文献综述-车辆齿轮油(中级版)

车辆齿轮油(中级版)1. 概述车辆齿轮油是润滑油重要产品，主要用于各种汽车手动变速器和驱动桥中。自1925 年 Gleason Works 开发了第一个双曲线齿轮驱动桥以来，在短短几年间，几乎全部的美国制造商都推广使用。接着，在欧洲也逐步得到应用。为了满足双曲线齿轮驱动桥的润滑要求。开发了极压车辆齿轮油，这种早期的齿轮油为 S-Pb 型或 S-P-Cl 型。二次世界大战以后，为了制得具有高速冲击性能和高扭矩性能的多效齿轮油，引入了S-P-Cl 型复合剂。以后由于卡车载重和功率的提高，加上轴偏置增大，复合剂在原来的 S-P-Cl 基础上又引入了二烷基二硫代磷酸锌，大大提高了极压性能。进入 60 年代，由于汽车工业不断追求高速度，大马力，需要热氧化安定性更高的润滑油，研制出第一代 S-P 型双曲线齿轮油，并逐渐在全世界得到普及。硫磷型车辆齿轮油经过 40 年的使用，经久不衰，其主要是围绕着含磷添加剂和添加剂复配技术的发展。第二代、第三代硫磷型齿轮油具有好的热稳定性和水解稳定性，解决了含磷剂消耗快的问题，并可作为车辆、工业齿轮通用油。1.1 国外车辆齿轮油情况代表着发达国家的欧洲，每年需要车辆齿轮油 30 万吨，其中 75%为 GL-5 车辆齿轮油，其余为 GL-4 齿轮油。见表 1：表 1 欧洲用车辆齿轮油 质量水平 数量/万吨 所占份额/%GL-4 2.88 9.6GL-5 13.65 45.5GL-4+厂商要求 4.38 14.6GL-5+厂商要求 9.09 30.3总量 30 100由于欧洲市场上对齿轮油的质量要求不断提高，添加剂用量增加，换油期延长，使销售量增长很小。出现了全寿命油，要求汽车齿轮油的基础油越来越多地使用合成润滑油，同时有轻质化趋势，好处是改进了燃料经济性，也容易换档。欧洲汽车生产商要求车辆齿轮油延长换油周期，甚至要求与车辆同寿命，目前汽车寿命约为 75 万公里，将来要延长到100 万公里，因此齿轮油与橡胶密封材料配伍性受到特别重视，要求在长期运转中齿轮油对密封材料既不能使其硬化、收缩，又不能使其膨胀、降低强度。目前欧洲轿车多为前桥驱动，前桥中装有同步器。欧洲同步器设计与美国不同，美国的同步器由一组摩片组成，而 欧洲的同步器由一组黄铜环组成，为使其同步器能正常工作，在要求使用 GL-4、GL-5 齿轮油时，还要补充进行密封件试验和同步器试验。由此可见，欧洲车辆齿轮油规格高于相应的美国规格。1.2 我国车辆齿轮油的发展概况从 20 世纪 50-70 年代，我国车辆齿轮油尚未形成完整的体系，只分为齿轮油和双曲线齿轮油这两种残渣型的黑色齿轮油和一种馏分型的合成双曲线齿轮油。1960 年公布我国第一个双曲线齿轮油的规格，基础油主要是残渣油，常用添加剂是硫化蓖麻油，也有用硫化松脂油。1962 年公布第一个用于汽车、拖拉机变速箱及后桥的齿轮油规格，其油品由残渣油或加入部分馏分油构成，使用性能差，寿命短，耗能大，还需用低粘度润滑油或低凝点柴油稀释，才能冷启动。1967 年开始生产渣油型 S-P-Cl-Zn 型双曲线齿轮油，主要添加剂是二烷基二硫代磷酸锌(T202)和氯化石蜡(T301)。油品的主要特性如极压抗磨性有较大提高，但热氧化安定性、防锈性、颜色等均较差。1971 开始试制和生产精制型双曲线齿轮油，按添加剂类型又分硫磷氯锌型和硫磷型两种，其要性能相当于 GL-4，用于“东风”汽车双曲线齿轮及大马力内燃机车牵引齿轮润滑。80 年代初，由中石化各炼厂及有关科研院组成的齿轮油攻关组，研制成功馏分型 GL-3，这些油流变性、热氧化安定性、抗磨性、防锈性均优于渣油型，可以满足“解放” 、 “黄河”等非双曲面齿轮的汽车后桥润滑要求。改革开放以来，我国引进了国外先进的汽车生产线，其中包括一汽、上汽引进德国大众轿车生产线；二汽引法国雪铁龙、广州引进日本本田、北京引进美国通用、济南引进奥地利技术生产“斯太尔“卡车，这些车辆驱动桥都要求使用 GL-5。为了实现车辆齿轮油的国产化，齿轮油攻关组，在“七五”期间完成了 80W/90、85/90、85W/140 GL-5 的研制并通过国家技术鉴定。目前我国兰州润滑油研发中心和北京石化院开发出齿轮油通用复合剂，达到了国际先进水平。 目前我国 GL-3、GL-4 和 GL-5 各占齿轮油市场的 1/3。2. 车辆齿轮油的特性用于车辆齿轮装置的各类齿轮副形状不同，轮齿啮合方式不同，润滑油膜的形成有显著的差异，正齿轮、伞齿轮、斜齿轮、人字形齿轮和螺旋齿轮容易在齿面上形成润滑油膜，一般使用 GL-3 油润滑；双曲线齿轮体积较小，传递的动力大，齿轮的曲率半径小，润滑中形成油楔的条件差，轮齿的每一次啮合均须重新建立油膜。另外，啮合表面不相吻合，有滚动也有滑动，恶化了油膜运转情况，需要使用 GL-5 油润滑。车辆齿轮油主要作用在于减少齿轮副之间的摩擦与磨损。摩擦润滑过程一般包含流体润滑、弹性润滑、混合润滑和边界润滑。当润滑的齿面在负载下接触时，就发生塑性变形，润滑油陷入金属表面之间。齿轮油的组成、性能和齿面的化学状态支配着摩擦润滑的全过程。 