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 摘要：文章在簡要介紹目前世界車輛和工業(yè)齒輪油最新規(guī)格發(fā)展的同時，著重分析了齒輪技術(shù)對齒輪潤滑產(chǎn)品在密封適應(yīng)性，抗磨耐久性、防滑性、抗點蝕、清凈性等方面的性能要求及對規(guī)格發(fā)展的影響，提出了未來我國齒輪潤滑技術(shù)發(fā)展方向及對潤滑行業(yè)發(fā)展的建議

十一五期間，中國齒輪行業(yè)進入快速發(fā)展時期，總產(chǎn)值已經(jīng)有250億元增長到500億元，再次成為國民經(jīng)濟的熱點和亮點。就市場需求與生產(chǎn)規(guī)模而言，中國齒輪行業(yè)在全球排名已超過意大利，居世界第四位^[1]。齒輪行業(yè)的快速增長，為我國齒輪潤滑行業(yè)帶來勃勃生機的同時，也對國內(nèi)齒輪潤滑技術(shù)發(fā)展帶來新的挑戰(zhàn)。目前的國內(nèi)市場，國外性能優(yōu)異的齒輪潤滑產(chǎn)品占領(lǐng)絕大部分的高端市場，并緊跟OEM的技術(shù)發(fā)展步伐。而國內(nèi)齒輪油規(guī)格發(fā)展緩慢，與國外差距較大。本文在介紹齒輪油技術(shù)發(fā)展及最新規(guī)格的同時，著重分析了車輛及工業(yè)齒輪傳動裝備的技術(shù)發(fā)展對齒輪油新的性能要求，在經(jīng)濟全球化的今天，未來環(huán)保和節(jié)能的理念將深入到各個行業(yè)，齒輪油技術(shù)發(fā)展不可避免要尊重這一主題，潤滑油制造商需在激烈的競爭中為用戶提供有保障的低成本的潤滑產(chǎn)品。此外，國內(nèi)潤滑油制造商應(yīng)加強與OEM的戰(zhàn)略合作，建立自己的油品規(guī)格標(biāo)準。

1 車輛齒輪油潤滑技術(shù)發(fā)展

汽車工業(yè)是車輛齒輪最重要的下游行業(yè)之一，也是技術(shù)發(fā)展最活躍的行業(yè)。載重運輸車輛傳動裝置設(shè)計變化主要是自動化及限滑型后橋的采用。重負荷齒輪箱及限滑差速器的廣泛使用將對潤滑產(chǎn)品的性能提出更高要求。另外，流線型汽車及更低的底盤設(shè)計減少了風(fēng)的阻力，并提高了燃料經(jīng)濟性，但同時也使通過后橋和變速箱的空氣流量減少。而起冷卻作用的空氣流量減少可能會是后橋和變速箱的工作溫度高于10年前的車輛。這樣的溫度可能導(dǎo)致油品氧化和密封件老化的加速。在20世紀80年代，API GL-5規(guī)格足以滿足大部分汽車驅(qū)動橋的潤滑需求，GL-5需要通過ASTM制定和選用的6個基本性能試驗（銹蝕、銅片腐蝕、磨損、極壓性和抗泡性），具體指標(biāo)見表1。

表1 API GL-5車輛齒輪油規(guī)格

包括MIL（美軍）、Mack Tuck（馬克汽車）、Eaton（伊頓）和Meritor（瑪瑞特）在內(nèi)許多設(shè)備制造商和用戶多采用了這些實驗^[2]。隨著汽車設(shè)備結(jié)構(gòu)的變化使傳動部位的潤滑條件較過去更為苛刻，如變速箱的標(biāo)準化和小型化，以及換油周期的延長，API GL-5在實際使用過程中，出現(xiàn)了油泥及沉積物，導(dǎo)致密封件老化而泄露，已不能滿足實際使用要求。這就對齒輪油性能提出了新的要求。這些新的要求主要表現(xiàn)為：

（1）良好的熱氧化安定性，減低油泥和漆膜厚度，延長油品使用壽命達到終生不換油。如美國dana公司推出了80467萬m和120701萬m不換油的標(biāo)準SHAES-256及SHAES-234，殼牌公司也有類似的產(chǎn)品。

（2）開發(fā)專用的手動變速箱油，具有良好的摩擦特性，滿足駕駛的舒暢性，滿足駕駛的舒暢性。如美國石油學(xué)會制定了MT-1；由于歐洲還沒有統(tǒng)一的手動變速箱規(guī)格，大眾汽車公司、雪鐵龍汽車公司分別制定了自己的OEM規(guī)格，大眾（VW501.50）、雪鐵龍（B712315）規(guī)格。

（3）為了滿足低檔換油、高溫有黏膜保護和燃油的經(jīng)濟性要求，使用多級齒輪油，油品中含有剪切性能良好的黏度指數(shù)改進劑。如在橋車和重負荷車輛中75W、75W/90、75W/80、75W/85黏度級別的油用量和比例明顯增加。

