齿轮油的分类

齿轮油的分类、性能及应用

齿轮油

齿轮是机械中最主要的一种传动机构。齿轮的传递功率范围大、传动效率高、可传递任意二轴之间的运动和动力。

齿轮的种类很多，如直齿、斜齿、人字齿型圆柱齿轮、直齿、斜齿、螺旋齿型锥齿轮、双曲线齿轮及蜗轮蜗杆等。

齿轮曲率半径小，润滑中形成油楔的条件差，轮齿的每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。

齿轮的润滑状态，总起来说有两种情况：一是流体动力润滑和弹性流体润滑，二是边界润滑。

流体动力润滑时，一定厚度的润滑油膜可将摩擦面完全隔开而不发生直接接触。但当负荷增大时，啮合齿面间发生弹性变化，润滑油粘度在此压力下急剧增大，仍不被挤出而形成流体动力润滑膜和弹流膜的关键。

边界润滑则发生在负荷继续增大，此时，承担润滑任务是吸附在金属表面上的一层或几层分子构成的边界吸附膜。当处在高温高压时，吸附膜会脱掉，丧失润滑作用。此时，要靠齿面发生的化学反应膜起润滑作用。此种润滑状态一般又称作极压润滑。

总之，齿轮的接触压力非常高，一些载重机械的减速器齿轮的齿面应力可达400~1000MPA，而双曲线齿轮的齿面应力可达1000~4000MPA。在高应力条件下，边界润滑实质上处在极压状态。为防止油膜破坏，在齿轮油中要加入极压抗磨剂，以便在苛刻运行条件下，放出的活性元素与金属反应生成低熔、高塑性薄膜，保证齿面间的正常润滑。

（一）齿轮油的性能要求

1．适宜的粘度、粘弹性和粘温性

粘度是齿轮油的最基本性质。粘弹性和粘温性可保证齿轮啮合过程中流体动力膜和弹性流体润滑膜的形成。良好的粘弹性，又是齿轮油低粘度化中的重要因素。

2．良好的极压抗磨性

主要靠各种抗磨剂的复合使用，才能在齿轮传递负荷时，不至于发生擦伤，磨损和胶合等损坏事故。

3．良好的氧化安定性和对热的安定性

车辆后桥齿轮箱油温可高达150~160℃且齿轮面啮合中的瞬时温度更可高达600℃以上，加上齿面传动过程中要与空气（甚至水分）频繁接触和侵入，良好的热和氧化安定性是保证齿轮油长期使用的重要参数。

4．良好的抗乳化和抗泡性

5．良好的防锈和防腐蚀性

（二）车辆齿轮油

车辆齿轮油用于各种车辆的传动箱、变速箱、减速器和变速器等的润滑。

1．粘度分类

表3-34 列出车辆齿轮油的粘度分类。

表3-34 车辆齿轮油的粘度分类

分类达到150Pa·s最高温度/℃ 100℃(运动粘度/(mm2/s)