2.1 齿轮油的性能为了完成运动和动力的传递，车辆齿轮油在以下几方面给予最佳配合：防止和减少齿面间的摩擦和磨损，均匀分布载荷；带走摩擦时产生的热量；将齿面与水、空气隔绝，避免生锈、腐蚀及尘袭；冲洗齿面上的磨粒的杂质；减缓齿轮震动，使运动平缓。齿轮油在齿轮传动中的重要性决定了它必须具备以下性能：a 合适的粘度和良好的粘温性能：齿轮油的粘度和承载力有密切关系，粘度增加，容易形成流体动力膜和弹性流体润滑膜，有利于保护齿面。但是粘度过高，齿轮工作时动力损耗大，使油温升高。目前由于添加剂水平的提高，为了节能，齿轮油有低粘度化的发展趋势，另外，齿轮油的低温粘度对齿轮工作有重要影响，汽车驱动桥齿轮是飞溅式润滑，低温时齿轮油必须有足够的流动性，这样齿轮转动时才能将足够量的油带到齿面及轴承上，防止出现损伤。车辆齿轮油在低温下的表观粘度和成沟点在一定程度上表明齿轮油的低温流动性。B 足够的承载性：齿轮油应在高速、低速重载或冲击负荷下迅速形成边界吸附膜或化学反应膜以防止齿面磨损、擦伤和胶合。齿轮油的承载性是它最重要使用性能，需要 CRCL-37和 L-42 全尺寸齿轮台架来评定油品的承载力和抗擦伤能力。C 良好的热氧化安定性：齿轮油在工作中被剧烈搅动，在与空气、金属、杂质等接触中，特别是重型卡车驱动桥，齿轮装置工作温度相当高，齿轮油的氧化是一个突出的问题，直接影响到油品的使用寿命。氧化产生的腐蚀性物质加速的腐蚀和锈蚀；氧化产生的沉淀物会影响密封性，沉淀物复盖在零件表面会影响散热，加速油品的氧化进程。GL-5 油需要做L-60 热安定性齿轮台架试验。D 良好的防锈防腐蚀性：齿轮油应具有适度的化学活性，对金属的腐蚀性要小。齿轮装置中的滑动轴承，变速箱的同步环都是由铜合金制成的，容易被腐蚀。在水和空气的参与作用下，齿面和油箱会产生锈蚀，腐蚀和锈蚀不仅破坏了齿轮的几何学特点，破坏了润滑状态，严重时会影响正常的传动，而且腐蚀和锈蚀产物会进一步引起齿轮油变质。E 良好的抗泡沫性：齿轮转动时将空气带入油中，形成泡沫，泡沫如存在于齿面上会破坏油膜的完整性，造成润滑失效。泡沫的导热性差，容易引起齿面的过热，使油膜破坏，泡沫严重时，油常从齿轮箱的通气孔中溢出。2.2 车辆齿轮油的组成车辆齿轮油是由基础油和添加剂组成，基础油主要是矿物润滑油，也有少部分合成油。低粘度车辆齿轮油的基础油是由低度矿物润滑油或合成润滑油，有时还加入剪切安定性好的低分子量聚合物构成，对低温粘度也有苛刻的要求。配制高粘度车辆齿轮油时，需用较多的光亮油例如 150BS 做基础油，光亮油在原油中的含量小于 5%，加工过程复杂，因此，车辆齿轮油的基础油不易生产。添加剂的作用是增强基础油原有的某些性能或赋予基础油原来不具备的新的性能。车辆齿轮油的添加剂主要是硫磷元素的化合物，含硫极压剂与金属反应生成硫化铁极压膜，摩擦系数小，耐热性高，在高速冲击负荷下，能有效防止齿面擦伤。含磷化合物在金属表面上吸附，与金属反应生成磷酸铁，起防止磨损的作用，除此以外还要添加适量的防锈剂、抗氧剂和抗泡剂。近代的车辆齿轮油使用最多的含硫极压剂是硫化烯烃。硫化烯烃在高冲击载荷条件下能有效地防止齿面损伤。含磷极压剂例如磷酸酯，在金属表面上吸附，由于加水分解反应变成酸性酯与金属反应生成磷酸盐，起防止磨损的作用。含磷化合物经常被称做抗磨剂。在高扭矩苛刻运转条件下能防止齿面磨损、点蚀和剥落。根据其结构大体可分为亚磷酸酯及其胺盐、磷酸酯及其胺盐、硫代磷酸酯及其胺盐、硫磷酸复酯胺盐等。 为使限滑差速器正常工作，减少汽车转变时限滑差速器摩擦片的震动和噪音，车辆齿轮油中须加入摩擦改进剂。在边界润滑条件下，摩擦改进剂的极性基因由于物理吸附或化学吸附作用吸附在金属表面上，形成吸附膜，降低摩擦系数。极压剂、抗磨剂是化学活性高的化合物，效易引起金属的腐蚀和渗蚀，因此，车辆齿轮油中应加入腐蚀抑制剂。杂环化合物如噻二唑及苯三唑衍生物是铜腐蚀抑制剂。碱性和中性磺酸盐、烯基丁二酸、烯基十二酸半酯等齿轮油常用的防锈剂。对于确定车辆齿轮油配方，必须仔细地平衡极压性和防锈性，因为防锈剂会降低极压剂的效果。齿轮油的氧化与其它润滑油一样也是烃类退化分枝链代式反应，屏蔽酚型和芳香胺型抗氧剂在齿轮油中有一定的效果，硫磷型齿轮油中的极压剂，如硫烯、磷酸酯、亚磷酸酯、硫代磷酸酯及其衍生物，除极压性还具有抗氧化性，故硫磷型车辆齿轮油常常不另加抗氧剂。清净剂和分散剂不是车辆齿轮油添加剂酸方的必要组分。但加入清净剂或分散剂有助于提高齿轮油的清净性，防止油泥和沉淀的产生。近年来，随着对车辆齿轮油的热氧化安定性要求的提高，有些车辆齿轮油添加剂配方中加入分散剂或清净剂，如碱土金属盐型清净剂或无灰分散剂，以保持齿轮装置的清洁。配制低粘度多级车辆齿轮油，如 75W/90 车辆齿轮油须加粘度指改进剂。齿轮油在使用过程中受到强烈剪切，剪切速率可达 108S-1。高分子粘度指数改进剂剪切安定性差，不能用于齿轮油，必须使用低分子量聚合物。75W/90 车辆齿轮油常用低分子量聚甲基丙烯酸酯做增粘剂，其低温粘度较小。聚烯烃类粘度指数改进剂低温粘度大，不能用于 75W/90 车辆齿轮油，但可用于其它齿轮油。