Introduzione Il
motore trasferisce la potenza a ruote o cingoli tramite organi specifici
detti di trasmissione.
Essi
sono
frizione,
cambio
ad ingranaggi (a mano od automatico),
albero
di trasmissione,
giunti
e differenziale.
La
trasmissione s'ottiene tramite ingranaggi, lisci od elicoidali, montati
su assi, sottoposti a diverse e rilevanti sollecitazioni per cui occorre
garantirne prestazioni ottimali. Il loro funzionamento avviene tramite
un movimento combinato di slittamento e compressione tra i denti dell’ingranaggio.
La compressione ed il forte sfregamento tra dente e dente possono risultare
molto forti provocando un surriscaldamento del metallo. Occorre quindi
effettuare una buona lubrificazione allo scopo di ridurre attrito ed usura
causate dalle due azioni combinate. Gli oli per trasmissione hanno una
loro specifica classificazione API e SAE e delle loro qualità fondamentali
quali una giusta viscosità e prestazioni capaci di ritardare l’usura
d’ingranaggi, cuscinetti, rulli, catene, pompe e motori idraulici.
La
differenza tra trasmissione manuale ed automatica deriva da una diversa
azione del guidatore che con una leva accelera/decelera scalando le marce
manualmente o le inserisce automaticamente tramite un convertitore. Sinora
gli oli per trasmissione hanno avuto scarso rilievo sul mercato. Per il
futuro occorrerà porvi molta attenzione in considerazione dell’elevato
apporto e contributo che dovranno dare per il risparmio dei consumi
e la riduzione dell'inquinamento atmosferico. I consumi di lubrificanti
per trasmissioni sono in incremento e lo sono soprattutto gli oli fluidi
tipo SAE 75W 90 per il loro apporto al risparmio nei consumi e riduzione
dell'inquinamento atmosferico. Per ragioni opposte sono meno richieste
le viscosità tipo SAE 140-250.
Il
miglioramento tecnico ha sviluppato i sistemi di controllo della trazione
quale il differenziale auto bloccante o con limitazione di scorrimento
per ottenere un'equilibrata distribuzione ed un miglior controllo della
forza di trasmissione. Di seguito cercheremo di dare maggiori chiarimenti
sulle diverse funzioni della trasmissione ed i suoi vari e diversi componenti.
NB.
Nella sezione agricoltura si è scritto di oli per trasmissione
del tipo universali per la lubrificazione di macchine per lavori agricoli
e movimento terra.
Frizione.
La
frizione può essere a secco, cioè senz’olio, od in bagno
d’olio cioè con un olio tipo SAE 10W od ISO 32. Nel caso di
frizione con comando idraulico, è usato un fluido del tipo liquido
per freni.
Cambi
Meccanici.
Sono
impiegati sulla maggior parte degli automezzi per trasporto di persone,
carichi leggeri/pesanti e su automezzi a spostamento lento quali le autogru.
I più conosciuti e venduti sono quelli sincronizzati e ad innesti
frontali.
Nel
maggior numero di casi la lubrificazione avviene per sbattimento. Il carter
contiene la quantità d’olio sufficiente perché almeno uno
dei pignoni o ruote dentate di ciascuno dei “treni” d’ingranaggi sia immerso
nel lubrificante. Quando la coppia dei pignoni gira una certa quantità
d’olio è trascinata in alto dai denti del pignone inferiore e questo
permette di lubrificare i successivi pignoni. I cuscinetti, a sfere o rulli,
vengono invece lubrificati da spruzzi d’olio provocati dalla rotazione
dei pignoni montati su questi assi.
NB.La
lubrificazione d’ingranaggi industriali avviene in ugual modo ma il lubrificante
viene additivato diversamente in quanto sono diversi sia il carico
che la velocità di trasmissione.
Cambi
Automatici.
Il
cambio automatico ha inizialmente comportato la semplice sostituzione della
frizione a secco con un’ altra a giunti idraulici o convertitori di coppia
senza sostanziali modifiche al resto dell’impianto di trasmissione. L’applicazione
d’uno od un altro sistema di trasmissione presenta diverse possibili soluzioni
per le necessità future che si presenteranno. L’uso del giunto
idraulico serve ad attenuare l’effetto di carichi improvvisi rendendone
il funzionamento più equilibrato.I convertitori di coppia ac- celerano
l’azione di trasmissione incremendone la sua forza. Col cambio automatico
la variazione di rapporto viene fatta dal guidatore, senza usare la frizione,
passando solamente da marcia avanti a retromarcia e viceversa.
