روغن دنده مناسب برای گیربکس BE: پاسخ به سوال

با اهدای سلام و تقدیم احترام

پیرو سوال واصله از یکی از مخاطبین محترم این وبلاگ مهندسی، پاسخ صادره، جهت اطلاع سایرین و استفاده های بعدی، به شرح زیر تقدیم شده است.

شرح سوال: روغن دنده مناسب برای گیربکس BE چه مشخصاتی باید داشته باشد؟ آیا می توان از روغن GL-4 بجای GL-5 در این گیربکس استفاده کرد؟

برای پاسخ به این سوال، ابتدا مقدمه ای بر گیربکس سری BE را بیان می کنم تا این تجهیز را بیشتر بشناسیم و سپس به روغن مناسب برای آن خواهیم پرداخت.

گیربکس های سری BE گونه ای از گیربکس های دستی هستند که برای نصب در محصولات گروه خودروسازی پژو-سیتروئن-اوپل و بطورکلی در خودروهایی مناسبند که از نوع محور محرک جلو (FWD) باشند. این گیربکس ها (شکل 1 را ببینید) دارای 5 دنده جلو یک دنده عقب بوده و برای انتقال گشتاور 140 تا 260 نیوتن-متر طراحی شده اند.

شکل 1: نمایی از گیربکس BE محصولات پژو-سیتروئن-اوپل [1]

ایران خودرو با ایجاد برخی تغییرات جزیی در پوسته و نسبت دنده های این گیربکس از آن انواع مختلفی تولید کرده و گیربکس BE را برای نصب روی انواع محصولات خود مناسب سازی نموده است. گیربکس EF7 نیز که روی خودروهای مجهز به موتور ملی نصب شده است نیز از مشتقات گیربکس BE است که متناسب با موتور ملی تغییر داده شده است. [1]

جدول 1 را ببینید.

جدول 1: انواع گیربکس های عضو خانواده BE [1]

برای روغنرسانی به این خانواده گیربکس لازم است از روغن زیر استفاده شود:

- تیپ (نوع) روغن: سینتتیک (ترجیحا تمام سینتتیک)

- کلاس روغن: Gear Oil

- گرید روغن: SAE 75W80

- کیفیت روغن: API GL-5

اکنون به بخش دوم سوال می رسیم: چرا نمی توان از کیفیت API GL-4 در گیربکس های خانواده BE استفاده کرد؟

برای پاسخ به این سوال، لازم است ابتدا مختصری درباره سطوح کیفیت روغن های دنده یا Gear Oils براساس سیستم موسسه API بیاموزیم:

موسسه API اقدام به طبقه بندی روغن های دنده (Gear oil) با کاربرد خودرویی به صورت زیر نموده است [2,3]:

- کلاس کیفی GL-1: روغن های دنده ای که در این کلاس کیفی قرار بگیرند تیپ مینرال داشته و بیشتر برای روغنرسانی به spiral bevel و worm gear مناسبند. از این دسته از روغن های دنده می توان برای روغنرسانی به برخی گیربکس های دستی خودرویی که در شرایط دمایی معمول (بازه دمایی نه خیلی سرد و نه خیلی گرم) و شرایط بارگذاری سبک کار می کنند (مانند برخی گیربکس های خودروهای سواری و برخی کامیون های قدیمی) نیز استفاده کرد. در این کلاس از روغن های دنده، انواع ادتیو بمنظور جلوگیری یا به تاخیر انداختن اکسیداسیون، کف زدا، و بهبود دهنده های نقطه ریزش (Pour point) قابل اضافه کردن است. در کلاس GL-1 از ادتیو های EP و بهبود دهنده های خواص اصطکاکی (Friction Modifiers) استفاده نمی شود.

- کلاس کیفی GL-2: این کلاس کیفی شامل روغن های دنده ای است که از همان تیپ مینرال و ادتیو های بکار رفته در ساختار روغن های کلاس GL-1 برخوردار بوده، اما علاوه بر آن، از ادتیو های AW، مقدار بسیار اندکی ادتیو های EP، و برخی اسید های چرب بمنظور بهبود خواص عملکردی آنها در worm gear ها نیز در ساختار آنها استفاده شده است. این کلاس کیفی منسوخ شده است.

- کلاس کیفی GL-3: روغن هایی که در این کلاس کیفی قرار می گرفتند، برای روغنرسانی به گیربکس های دستی خودرویی و اکسل های spiral bevel مناسب بودند که از نظر شرایط بارگذاری و دمای عملکردی بین دو کلاس GL-2 و GL-4 قرار می گرفتند. این دسته از روغن ها دارای مقدار اندکی از ادتیو های EP بوده و برای گیربکس های hypoid مناسب نبودند. این کلاس کیفی منسوخ شده است.

- کلاس کیفی GL-4: این دسته از روغن های دنده از میزان بیشتری از ادتیو های EP در ساختار خود بهره برده و از این رو، برای روغنرسانی به گیربکس های hypoid مناسب هستند که در شرایط عملکردی غیربحرانی مانند سرعت چرخش نه چندان زیاد و بارگذاری ضربه ای، یا سرعت دورانی بالا و گشتاور پایین، یا برعکس کار کنند.