硅油是常用的抗泡剂，硅油用量小，10-100ppm 就有效，但贮存稳定性不好，易从油中析出，近年来齿轮油用非硅抗泡剂，是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物，贮存稳定性较好。润滑油的粘度是影响流体润滑、弹性润滑的主要参数。极压抗磨剂的性能是改善边界润滑的主导因素。此外，极压抗磨剂的活性基团有增加油膜强度的功能，齿轮油的有效润滑应从基础油和添加剂两方面综合平衡，努力使配方处于最佳状态，提高油品的各项性能。以开发 75W/90GL-5 为例，介绍润滑油开发的步骤，揭示了齿轮油的组成，说明齿轮油开发系统性和完整性。第一步，为了符合75W/90 粘度级别的要求，需选用低温粘度小、粘温性能好的基础油，并加入粘度指数改进剂和降凝剂，以期符合多级油的高低温使用标准，并要考察其剪切安定性。第二步，配方的筛选，重点考察硫、磷剂之间的极压性和抗磨性的平衡。第三步，做油品理化分析，确保达到该等级油的技术指标。第四步，做 CRC 四个全尺寸齿轮台架评定：CRC L-33 锈蚀试验；CRC L-37 承载能力试验；CRC L-42 高速冲击试验和 CRC L-60 热氧化安定性试验，四个齿轮台架是研制 GL-5 油的关键。最后还要做实际行车试验，验证齿轮油组成的合理性。新一代齿轮油复合剂一般由以下添加剂组成：硫化异丁烯 60-70%，含磷抗磨剂 20-25%，防锈剂及抗氧剂 5-10%。只有按此范围搭配各类功能添加剂，才不至于出现齿轮油的某种性能的单项冠军，才有可能得到同时通过四个齿轮台架的“四项全能”GL-5 齿轮油。2.3 车辆齿轮油的规格国际上车辆齿轮油至今尚无统一的规格标准。这主要是由于欧洲与北美的汽车在设计上有所不同，汽车制造商对车辆用油的要求各有侧重，反映在油品规格上存在一些差异，难以统一。因此 ISO 也一直未发布车辆齿轮油的分类标准和产品规格，但世界各国广泛采用美国石油学会 API 的使用分类和美国军用齿轮油规格。API 使用分类见表 2，其中 GL-1、GL-2、GL-3、GL-6 已经过时不再使用，只有 GL-4、GL-5 和 MT-1 为有效分类。满足 API GL-4 使用要求的美军齿轮油规格 MIL-L-2105 制定于 1950 年，评定项目主要包括 CRC L-13、L-19、L-20、L-21 四个齿轮台架。1962 年经修订后代号为 MIL-L-2105B，其产品性能评定使用了新的齿轮台架 CRC L-33、L-37、L-42 和 L-60 取代了原先四个台架，提高了质量水平，达到了 API GL-5，以后又经多次修订，目前成为 MIL-L-2105E，相当于 GL-5 加上MT-1，为多用途车辆齿轮油规格，参见表 3。从美军规格中看出为适应汽车工业升级换代，车辆齿轮油规格在不断更新，2015C 取消了 2015B 的单级油，换成相应的多级油，并对低温性能、抗泡性和防锈性的要求越来越苛刻。2015D 则允许使用再生油为基础油，并对环保给予特别关注。车辆齿轮油的粘度分类见表 4。齿轮油在石油产品的润滑剂和有关产品(L 类)中列为 C 组，我国参照 API 车辆齿轮油的使用分类于 1989 年发布了 C 组产品的分类 GB/T7631.7-89，该分类只包括车辆齿轮油内容，采用了 L-CLC、L-CLD、L-CLE 代替了 GL-3、GL-4、GL-5。由于所涉及的品种代号是我国独创的在实践中无法使用，所以后来很快又修定了该标准，仍延用 API 分类。表 2 API 汽车手动变速器和驱动桥润滑剂使用分类类别 使用说明 我国相应标准GL-1 不加极压抗磨剂，只加抗氧防锈剂，用于手动变速器。GL-2 条件缓合的汽车蜗轮驱动桥润滑，含有少量极压抗磨剂。GL-3 用于汽车手动变速箱及螺旋伞齿轮驱动桥。 SH/T0350-92GL-4 重负荷螺旋伞齿轮及缓合的双曲线齿轮，评定此类产品台架装置已不生产， 普遍采用 GL-5 复合剂量减半调制。GL-5 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。 GB13895-92GL-6 具有高偏置的轿车双曲线齿轮驱动轿。MT-1 客车和重型卡车上手动变速器，提供防止化合物热降解，部件磨损及密封 件变坏的性能。表 3 美国军用车辆齿轮油规格规格(发布时间) MIL-L-2105(1950) MIL-L-2105B(1962) MIL-L-2105C(1976) MIL2105D(1987) MIL-L-2105E(1997)粘度级别 SAE 80 90 140 80 90 140 75W 80W/90 85W/14075W 80W/90 85W/140珍观粘度 150Pa.s - - - - - - -40 -26 -12 -40 -26 -12成沟点最高 -35 -18 -18 -35 -18 -18 -45 -35 -20 -45 -35 -20铜片腐蚀 121 最大 2C 2C 3 3抗泡性 24-93-24 300-50-300 300-50-300 20-50-20 20-50-20齿轮台架试验CRC