Le
trasmissioni automatiche e semi automatiche installate sui trattori sono
attrezzature complesse che raggruppano nel medesimo carter più organi
le cui esigenze di lubrificazione sono spesso inconciliabili.
Per
la lubrificazione dei cambi automatici occorre impiegare un olio specifico,
generalmente di color ros-
so
per evitare il rimescolamento con altri oli, le cui caratteristiche sono
definite dai principali produttori d’automobili americani quali la General
Motors col marchio ATF Dexron, e la Ford Motors col marchio Mercon.
Oli
per Cambi Automatici
Gli
oli per cambi automatici non sono classificati da organismi quali API-SAE-ACEA
o dalle norme Mil L dell'esercito americano che stabiliscono e regolano
le qualità e l'evoluzione di oli per motore ed ingranaggi. Essi
rispondono a delle specifiche emesse dai costruttori d'automobile sopra
menzionati. Dal 1937 esse si sono evolute partendo dall'uso di oli per
motore poco additivati per arrivare a prodotti di formulazione e prestazioni
molto complesse e specifiche. L'evoluzione è continua e senza sosta
per adattarsi ai progressi tecnologici che stanno conoscendo le trasmissioni
e la tendenza è verso un concetto d'universalità.
Gli
oli per cambi automatici hanno cinque distinte funzioni e cioè:
1.
Fluido per trasmissione d'energia idrodinamica per i convertitori di coppia.
2.
Fluido per trasmissione d'energia idrostatica nel circuito per il comando
idraulico ed i servo meccanismi.
3.
Fluido lubrificante per cuscinetti, rulli ed i denti d'ingranaggi.
4.
Fluido per trasmissione d'energia con attrito antifrizione controllato
e con innesti lubrificati.
5.
Fluido per la trasmissione di calore verso gli scambiatori.
TABELLA Lubrificazione
organi di trasmissione Le
principali proprietà di questi fluidi per cambi automatici sono:
1.
Viscosità appropriata.
2.
Stabilità termica ed all'ossidazione.
3.
Caratteristiche antifrizione.
4.
Ridotta tendenza alla formazione di schiuma.
5.
Compatibilità con i vari tipi di guarnizioni in uso.
6.
Assicurata resistenza al grippaggio ed anti usura.
7.
Controllata protezione anti corrosione .
Viscosità
dell'Olio.
Oltre
a lubrificare le parti metalliche a contatto tra loro,
l’olio
per trasmissioni deve avere specifiche caratteristiche
tra
le quali la viscosità è importante perchè deve favorire:
Aderenza sul
metallo anche con elevata velocità di rotazione;
Tenuta dei
dispositivi idraulici (circuito di distribuzione, valvole)
Rapidità
di contatto sui diversi organi lubrificati per sbattimento
o
getto d'olio. Ad esempio con un olio denso i getti d'olio
originati
dalla rotazione dei pignoni possono risultare insufficenti;
Rapide
partenze e di movimento di organi pur con le perdite
di
potenza per l'energia assorbita per attrito e lo sbattimento d'olio.
Questo
provoca un aumento di temperatura dell'olio per alcune decine di gradi;
Scorrimento
dell'olio per resistere all'aspirazione per la cavitazione creata dalla
pompa alle
TABELLA Trasmissioni
automatiche basse
temperature.Questo ne accelera l'usura e la durata.
Come
l’olio motore anche gli oli per trasmissioni sono soggetti a variazioni
di temperatura.Essi quindi deb-bono possedere un indice di viscosità
sufficiente per evitare sia l’eccessiva densità a freddo ( perdita
di potenza e difettosa lubrificazione dei cuscinetti) che l'eccesso di
fluidità a caldo (usura dei denti dei pignoni). Riassumendo si può
dire che, come per l'olio motore, la variazione di
viscosità
dev’essere limitata perchè l'olio sia sufficentemente fluido a freddo
ma rimanga abbastanza viscoso per aderire ancora al metallo ed evitare
il contatto diretto.
Classificazione
SAE
La
classificazione SAE degli oli per trasmissione
hanno numerazioni diverse per non confondere oli motore con oli per trasmissione
e cioè sono SAE 70W-75W-80W-85W e 90-140-250 anche se i valori della
viscosità possono essere gli stessi dell'olio per motori.
Sin
dal 1972 la viscosità dinamica era basata su temperature di riferimento
diverse cioè a 18°C per SAE 75W ,allora era poco usato, e per
il SAE 80. Questo definiva una sola viscosità cioè la SAE
75W per partenze a freddo ed a 100°C per SAE 90-140-250 cioè
tre grandi gamme di viscosità a caldo per i problemi di funzionamento
in continuo.
