制油通过总装部组织的军方验收,已被 2009
23、年国庆阅兵相关装备做为指定用油。 为了便于将昆仑车辆齿轮油与国外同类产品进行替代,将其与国外产品进行对照,参看表 8、表 9。 表 8 昆仑驱动桥齿轮油品与国外产品对照表 API 质量 分类 中国 “昆仑” BP Shell Mobil Esso Castrol Fuchs chevron CaltexGL-5 重负荷车辆齿轮油 BP Energear HYPO-U Shell Spirax A Mobil Lube HD ESSO GEAR OILGX CastrolHypoy B&C 大力士HYPTitam Gear MP Thuban HD (GL-5)Thuban GL5 GL-4 中
24、负荷车辆齿轮油 BP Energear SHX-A Shell Spirax G Mobillube GX ESSO GEAR OIL GPSMX (GL-4)Titam Gear MP Thuban HD (GL-4)Thuban GL4 表 9 昆仑手动变速箱油品与国外产品对照表 车 型 中国 “昆仑” Shell Mobil Esso Castrol Fuchs Caltex 轻 型 车 MTF10 Shell Getriebeoel EP 75W-90 Mobil lube GX ESSO GEAR OILGX75W/80、75W/90 Castrol SMX S 75w-85 Ful
25、ly Synthetic Manual Transmission Fluid TITAN GEAR MP Thuban GL4商 用 车 、 客 车 MTF18 ShellSpirax Asx 75W/90、75W/140 Shell SpiraxG 80W/90 Mobil Delvac Synthetic Transmission Fluids ESSO GEAR OILGX80W/90、85W/140 Castrol Syntrans Max Castrol Dynadrive Plus TITAN GEAR HYP Caltex SynstarTL Automobile Synthet
26、ic gear oil 5 车辆齿轮油的更换 目前我国车辆齿轮油换油指标是于 1989 年发布的 (见表 10) 。 指标包括油品的粘度、酸值、戊烷不溶物、水分、铁含量变化。车辆在长期高温和有氧环境下粘度会逐渐增加,对于加有聚甲基丙烯酸酯等粘度指数改进剂的齿轮油,则由于粘度指数改进剂分子被剪切,会使粘度下降。齿轮油随着油品氧化、极压抗磨剂热分解或水解产生酸性物质而使油品的酸值增大。另外,还会引起水分增加、抗泡性和抗乳化性变坏。油品氧化产生的不溶物以及磨损杂质如铁含量的增加均会导致油品性质的不断恶化,继续使用会引起严重后果。近十几年来,虽然车辆齿轮油产品不断更新换代,但我国对于 GL-4、 GL
27、-5等车辆齿轮油还没有相应的换油指标颁布。 表 10 普通车辆齿轮油换油指标(SH/T0475-92) 项目 换油指标 试验方法 100运动粘度变化率(%) 大于 水分(%) 大于 酸值增加值/mgKOHg-1大于 戊烷不溶物(%) 大于 铁含量(%) 大于 +20-10 1.0 0.5 2.0 0.5 GB/T265GB/T260 GB/T8030 GB/T8926 SY26625.1 手动变速箱油的换油期 目前汽车制造商一般推荐手动变速箱油最大的更换里程为 6 万公里或者 2 年更换,有的甚至推荐终生不用更换。实际运用当中还得具体问题具体分析:包括对车辆操作的熟练程度、车辆经常行驶的路况、
28、一段时间内行驶里程的多少、是否经常超高速飙车等,决定了齿轮油的更换实际周期和里程。 手动变速箱通过日常对挂档的感觉,就能很理性的判断变速箱油是不是该更换了:一般来说更换齿轮油 2 万公里以内是没有任何问题,超过 2 万公里只要挂档顺畅,变速箱噪音变化不大,可以不用更换;如果一个时期以来,挂档明显生涩,大不如以前流畅,超过 160 公里/小时以后变速箱噪音明显增加,这时不论里程是 3 万还是 6 万,都必须及时更换齿轮油,否则会加剧变速箱齿轮的摩擦。 昆仑 MTF10 和 MTF18 手动变速箱油,通过实车试验,推荐换油里程为 10 万公里。 5.2 驱动桥油的换油期 一般新齿轮第一次换油期 1
29、500 公里,第二次换油期 3000 公里,以排除初期磨合的金属颗粒和杂物,以后 10000 公里以上再换油。 通过行车试验,昆仑 GL-5 在东风卡车上的使用寿命可达 50000 公里,昆仑 GL-5+长寿命超重负荷车辆齿轮油在东风和一汽平均载重 18 吨重型车上的使用寿命可达100000 公里。 6 车辆齿轮油在实际使用中应注意的问题 对不同公司所生产的车辆齿轮油原则上不能混兑:各公司所用复合剂配方不同,混兑后很有可能影响油品的使用性能,如非要混兑,一定要先做混兑试验,确认无沉淀产生并通过性能测试后方可混兑。 对于车辆齿轮油实际使用中常出现的问题,对其产生原因进行分析,并给出改进措施,具体
30、可参看表 11。 表 11 车辆齿轮油在实际使用中常出现的问题 问题 可能原因 改进措施 腐蚀 缺少防锈剂 油中含水 污染物 用加足够防锈剂的油 勤排水,勤换油 防止污染物进入油 泡沫 缺少抗泡剂 抗泡剂析出 油面高度不当 空气进入油中,油中含水 用含抗泡剂的油 补加抗泡剂 控制加油量 防止空气和水进入油中 沉淀或油泥 添加剂析出 遇水乳化 油氧化生成不溶物 使用贮存稳定性好的油 补加抗乳化剂 使用氧化安定性好的油 粘度增加 氧化 过热 使用氧化安定性好的油 避免过热 粘度下降 增粘剂被剪断 使用剪切稳定性高的增粘剂 漏油 齿轮箱缺损 密封件损伤 用高粘度油 更换密封件 不正常发热 齿轮箱中油
31、太多 油粘度太大,齿轮上油量不足 载荷过高 齿轮箱外尘土堆积妨碍散热 控制加油量 降低油粘度 降低载荷 清洗齿轮箱外壳及邻接的金属部件 污染 主机装配或部件加工时留上的污物 由通气孔进入的污染物 排掉脏油.清洁齿轮箱.换新油 防止污染物由通气孔进入齿轮箱 齿面磨粒磨损 磨屑或其它污染粒子 换油.清洁齿轮箱 续表 11 车辆齿轮油在实际使用中常出现的问题 问题 可能原因 改进措施 齿面烧伤 缺油 载荷过高 提供足够的油量 降低载荷 擦伤 齿面温度高 油膜破裂 降低操作温度 用极压齿轮油 点蚀 油粘度太小 齿面粗糙 局部压力太高 增加油的粘度 提高齿面光洁度 用极压齿轮油 胶合 齿面粗糙 安装误差引起轮齿啮合不良 低温起动 提高齿面光洁度 改进装配质量 低温起动前预热油 后桥部位有异响出现 齿轮油量不足或者齿轮油粘度下降; 更换优质齿轮油 挂挡困难或挂挡沉重 使用不符合规格的手动变速箱油造成润滑不足 更换质量符合要求的手动变速箱油 变速箱异响 缺油、油品过稀和油的质量不好 更换质量符合要求的手动变速箱油 变速箱漏油 油品抗泡性太差,产生过多的泡沫,或者油量太多, 或者油品橡胶密封适应性较差更换质量符合要求的手动变速箱油 更换密封件 冬季换挡生涩 变速箱油低温性能较差 更换低温性能优异的手动变速箱油。