L-33 (L-21、L-13)通过 通过 通过 通过 通过CRC L-37 (L-20)通过 通过 通过 通过 通过CRC L-42 (L-19)通过 通过 通过 通过 通过CRC L-60 - 通过 通过 通过 (L-60-1) 通过满足 API 分类 GL-4 GL-5 GL-5 GL-5 GL-5+MT-1表 4 车辆齿轮油的粘度分类100运动粘度，m/s分类 达到 150Pa.s 的最高温度， 最低 最高75W -40 4.1 -80W -26 7.0 -85W -12 11.0 -90 - 13.5 24.0140 - 24.0 41.0250 - 41.0 -在二十世纪六十年代，我国车辆均沿用苏联五十年代的设计与制造，因而润滑油方面也是沿用苏联品牌并制定相应的标准 SY1103-59 齿轮油和 SY1102-60 双曲线齿轮油。八十年代各润滑油生产大厂企业标准有“18#双曲线齿轮油” ，其性能相当于 GL-4 水平；石化总公司制定 SH0350-92 普通车辆齿轮油，相当于 GL-3 水平；等效采用美国军用规格 MIL-L-2105D制定 GB13895-92 GL-5 产品标准。鉴于 GL-4 油的台架评定设备国内没有，国外也不再生产，因此至今没有此档油的产品标准。GL-4 与 GL-5 有一些内在联系，它们的台架评定比较如下：API GL-4 MIL-L-2105(1950) API GL-5 MIL-L-2105B(1962)L-20 承载能力试验低速高扭矩，93-121，24hL-19 抗擦伤性能试验L-13、L-21 湿气锈蚀试验L-37 承载能力试验程序，高速低扭矩试验 147，100min程序，低速高扭矩试验 135，24hL-42 抗擦伤性能试验：分磨合、高速和冲击三个程序L-33 锈蚀性能试验：程序82，4h - 程序52，162hL-60 热氧化安定性试验，163，50hL-20 与 L-37 台架的差异是扭矩较低，而且没有高速程序；L-19 与 L-42 相比，后者的扭矩比前者高两倍；GL-5 油还增加了热氧化安定性试验 L-60。API 使用分类说明中允许用通过 GL-5 四个齿轮台架评定的油其配方减半来生产 GL-4 油，几十年来国外石油公司普遍采用这一要求来生产 GL-4，如 EXXON、Lubrizol 等大型石油公司均有 GL-5 复合添加剂减半生产 GL-4 的技术规定。中国石化总公司曾制定出“硫磷型中负荷车辆齿轮油 GL-4”暂定技术条件，由于落实不了 GL-4 齿轮台架，只好在台架评定项目中注明“待定” 。国内交通部也发布了中负荷车辆齿轮油 GL-4 的行业标准，使用了东风汽车集团的仿 L-20 齿轮台架，虽然对油品的承载有些区分性，但难以形成标准评定方法。大连石化公司的企业标准中负荷车辆油(GL-4) QJ/DSH 661-96，就是依托于 GL-5 制定产品标准，采用国际上通用的GL-5 配方延伸技术生 GL-4，保证了 GL-4 产品质量。987 版 SAEJ306 齿轮油粘度分类采用 CEC L-45-T-99 试验方法，要求多级齿轮油在 KRL 齿轮机 20 小时剪切试验后，粘度必须留在级别内。这就要求调制车辆齿轮油时，必须提高油品 100初始粘度，选用剪切安定性更好的稠化剂，更多的使用类、类基础油及聚 烯烃。我国车辆齿轮油按质量等级分为普通车辆齿轮油、中负荷车辆齿轮油和重负荷车辆齿轮油三类，其性能指标列于表 5、表 6、表 7。其中制订重负荷车辆齿轮油标准：GB13895-92 是参照美军 MIL-L-2105D 规格。表 5 普通车辆齿轮油（GL-3）规格（SH0350-92）质量指标项目80W/90 85W/90 90 试验方法1519-26-28170痕迹无锈100/10100/10100/101785无0.051519-12-18180痕迹无锈100/10100/10100/101785无0.02151990-10190痕迹无锈100/10100/10100/101785无0.02运动粘度（100）/（mm 2s-1）表观粘度达 150Pas 时温度/ 不高于粘度指数 不小于倾点/ 不高于闪点（开口）/ 不低于水分/% 不大于锈蚀试验（15 号钢棒、A 法）泡沫倾向性/泡沫稳定性/（mL/mL）(240.5) 不大于(930.5) 不大于后(240.5) 不大于腐蚀（铜片,100,3h）/级 不大于最大无卡咬负荷 PB/N 不小于糠醛或酚含量（未加剂）机械杂质/% 不大于残炭（未加剂）/%酸值（未加剂）/（mgKOHg -1）氯含量/%锌含量/%硫酸盐灰分/%均为报告均为报告均为报告均为报告均为报告GB/T265-88GB/T11145-89GB/T1995-88GB/T3535-83GB/T267-88GB/T260-77（88）GB/T11143-89GB/T12579-90GB/T5096-85GB/T3142-82（90）SH/T0120-92GB/T511-88GB/T268-87GB/T4945-85SH/T0161-92SH/T0226-92GB/T2433-81（88）表 