Dal
1972 la SAE ha modificato le esigenze di viscosità a freddo della
sua classificazione imponendo una viscosità dinamica massima a 150.000
millipascal al secondo per le SAE 70W-75W-80W-85W cioè con temperature
dai -55°C ai -12°C fissando dei valori di viscosità minimi
a freddo e valori minimi e massimi a caldo cioè a delle temperature
superiori ai -12°C per le gradazioni SAE 90-140-250.
NB.
La tabella relativa alle caratteriristiche SAE riporta anche i valori per
le SAE 70W che sono poco conosciute e considerate per la bassissima temperatura
di riferimento che è valida per un uso in climi artici.
Nell'
allegato 12 sono riportati i valori della classificazione SAE. Le caratteristiche
dei fluidi per trasmissione automatiche sono precisate nell' allegato 13
e definite per delle specifiche esigenze di servizio. La scelta viene fatta
per le prestazioni che danno e non per la loro viscosità.
Prestazioni
Gli
oli per trasmissione sono soggetti a delle prestazioni che sono meno gravose
di quelle che sono richieste ad oli per lubrificare il motore. Tuttavia
esse ora sono crescenti in relazione ai più lunghi intervalli cambio
dell'olio ed alle future maggiori temperature a cui dovranno resistere.
In proposito occorre anche considerare che nel carter si producono:
Inquinamento
per l'accumularsi di impurità costituita soprattutto di limatura
di metallo formatasi per l'usura del metallo. Per contenerla occorre filtrare
l'olio e attirare la limatura con un apposita piastrina magnetica posta
sul tappo di svuotamento dell'olio.
Alterazione
chimico termica dovuta all'ossidazione causata da riscaldamento e raffreddamento
in continuo dell'aria contenuta, da formazione d'umidità e condensa
all'interno del carter.
Gli
oli per trasmissione debbono inoltre possedere delle proprietà anti-schiuma
per evitare la fuoruscita di olio, con perdite molto dannose per la miglior
lubrificazione dei pignoni, evitando il rischio di cavitazione della pompa
idraulica. Tra i numerosi e diversi tipi di trasmissioni vi sono anche
quelle semplici lubrificate con oli aventi un basso contenuto d'additivi
quali antiossidanti, antocorrosione ed antischiuma. Altri, più specifici,
come quelli per cambi Fiat ad ingranaggi diritti che sopportano carichi
moderati e proteggono le leghe di cui vengono ricoperti i denti d'ingranaggi.
La
maggior parte delle trasmissioni attuali sono tecnicamente più elaborate
e forniscono maggiori presta- zioni. Per poter fare questo gli oli necessari
per la lubrificazione debbono possedere delle qualità importanti
per rispondere a delle importanti necessità funzionali. Tra queste
in primo luogo sono da considerare i gli elevati
carichi ed elevate pressioni esercitate sui denti d'ingranaggi con
lo schiacciamento ed il rischio della rottura del film di lubrificante.
Questo porterebbe le superfici metalliche dei denti d'ingranaggio a diretto
contatto tra loro. Lo sfregamento di metallo su metallo produce uno sviluppo
di calore tale che le particelle di metallo si saldano tra loro con fusioni
localizzate e micro saldadature per cui il metallo viene strappato dalla
superfice del dente venendo a contatto diretto cioè senza la barriera
protettiva costituita dal film di lubrificante. In queste condidizioni
si ha un rapido deterioramento dei denti e quindi un funzionamento non
ottimale del sistema di trasmissione.
Questo
si può evitare, in particolare per le coppie coniche ed i riduttori
finali, con l'aggiunta di particolari additivi EP
= Estrema Pressione.
Essi
sono miscele di composti organici che, sotto l'effetto del calore generatosi
dalla forte pressione tra dente e dente, si combinano col metallo formando
uno strato anti attrito che protegge la superficie. Questo film protettivo
impedisce il contatto tra metallo e metallo, il formarsi di micro saldature
e, quindi, il conseguente grippaggio. Per le trasmissioni tra ruote dentate
elicoidali e vite senza fine che avviene con notevoli slittamenti è
richiesto l'uso di oli detti "composti" perché
contengono anche oli d'origine vegetale quale l'olio di ricino.