- کلاس کیفی GL-5: این کلاس کیفی، روغن های دنده ای را هدف می گیرد که بمنظور روغنرسانی به گیربکس های hypoid مصرفی در خودرو های سواری بکار می روند که از شرایط عملکردی سرعت دورانی بالا و بارگذاری ضربه ای، یا سرعت دورانی بالا و گشتاور پایین، یا سرعت دورانی پایین و گشتاور بالا برخوردار باشند. در این دسته از روغن ها، مقادیر معتنابهی از ادتیو های EP استفاده شده است.

- کلاس کیفی GL-6: این کلاس کیفی به روغن های دنده ای اشاره دارد که بمنظور کاهش اثر سایش شدید دنده ها در گیربکس برخی خودروهای مسابقه ای قدیمی ارائه شده بودند. این کلاس کیفی منسوخ شده است.

- کلاس کیفی MT-1: این کلاس کیفی شامل روغن های دنده ای است که در ساختار خود میزان وسیعی از ادتیو های EP داشتند و برای مصرف در برخی گیربکس های دستی غیرسنکرونیزه بعضی کامیون ها و اتوبوس ها مناسب بودند.

ذکر این نکته در اینجا لازم است که سیستم طبقه بندی که در بالا برای روغن های گیربکسی ارائه شده است، براساس گرید ویسکوزیته این روغن ها نیست. بلکه براساس غلظت حضور ادتیو های EP است [4].

بدین ترتیب، هرچه میزان حضور ادتیو های EP در ساختار یک روغن دنده بیشتر باشد، این روغن در رده کیفی بالاتری در سیستم API قرار می گیرد. بنابراین، همینجا می توان نتیجه گرفت که روغن GL-5 نسبت به GL-4 به مراتب از ادتیو های EP بیشتری در ساختار شیمیایی خود بهره می برد. همانطور که قبلا در پست «ادتیو هایEP: انواع، کاربرد ها، و محدودیت ها» در همین وبلاگ مهندسی صحبت کردیم، ادتیو های EP به سه دسته کلرین دار، سولفور-فسفری، و پتاسیم بورات تقسیم می شوند. ادتیو های EP سولفور-فسفردار رفتار تخریبی بیشتری نسبت به دو نوع دیگر در برابر آلیاژ های مس بکار رفته در ساختار گیربکس از خود نشان می دهند که برای حل این مشکل، بویژه در حرارت های بالا، استفاده از ادتیو های EP حاوی سولفور غیرفعال رایج شده است.

اصولا، هدف از معرفی ادتیو های EP به ساختار روغن های گیربکسی، پایداری شیمیایی بیشتر آنها در برابر شوک حرارتی موضعی (گاه تا 800 درجه سلیوس!) است. روغن های دنده ای که در کلاس GL-5 قرار می گیرند، دوبرابر بیشتر از کلاس کیفی GL-4 از ادتیو های EP در ساختار شیمیایی خود بهره می برند که همین، آنها را برای استفاده در کاربرد های پرفشاری مانند انواع خودروهای FWD و سیستم های انتقال قدرت RWD دیفرانسیلی مناسب کرده است [4,5].

از دیگر سو، بدلیل پتانسیل خورندگی بالاتر روغن های کلاس GL-5 نسبت به GL-4، حتما باید به توصیه سازنده گیربکس در این زمینه توجه و عمل کرد [5]. چراکه دقیقا سازنده گیربکس است که می داند از چه آلیاژ هایی در ساخت محصولش استفاده کرده است و مطمئنا در جریان پیک دمایی محصول خود نیز هست. بدین ترتیب، وقتی در گیربکس های خانواده BE که توصیه سازنده گیربکس (گروه خودروسازی پژو-سیتروئن-اوپل) بر استفاده از روغن کلاس GL-5 بمنظور روغنرسانی به این محصولات است، استفاده از روغن کلاس GL-4 می تواند منجر به اضمحلال زودهنگام روغن گیربکس شود که این نتیجه ای جز تشکیل رسوبات نمکی جامد در گیربکس که اغلب از سختی بالایی برخوردار بوده و قادر به تخریب قطعات و اجزای تحت فشار گیربکس هستند، نخواهد داشت. علاوه براین، استفاده از روغن GL-4 در گیربکس های خانواده BE منجر به داغ شدن تدریجی گیربکس خواهد شد که نتیجه مستقیم پدیده ای بنام Oil Starvation یا همان کم آمدن روغن در سطوح درگیر تبادل تنش است. بدین ترتیب، عمر خود گیربکس نیز کاهش خواهد یافت.

منابع و مآخذ:

بمنظور تدوین این پست از منابع زیر استفاده شده است که جهت مطالعه بیشتر علاقمندان به شرح زیر تقدیم شده است:

1. «مروری بر انواع گیربکس های شرکت پژو: نگاهی به مدل های ساخت شرکت ایران خودرو»، گسترش سرمایه گذاری ایران خودرو، مدیریت پشتیبانی و نظارت بر شرکتها، 1392، http://www.ikido.org

2. Noria Corporation, Automotive Gear Oil Service Classifications, Web Article, https://www.machinerylubrication.com/Read/29213/gear-oils-classifications

3. R. Widman, The Difference between GL-4 and GL-5 Gear Oils, Revision 1-2016

4. Rymax Lubricants, The difference between GL-4 and GL-5 explained, 08 July 2019, https://www.rymax-lubricants.com/blog/the-differences-between-gl-4-and-gl-5/

5. Noria Corporation, Guidelines for Using Gear Oil in Specific Applications, Web Article, https://www.machinerylubrication.com/Read/30366/gear-oil-applications