6 中负荷车辆齿轮油（GL-4）暂定技术条件质量指标项目75W 80W/90 85W/90 90 85W/140 试验方法运动粘度（100）/（mm 2s-1）粘度指数闪点（开口）/ 不低于成沟点/ 不高于表观粘度（150Pas）/ 不高于机械杂质/% 不大于不 小 于 4.1-150-45-40-165-35-26-180-20-120.0290180-17.0-180-20-12GB/T265-88GB/T2541-81（ 88）GB/T3536-83SH/T0030-90GB/T11145-89GB/T511-88水分/% 不大于泡沫倾向性/泡沫稳定性/（mL/mL）24 不大于93 不大于后 24 不大于台架性能评定痕迹20/050/020/0待定GB/T260-77（ 88）GB/T12579-90表 7 重负荷车辆齿轮油（GL-5）标准（GB13895-92 ）质量指标项目75W 80W/90 85W/90 85W/140 90 140 试验方法运动粘度（100）/（mm 2s-1）倾点/表观粘度达 150Pas 时的温度/ 不高于闪点（开）/ 不低于成沟点/ 不高于粘度指数 不低于 4.1报 告-40150-45报 告13 5 240报 告-26165-35报 告13 5 240报 告-12165-20报 告24 0 41 0报 告-12180-20报 告13 5 240报 告-180-17.87524 0 410报 告-200-6.775GB/T265-88GB/T3535-83GB/T11145-89GB/T3536-83SH/T0030-90GB/T2541-81（88）起泡性（泡沫倾向）/mL24 不大于93.5 不大于后 24 不大于腐蚀试验（铜片,121,3h）/级 不大于机械杂质/% 不大于水分/% 不大于戊烷不溶物/%硫酸盐灰分/%硫/%磷/%氮/%钙/%储存稳定性 液体沉定物/%（体） 不大于固体沉淀物/%（质） 不大于锈蚀试验 盖板锈蚀面积/% 不大于齿面，轴承及其它部件锈蚀情况 不大于抗擦伤试验 承载能力试验 热氧化稳定性 100运动粘度增长/% 不大于戊烷不溶物/% 不大于甲苯不溶物/% 不大于20502030.05痕迹报告报告报告报告报告报告0.50.251无锈通过通过10032GB/T12579-90GB/T5096-85GB/T511-88GB/T260-77（88）GB/T8926-88A 法GB/T2433-81（88）GB/T387-90GB/T388-64（90）GB/T11140-89SH/T0172-92SH/T0296-92SH/T0224-92SH/T0270-92SH/T0037-90SH/T0517SH/T0519SH/T0518SH/T0520GB/T265-88GB/T8926-88A 法GB/T8926-88A 法生产单位可根据添加剂配方不同选择适当的测定方法。如果有其它金属，应该测定并 报告实测结果，允 许用原子吸收光谱测定。保证项目，每五年 评定一次。75W 油在进 行抗擦伤试验时，程序（高速）在 79开始进行，程序（冲击）在 93下开始进行；喷水冷却，最大温升不大于 5.5-8.3。75W 油在进 行承载能力试验时，高速低扭矩在 104下进行，低速高扭矩在 93下进行。2.4 评定车辆齿轮油的关键项目-齿轮台架美国科学研究协作委员会(CRC)建立的四个全尺寸齿轮台架是评定车辆齿轮油的关键，它们分别代表了汽车在行驶时不同工况对齿轮油性能的不同要求，四个全尺寸齿轮台架见表 8：表 8 齿轮台架试验条件台架名称 CRC L-33 CRC L-37 CRC L-42 CRC L-60我国试验方法 SH/T0517 SH/T0518 SH/T0519 SH/T0520试验条件运转期，82，4h；贮存期，52，162h高速低扭矩程序，440rpm，535 N.m磨合程序，高速冲击程序，高负荷冲击程序163，50h评定项目盖板、齿轮上锈蚀、腐蚀、油泥和沉淀齿面抛光、磨损、剥落和擦伤齿轮非驱动面擦伤面积油品粘度增长率及不溶物用途 测抗锈蚀能力 测承载能力 测抗擦伤能力 测热氧化安定性CRC L-37、L-42、L-33、和 L-60 四种台架是根据苛刻的行车试验测得的数据，经过数据处理后而确定，因此与实际行车有很好的相关性。研究表明，凡是通过四个齿轮台架评定的油，都能满足现代汽车润滑要求。美军于 1952 至 1960 年间开展“齿轮润滑剂质量试验方法开发”的研究课题，着手开始建立 L-37/L-42 齿轮台架，采用 M-37 军车，分别在美国亚利桑那州沙漠地区高速公路上及加利弗尼亚州山区进行高速行驶试验。在这两种情况下尽管载重量相同，但驱动桥齿轮承受负荷扭矩各不相同。根据这两种苛刻条件下实测的齿面承受负荷，滑动速度，油温等建立起 L-37 台架的两个试验程序，即高速低扭矩和低速高扭矩，特别是低速高扭矩程序要试验 24 小时，这比实际行车要苛刻得多，任何汽车不可能连续爬坡运行 24 小时。