最低最高

75W 80W 85W 90 140 250 -40

-26

-12

-

-

-

4.1

7.0

11.0

13.5

24.0

41.0

-

-

-

24.0

41.0

-

2．性能级别分类

表3-35和表3-36分别列出美国石油学会和我国的车辆齿轮油性能级别分类。

表3-35 美国石油学会齿轮油使用规格

规格用途

API GL-1 API GL-2 API GL-3 API GL-4 API GL-5 API GL-6 某些手动变速箱，不需要摩擦改进剂和极压剂

蜗轮蜗杆——工业齿轮油

手动变速箱，中等负荷螺旋伞齿轮

螺旋伞齿轮后桥，低负荷双曲线齿轮，手动变速箱

双曲线齿轮后桥，相当于MIL-L-2105D

具有高偏置的轿车双曲线齿轮后桥，相当于福特汽车公司的M2C105A/M2C154A

3．车辆齿轮油术条件

表3-37和表3-38分别列出我国普通车辆齿轮油和重负荷车辆齿轮油的技术条件。

表3-36 我车车辆齿轮油的分类与API性能分类对应关系

我国车辆齿轮油相当的API分类号

L-CLC普通车辆齿轮油L-CLD中负荷车辆齿轮油L-CLE重负荷车辆齿轮油GL-3 GL-4 GL-5

从表中GL-5重负荷车辆齿轮油技术条件可以看出：除了一般理化指标外，CL-5（CLE）车辆齿轮油共有四项关键指标，即锈蚀试验（相当于CRCL-33）、低速高扭矩的抗擦伤试验（CRCL-37）、高速冲击负荷下的承载能力试验（CRCL-42）和热氧化安定性试验（CRCL-60）。这是四项车辆齿轮油专用的台架试验，试验条件非常苛刻，而且互相制约。在基础油粘度合适的基础上，还要精心平衡含硫添加剂与含磷添加剂的比例（包括组成），还要平衡防锈剂、油性剂以及一些助剂与硫磷添加剂之间的性能平衡，才能通过上述四项台架试验，成为合格的（CLDGL-5）重负荷车辆齿轮油（CLE油）。

在性能级别分类中有一档GL-4中负荷车辆齿轮油（即CLD油）。由于该油的四项台架试验（CRCL-13、CRC-L-21、CRC-L-19和CRC-L-20）均已中止试验，所以按照API规定，可按通过GL-5油四项台架试验油的添加剂量减半，即可被认为符合GL-4中负荷车辆齿轮油（CLD油）。

4．车辆齿轮油的选用

下述表3-39和表3-40分别列出车辆齿轮油的使用情况和车辆齿轮油粘度级别选用情况。

表3-39车辆用齿轮情况

汽车类型代表车型社会保有量/104辆用油等级汽油车

小轿车

微型车轻型载重车中型载重车吉普车奥迪、标致、桑塔纳、夏利、雪铁龙

大发、吉林、长安、伟健

CA120、BJ130、NJ131、金杯

CA141、EQ140

212、213

110

40

290

260

20

GL-5

GL-4或GL-5

GL-4

GL-4

GL-4或GL-5

柴油车

轻型载重车中型载重车重型载重车大客车

矿山车

依维柯、五十铃、庆铃

解放、东风

斯台尔、奔驰、台脱拉、新黄河

丹东680

本溪LN-392

30

15

58

10

1

GL-5

GL-4

GL-5或GL-4

GL-4

表3-40车辆齿轮油粘度级别选用情况

环境温度/℃粘度级别环境温度/℃粘度级别

-57~10 -25~-49 -15~49 75W

80W-90

85W-90

-12~49

-15~49

-7~49

90

85W-140

140

（三）工业齿轮油

1．工业齿轮油的粘度级别

我国工业齿轮油按GB3141“工业用润滑测量粘度分类”标准进行粘度牌号的分类。表3-41列出新旧粘度等化以及与美国齿轮制造商协会（AGMA）、国际标准化组织（ISO）的粘度等级的对应关系。

表3-41 工业齿轮油粘度等级

粘度级GB3141 40℃运动粘度/

（mm2/s）

相当于旧牌号

（50℃粘度）

AGMA

粘度级

ISO

粘度级

68 100 150 220 320 460 680 61.2~74.8

90~100

135~165

198~242

288~352

414~506

612~748

50

70

90

120

200

250

350

2EP

3 EP

4 EP

5 EP

6 EP

7 EP

8 EP

VG68

VG100

VG150

VG220

VG320

VG460

VG680

2.工业齿轮油的产品分类

上述产品分类是参照ISO6743.6规定。对于齿轮的负荷和操作条件该规定有如下解释：

轻负荷齿轮的接触应力一般低于500MPa（500N/ mm2/s）和齿面上的最大滑动速度（V s）一般低于工作的节圆柱（V）上的齿节线速度的1/3。

重负荷齿轮的接触应力一般大于500 MPa（500N/ mm2/s）和齿面上的最大滑