因此，在API GL-5規(guī)格基礎(chǔ)上，美國石油學(xué)會在90年代制定了手動變速箱及驅(qū)動橋油的兩個推薦性使用分類，把重負荷雙曲線后橋齒輪用油定為PG-2，其性能要高于API GL-5油。在密封適應(yīng)性、抗磨耐久性、防滑性、抗震顫性、高溫抗氧化性等方面提出新要求；將手動變速箱用油定為MT-1（PG-1），增加了對密封適應(yīng)性、同步性、換擋感受、長的使用壽命等方面性能要求^[3]，美軍在MIL-PRF-2105E規(guī)格也在2003年正式生效，在MIL-L-2105D基礎(chǔ)上補加了MT-1規(guī)格，使車輛齒輪油真正滿足多效性要求。而隨后代表目前車輛齒輪油最高水平SAE J2360替代了MIL-PRF-2105E，SAE J2360定義了用于雙曲線后橋和非同步器手動變速箱的車輛齒輪油的性能，被采用作為許多頂級OEM（Eaton，ArvinMeritor，Dana，etc）的基本油品規(guī)格要求，SAE J2360的好處是OEM認可、不需要發(fā)展PG-2，不同規(guī)格對比見表2^[4]。

表2 SAE J2360與MIL-L-2105D和API MT-1的比較

注：*為API MT-1和MIL-PRF-2105E/SAE J2360的ASTM銅片腐蝕要求比MIL-L-2105D更嚴格。

驅(qū)動橋中限滑差速器（LSD）是對普通差速器的革新與改進。這類差速器大大提高了汽車在雙附著系數(shù)路面上的動力性和通過性，顯著改善了汽車的操作穩(wěn)定性，有效地提高了汽車的行駛安全性。近年來轉(zhuǎn)矩感應(yīng)式、轉(zhuǎn)速感應(yīng)式和主動控制式等類型防滑差速器在賽車、越野汽車、中型和重型商用車、AWD轎車以及工程機械等車輛上得到了廣泛應(yīng)用。美國博格華納（BW）公司、伊頓（EATON）公司、瑞典的瀚德（HALDEX）公司、德國采埃夫（ZF）公司等世界著名汽車零配件制造商在限滑差速器技術(shù)上遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)，目前市場常見限滑差速器及制造商見表3。

表3 市場常見限滑差速器及制造商

進入20世紀90年代以來，有關(guān)防滑差速器的專利數(shù)量有大幅度提高，說明國內(nèi)外對于防滑差速器的研究非常重視。在潤滑油方面，對于離合片式防滑差速器潤滑技術(shù)研究較為廣泛^[5-9]，一些OEM制定了相應(yīng)的油品規(guī)格要求，其中ZF公司的TE-ML-05C規(guī)格對此類防滑差速器專用油提出了包括剪切安定性、材料適應(yīng)性、離合器試驗等除GL-5規(guī)格以外的更高要求。

今后，OEM對車輛齒輪油品規(guī)格變化影響將會越來越大，限滑式驅(qū)動橋的增長將對車輛齒輪油的研制帶來新的影響。此外，節(jié)能環(huán)保的壓力已及行業(yè)內(nèi)競爭的加劇將影響到中國潤滑油市場。利用資源優(yōu)勢及先進的配方技術(shù)來應(yīng)對車輛齒輪更高的潤滑需求是中國潤滑油制造商面臨的挑戰(zhàn)之一。

2 工業(yè)齒輪油潤滑技術(shù)進展

工業(yè)齒輪在中國的行業(yè)集中度遠高于車輛齒輪，在80年代到現(xiàn)在這30多年間，是中國工業(yè)齒輪技術(shù)的快速和蓬勃發(fā)展時期，改革開放政策使國內(nèi)企業(yè)相繼引進了許多大型成套項目，使我國的齒輪界開始接觸國外先進的齒輪傳動裝置。

工業(yè)齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標(biāo)準化方向發(fā)展，而其功率卻越來越高。潤滑材料面臨著真正挑戰(zhàn)。工業(yè)齒輪設(shè)備用油環(huán)境復(fù)雜，涉及到國計民生的各個領(lǐng)域。低速重載和高速重載是工業(yè)齒輪兩種較為苛刻的傳動方式、如水泥磨傳動設(shè)備和風(fēng)電齒輪增速箱。需要性能更為全面的潤滑產(chǎn)品，傳統(tǒng)的CKC、CKD系列亦不能滿足此類特殊工況的有效潤滑。