车辆在不同地区不同道路上行驶时，承受着不同的齿面负荷和滑动速度，特别在山区道路行驶时，车辆爬山和下山时车辆换档减速以及刹车，在驱动桥齿轮的非传动齿面上承受巨大的冲击负荷，严重时引起齿面的擦伤破坏。为了在试验室模拟车辆这一行驶工况，考察油品的抗擦伤性能，建立了 L-42 台架试验条件。由于 L-37/L-42 台架所采用的是 M-37 整车体，相当于把一辆满载的 M-37 军车装在试验室内进行齿轮油的性能评定，所不同的是台架的扭矩由两台大功率的测功机来施加并替代车辆的负荷。模拟汽车长期停放在海边潮湿环境中，因白天热呼吸，晚上气温降低时吸入的水分冷凝在齿轮表面，从而诱发了锈蚀而建立的 L-33 锈蚀试验台架。试验分运转期和贮存期，贮存期油温 52-接近潮湿空气的露点，历经 7d。L-60 热氧化安定性试验是用来评定车辆齿轮油在高温和通入空气情况下的抗氧化性能试验。在台架建立过程中，规定了油温在 162下进行 50h 试验，此温度接近汽车在高速公路上车速相当于 170km/h 的油温。上述四个台架试验相互影响，相互制约。要通过 L-33 锈蚀试验台架，就必须辅加防锈剂；而防锈剂会对极压抗磨剂的性能产生抑制，直接影响 L-42、L-37 台架的通过。此外，在 L-42 中最有效的含硫极压剂在 L-37 中几乎完全失效；而在 L-37 中效果最理想的含磷抗磨剂，则在 L-42 中效果最差。配方中某种添加剂过量加入，将会影响其它添加剂效能的发挥，致使配方无法同时通过四个台架。因此，车辆齿轮油配方研究工作异常复杂。为了开发研制 GL-5 油， “七五”末期，北京石化院、兰州研发中心分别从美国西南研究院引进并建立了全套台架评定技术和装备，为我国齿轮油质量达到世界先进水平提供了保证。由于四个齿轮台架试验费用昂贵，从美国西南石油研究院引进的台架，做 L-33 台架试验需要一副 DANA-30 驱动后桥；做 L-37 台架需要一副 DANA-60 驱动后桥；做 L-42 台架需要一副 DANA-44 驱动后桥；做 L-60 台架则需要一套齿轮及轴承。这些标准配件除 L-33 外，都是一次性的。同时，评定四个齿轮台架是一项耗时较大的工作，前后需要连续工作半月有余，因此不可能每改变一个配方都从头到尾进行全部台架试验。所以研究一些简单的实验室模拟齿轮台架的方法是我国齿轮油研制人员关注的问题。其中广为采用的方法包括：北京石油化工研究院建立的仿 L-33 试验，选用 GB/T11143 方法使用的仪器，按照 L-33 规定的试验温度和时间，评定钢棒气相、油相和水相生锈情况；兰州润滑油研发中心建立的四球机抗磨试验机磨损试验模拟 L-37，对试验油做高温氧化沉积物试验、四球表面成膜和长期磨损试验，可有效区分齿轮油的低速承载能力；该中心的高速的梯姆肯机仿 L-42，选用国产梯姆肯机及相应的试环和滑块，按 L-42 条件确定试验温度及转速，磨痕判断主要是观察滑块磨痕的状况；茂名石化公司研究院采用国产 SRJ-220 型齿轮油热氧化试验机，参照 L-60 全部试验条件进行模拟。通过考察表明，国内现有的实验室模拟方法预报 L-33 油品的锈蚀性能和 L-60 热氧化安定性与 CRC 全尺寸台架有较好的相关性，可以用这些简单经济的方法做为筛选配方有效手段。用四球机抗磨试验预报 L-37 结果，用高速梯姆肯机 OK 值预报 L-42 结果，虽然取得某些成果，但由于摩擦副工作条件的不同，这些试验结果与全尺寸台架结果有时有差异。不过可以肯定，只有在四球机和高速梯姆肯机表现好的油品，才有可能通过条件苛刻的 L-37/L-42 联合台架。在四球机上模拟 L-37，以综合评分评价试油质量，缺点评分越小越好，超过 15 分，定为失败油；在高速梯姆肯机上模拟 L-42，如 OK 值大于 12lb，则有可能通过L-42 台架。3.车辆齿轮油的应用3.1 车辆齿轮油的合理选用GL-4、GL-5 中高档车辆齿轮油系由适宜精制深度的基础油和高质量的添加剂所组成，各种添加剂的用量经过仔细的平衡，通过各种严格的实验室和全尺寸齿轮台架试验，具有适宜粘温性，优良的承载能力和抗擦伤能力，好的热氧化安定性，防锈性和贮存安定性。使用中、高档车辆齿轮油可以有效地保护齿轮，延长齿轮装置的寿命。汽车润滑剂的成本只占汽车操作成本的很小部分，合理选用润滑油是车辆长期安全运行的关键因素，首先要确定齿轮油的性能水平。我国车辆齿轮油分普通车辆、中负荷车辆和重负荷车辆齿轮油，即 GL-3、GL-4、GL-5 油。加剂量少，价格便宜的 GL-3 油，适用于载重汽车手动变速箱、螺旋伞齿轮驱动桥和拖拉机相应部件中。东风汽车、斯太尔、黄河、轻型卡车驱动桥为单准双曲线齿轮，应使用 GL-4 油或相当于 GL-4 等级的 18#双曲线油，这类车如果使用 GL-3 油，势必造成差速器早期磨损、疲劳点蚀，乃至剥落。进口汽车和引进生产线生产的汽车则要求使用 GL-5 油。但在具体使用中还要有所有区别，例如装有螺旋伞齿轮后桥的公共汽车，由于起步频繁，客运高峰时严重超载，普通车辆齿轮油显然无法满足低速高扭矩苛刻润滑需要，应换 GL-4 油或 GL-5 油为宜。同样，经常处于超载运行的拖车、半挂车也都应换成高一档次油。对于象桑塔那一类前驱动桥的轿车可不必使用价格高的 GL-5 油，使用 GL-4 油也可满足润滑要求，对于新款型的江淮 JAC、江铃轻型卡车，减小了驱动桥体积（只装 3L 油） ，增大了输送扭矩，用油条件苛刻，必须选用 GL-5 油。特别是我国南方地区，夏季温度高，还应考虑使用较高粘度、较高剂量 GL-5 油，否则，极易发生齿轮副擦伤，乃至烧结。其次要注意齿轮油粘度牌号的选择。我国幅员广阔，南北气候相差很大，不能按一个模式来选择粘度。我国江南地区冬季温度不低于-10，可全年使用 SAE90 或 SAE140 单级油；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 或 85W/140，三北地区可选用 80W/90，80W/140 或 75W/90。多级齿轮油有良好的低温启动性，良好的高温润滑性，并有一定的节能效果。当然，从节能角度来看，使用低粘度的齿轮油有利于提高传动效率和减少摩耗，但根据我国的国情，卡车经常超载运行及路况较差，目前还不宜提倡。须知，75WGL-5 油的加剂量要高于 SAE90 加剂量的 30-50%，油温超过 75时，传动效率反而低于 SAE90。我国主要汽车车型推荐用油见表 6：表 6 国产汽车推荐用油类别 车型 生产厂 规格及牌号 用量/kg斯达-斯太尔 济南汽车制造厂 80W/90GL-4 11红岩、斯太尔 四川汽车厂 85W/90GL-4 42重型车SX6818 陕西汽车制造厂 85W/90GL-4 50跃进系列 南京汽车厂 80W/90GL-4 5.60CA1091 长春一汽 80W/90GL-5 5.00中型车EQ140 系列 二汽东风 85W/90GL-4 5.23轻型车 IVECO 系列 南京汽车厂 85W/90GL-5 1.90BJ2021 北京吉普公司 80W/90GL-5 2.10轿车 帕萨特、富康、本 田、Audi 系列 上汽、二汽、广州、 长春一汽 75W/90GL-5 3.00国内处车辆齿轮油产品对照见表 7：表 7 车辆齿轮油产品对照表生产厂及质量水平 GL-5 GL-4Caltex Multipurpose Thuban EP Multipurose Thuban EPUniversal ThubanCastol Castol Hypoy Searies Castol Hypoy LingtBP Multigear Oil EP Hypogear EPShell Spriax HD Spriax EPEsso Esso Gear Oil GX Fsso Gear Oil GPMobil Mobilube HD Mobilube EP/GXFeoso Heavy Duty EP Fesgo EPTotal EP-B EP共石 EP 3000 系列 EP 2000 系列兰州石化飞天牌 85W/90、90、85W/140、140 85W/90、90、85W/140、140茂名石化南海牌 85W/90、90、85W/140、140 85W/90、90、85W/140、140大连石化七星牌 85W/90、90、85W/140、140 85W/90、90、85W/140、140高桥石化海牌 85W/90、90、85W/140、140 85W/90、90、85W/140、140抚顺石化远航牌 80W/90、90、85W/140、140燕山石化燕山牌 85W/90、90 85W/90、90大庆石化大庆牌 85W/90、90 85W/90、90独山子炼油厂天山牌 80W/90、90 80W/90、90长城公司长城牌 75W/90、80W/90、85W/9085W/140、90、14075W/90、80W/90、85W/9085W/140、90、140重庆一坪公司一坪牌 75W/90、85W/90、80W/1403.2 车辆齿轮油的使用周期车辆齿轮油在使用过程中出现老化，理化性质和使用性质会逐渐发生变化，中国石化已制定出“普通车辆齿轮油换油指标”见表 8：表 8 普通车辆齿轮油换油指标(SH/T 0475-92)项目 换油指标 试验方法100粘度变化率% 超过 +20-10 GB/T 265水分/% 1.0 GB/T 260酸值增加值/mgKOH/g 0.5 GB/T 8030戊烷不溶物/% 2.0 GB/T 8926铁含量/% 0.5 GB/T 0197在实际使用中，车辆齿轮油的换油期通常是按行驶里程来决定，汽车生产厂家一般推荐传动系统齿轮油换油期为二个二级保养里程，或按冬夏季节更换油。润滑油生产厂家则按行车 2.5 万-3 万公里换油。有条件的单位则可根据具体车况，测定油品粘度、酸值、石油醚不溶物、油中铁含量、磷含量的变化，将换油期延至 3 万-5 万公里。当然无根据延长换油期，会造成传动系统齿轮的损坏。特别是在条件恶劣的场合如矿山、高原等应该缩短换油期。为了考察用国产添加剂研制的 GL-5 油的实际使用性能，研究国产极压抗磨剂的质量衰变规律，提出合理换油周期，为用户将来订购、选用、使用该档齿轮油提供技术依据。