美國鋼鐵公司USS 224規(guī)格一直以來代表工業(yè)齒輪油最高規(guī)格，其油品具體性能與我

國的CKD相當(dāng)，但達到USS 224規(guī)格的油品一般未對熱氧化后的沉淀物進行評價。隨著齒輪設(shè)計精度的要求、流線型設(shè)計等因素，使齒輪的操作溫度，承載負荷越來越大，齒輪間的公差越來越小，齒輪切線速度加快，要求油品具有優(yōu)良的氧化安定性和熱安定性，以延長油品的換油周期^[10]。新一代齒輪油要求油品具有更寬的使用溫度、更長的使用壽命；更優(yōu)異的極壓抗磨性、更好的減摩節(jié)能特性；這是因為隨著齒輪工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)齒輪油已被作為齒輪設(shè)計的一個重要零部件，原因之一：設(shè)備潤滑工況發(fā)生了變化，工業(yè)齒輪箱朝著更大的動力、更大的載荷和較小的體積方向發(fā)展，并且工作環(huán)境潮濕。其中載荷的增大，增加了齒面接觸壓力和金屬與金屬之間磨損和點蝕，齒輪箱體積的變小導(dǎo)致油品溫度的升高，潮濕的工作條件導(dǎo)致軸承腐蝕加劇。其二；齒輪油在潤滑齒輪的同時也要確保軸承的潤滑。這些變化對工業(yè)齒輪油抗磨性能、承載能力、抗點蝕性能和熱穩(wěn)定性以及抗腐蝕性能提出了更高的要求。體現(xiàn)這些變化的規(guī)格主要以德國標(biāo)準DIN 51517和OEM的Flender規(guī)格（工業(yè)齒輪箱制造商）最具代表性，與國外先進水平相比國內(nèi)規(guī)格卻一直停滯在美鋼224規(guī)格上，與歐洲Flender規(guī)格相比在抗微點蝕性能、抗磨損性能和抗腐蝕性能方面有一定差距，尤其在近年來工業(yè)齒輪油推廣應(yīng)用中，OEM提出的要求不僅僅是滿足美鋼224規(guī)格，也要求通過DIN 51517-3和Flender規(guī)格，該油品通過了FAG FE8試驗和FVA 54微點蝕試驗，能有效地控制齒面的微點蝕和其他形式的齒輪磨損。表4、表5分別列出了德國標(biāo)準DIN 51517-3和不同OEM對工業(yè)齒輪油的規(guī)格。

表4 DIN 51517-3規(guī)格性能要求

表5 不同OEM的工業(yè)齒輪油規(guī)格

未來工業(yè)齒輪油發(fā)展趨勢應(yīng)從選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿┘夹g(shù)與適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)油匹配來實現(xiàn)，新型添加劑配方可提供良好的極壓性能，黏度跨度大（甚至低至ISO VG68），對于高負載的小型齒輪箱具有極強的保護，用于食品行業(yè)和風(fēng)力渦輪等特殊用途。過去用于增強極壓性能的添加劑易于出現(xiàn)熱穩(wěn)定性問題，目前形成的添加劑配方新技術(shù)可以在熱穩(wěn)定性（無油泥齒輪件）和極壓保護性（重負荷耐久性）之間提供優(yōu)異的平衡性能。這兩個特性的組合可以延長齒輪箱壽命，最大程度的提高運行效率，減少停車時間。可以預(yù)計，未來的發(fā)展趨勢在要求高負荷性能的同時保持齒輪油的清潔性。在油品評定方面，由于FZG齒輪試驗更接近齒輪工作狀態(tài)，目前已有FZG點蝕、FZG微點蝕和FZG磨損、FZG傳動效率等試驗方法建成，今后將成為工業(yè)齒輪油的主要評定手段；梯姆肯試驗逐步從工業(yè)齒輪油規(guī)格中取消；在實際應(yīng)用中，由于工業(yè)齒輪油同時兼有潤滑軸承的功能，因此軸承磨損試驗和軸承腐蝕試驗將逐步進入到工業(yè)齒輪油規(guī)格中來。

3 結(jié)束語

  從世界范圍看，齒輪油規(guī)格不斷變化、技術(shù)含量不斷提高、要求越來越苛刻，但是面對不同的需求、不同的市場環(huán)境，并不是最高水平的齒輪油就是最具需求的油品，而是應(yīng)對國內(nèi)市場不同的需求呈現(xiàn)兩種不同的發(fā)展趨勢：其一是對滿足基本使用性能而低成本的齒輪油需求，其中基礎(chǔ)油和添加劑都需要控制成本，因而需要添加劑在低劑量下仍十分有效；另一方面，則需要具有耐久性，燃料經(jīng)濟性和可靠性的高度專一的齒輪油。對于這種油品，基礎(chǔ)油往往比添加劑起更大的作用。未來幾年我國潤滑油制造商應(yīng)快速提升高效齒輪油、專用齒輪油的市場份額，降低設(shè)備維護成本，防止資源浪費，保證更多齒輪傳動裝置良好平穩(wěn)的運行，減少因油品質(zhì)量不足造成的重大經(jīng)濟損失。此外，中國潤滑油制造商應(yīng)加強與OEM的戰(zhàn)略合作，建立自己的齒輪油規(guī)格標(biāo)準。