总后油料研究所和大连石化公司对照 GJB1108.2-91 国家军用汽车齿轮油鉴定检验规程，参考国内外道路行车的经验，选用五台日本三菱 FV413 载重车做 10 万公里行车试验和两台切诺基吉普车做 5 万公里的行车试验。试验结束后经对油品质量监测以及铁谱、红外等仪器分析，并对驱动桥齿轮副进行详细拆检，得出结论：a 国产 GL-5 油在整个试验里程内，具有优良的极压抗磨性、热氧化安定性和防腐防锈性，以及低温流动性。B 用红外光谱仪首次成功地监控了 GL-5 齿轮油极压抗磨剂降解，并用铁谱仪对双曲线齿轮副的磨损状态和摩擦机理进行研究，得出含硫添加剂消耗较慢而含磷剂消耗较快的结论，发现在双曲面齿轮仍属正常磨损的情况下，驱动后桥存在 20-100 微米左右的光滑薄片磨粒。C 对我国自行研制的 GL-5 齿轮油，其换油周期宜制定如下：载重、牵引等大型卡车：7.0 万公里，轿车、吉普车等中小型车：4.0 万公里。3.3 车辆齿轮油在使用中的问题车辆齿轮油的正确选用对保证齿轮装置的正常工作是至关重要的，应选用高档车辆齿轮油，切不可贪图价廉而使用低档齿轮油。因为现代车辆齿轮油已成为齿轮装置的结构材料，在齿轮设计时必须进行齿轮强度计算，齿轮油的粘度和承载能力是重要的参数。不遵守推荐用油规则必然会降齿轮装置的寿命。其次，要强调正确合理使用车辆齿轮油，进口齿轮油姑且不提，国内各润滑油生产厂家生产的齿轮油的配方不同，特别是选用不同防腐防锈剂，有些添加剂之间在常温下就能发生化学反应，产生沉淀物。而且基础油也不尽相同，因而未做相溶性试验，不能盲目混用，对加剂量高的 GL-5 油更应慎重。车辆齿轮油的管理也是一个重要的问题，高档车辆齿轮油是有严格质量标准的高技术产品，如果按照推荐的方法使用，可提供有效的服务并带来经济性。齿轮油在使用中出现的问题及改进措施见表 9：表 9 与齿轮油有关的使用问题问题 可能原因 改进措施腐蚀 缺少防锈剂油中含水腐蚀性的极压剂污染物，如植物酸油氧化产生的酸性物质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够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使用抗乳化性好的油或补加抗乳化剂使用氧化安定性好的油粘度增加粘度下降氧化过热增粘剂被剪切使用氧化安定性好的油避免过热使用剪切稳定性高的增粘剂桥体过热，齿面烧伤齿轮上油量不足，粘度太小长时间过载运行齿轮壳体尘土堆积，妨碍散热补油停车检修清洁齿轮箱外壳齿面烧伤齿面点蚀齿面胶合油粘度太小齿面粗糙低温启动，轮齿啮合不良增加油的粘度，使用 GL-5 油提高齿面光洁度低温启动前预热，改进装配质量4.车辆齿轮油的发展趋势GL-5 仍是当前国内外使用的最高档次车辆齿轮油，我国自“七五”以来，研制生产出各种牌号的同类油，按 GL-5 配方剂量减半生产出相应牌号 GL-4，经多年使用证明，完全可满足各种车辆需要。换油期均达到 5 万公里以上。随着研究工作的深入及国产添加剂水平的提高，齿轮油加剂量越来越少，性能越来越高，具备相当市场竞争能力。4.1 提高经济性，降低成本近二十年来，随着添加剂质量的提高，添加剂配方技术取得长足进步，配方组成更加完善、合理，各项性能指标不断提高，剂量不断下降，经济性进一步提高。从美国Lubrizol 公司车辆齿轮油复合剂的添加量就可以看出这一发展趋势。早期 Anglamol2000的 8.5%，经过 A-6043 的 7.0%，A-99 的 6.5%等，直到现在 A-6085 的 4.8%。我国开始研制各种润滑油时，加剂量都较国外同类产品偏高，为了能够一次通过各种全尺寸台架评定，配方的添加剂用量留有余地。这样，国产润滑油经济指标较差，技术含量偏低，缺乏市场竞争力。近些年来，我国又开展了优化配方的研究，目的在于满足润滑油各项性能指标的前提下，尽量降低总剂量，提高油品配方的技术经济指标，使添加剂用量与国外油品性能达到平衡合理，进而接近或达到国外先进水平。兰州研发中心研制的RHY4203 复合剂以 4.3%加剂量达到了 GL-5 水平，RHY4162 复合剂以 2.4%的剂量调制的85W/90、80W/90 卡车手动变速箱油，达到了 API MT-1 规格。4.2 齿轮油的低粘度化趋势为了节约机械设备和车辆传动机构中齿轮润滑的燃料与动力消耗，世界各国都在积极研究与开发低粘度齿轮油。齿轮油的发展方向是低粘度和长寿命。降低粘度可带来一系列好处：首先可减少摩擦阻力，降低动力消耗。有资料显示，齿轮油的粘度降低一个级别，可节能 1-5%；改善低温流动性，可省掉润滑油循环系统中的设备，节省加热的必要能源；有利于散热，冷却部件；提高润滑油的渗透性，易于进到必要的润滑部位。长期以来，人们一直担心齿轮油低粘度化会使设备润滑不良，磨损增大，油泄漏多，密封不良，甚至会发生振动或噪声。随着科学技术进步，润滑油添加剂得到日新月异发展，对齿轮油使用性能的主体承载能力和抗擦伤能力，已不再取决于粘度，而齿面上的吸附膜和化学膜成为主要的因素。润滑剂摩擦化学为齿轮油低粘度化打下了坚实的理论基础。美国曾用 34