Come
per gli oli motore anche per gli oli trasmissione la qualità e prestazioni
che danno dipendono dalla qualità dei vari componenti (oli base
+ additivi).La valutazione viene fatta in laboratorio con prove continue
su macchine e con sistemi di prova effettuati in precise e definite
condizioni di carico, durata e temperatura. Ogni parte e componente che
è soggetto ad usura, grippaggio, corrosione e deformazione viene
sottoposto a dei minuziosi controlli. Il risultato delle varie prove porta
alla definizione di rigorose specifiche valide per i diversi tipi di trasmissione,
nelle differenti condizioni di funzionamento e di carico che si verificano
nell'uso quotidiano che viene fatto dai conducenti d'automezzi.
L'olio
per trasmissioni viene formulato per rispondere alle esigenze di viscosità
desiderate e specifiche emanate da organismi quali API -SAE - ASTM, costruttori
d'automobili quali GM-Ford-Mercedes-Mack-Etc…e da diversi importanti consumatori
quali, ad esempio, l'esercito americano.
L'olio
per trasmissione può essere monogrado, senza polimero, ed
a gradazione unica. Esso soddisfa i limiti di un solo grado definito dalla
sua viscosità determinata a 100°C tipo SAE 90 o 140 o, per estensione,
alle esigenze di un grado W (invernale), senza ricorrere ad alcun polimero
miglioratore dell'indice di viscosità, per SAE 75W/80 (W)-80W/ 85(W)-80W/90
e85W/90.Non essendoci il polimero essi vengono ad essere insensibili al
taglio (prova FZG).
Il
prodotto multigrado,con polimero, soddisfa contemporaneamente, per l'incorporazione
del polimero miglioratore dell'indice di viscosità, all'esigenza
d'un grado W = invernale e di un grado definito dai suoi limiti di viscosità
a 100°C per il SAE 75W 90 ed 80W 140. Quando contiene un polimero,
di qualsiasi tipo esso sia, l'olio è sensibile al taglio delle molecole
e questo incide sulle prestazioni del lubrificante.
Con
l'uso di oli base sintetici, ad alto indice di viscosità, è
possibile arrivare ad un grado SAE 75W 140 senza aggiungere il polimero
miglioratore dell'indice di viscosità.
Specifiche
Militari.
Le
specifiche militari sono indicate con la sigla Mil-L
e, per gli oli trasmissioni, riguardano i tre oli EP di maggior consumo
che costituiscono la base d'omologazione per l'esercito americano. Esse
sono:
Mil-L
2105 = Definita nel 1946 equivale all'attuale API GL-4, riguarda
quattro prove e cioè usura ad alta velocità con poco carico,
a bassa velocità con molto carico, corrosione ad umido del rame,
che, in lega con altri metalli, ricopre i denti d'ingranaggi. Essa si riferisce
ai gradi SAE 75W-80W e 90 e riguarda ingranaggi elicoidali con ridotto
sfregamento ad una temperatura moderata a livello della superficie dei
denti.
Mil-L
2105 D = Definita nel 1987 equivale all'attuale API GL-5, sostituisce
le Mil.L. 2105 B/C che hanno introdotto i gradi multigradi SAE 75W- 80W
90 e 85W 140, rispetto alla quali ha superiori prestazioni, con sei prove
d'omologazione cioè:
CRC
L33. Prova al banco per determinare la corrosione in presenza d'umidità.
CRC
L37. Prova autocarro DODGE per determinare l'usura a bassa
velocità e carico elevato ed alta velocità con carico ridotto.
CRC
L42. Prova ponte SPENCER di vettura turismo. Serve a determinare
l'usura alta velocità con choc ciclicamente ripetuti.
CRC
L60. Prova laboratorio per determinazione della stabilità
termica.
ASTM
D892. Prova laboratorio per valutare la tendenza alla formazione
di schiuma.
Queste
specifiche riguardano gradadazioni di oli per trasmissione multigradi
tipo SAE 75W-80W 90 ed 85W 140 e riservate ai tipi d'ingranaggi che sono
più sensibili ai carichi molto elevati con brusche variazioni dello
sforzo e con strisciamenti a delle temperature elevate. La differenza tra
le specifiche Mil-L 2104C e 2104D riguardano la tossicità ed i problemi
d'inquinamento.
Il
Futuro.
I
costruttori d'automobili sono all'origine dell'evoluzione di questi oli
non solo per i tipi ATF-Mercon
ma anche dell'intera categoria di lubrificanti per nuove esigenze dovute
a:
La
generalizzazione del cambio a 5 marce; La
diminuzione della quantità d'olio che è utilizzata; L'allungamento
degli intervalli di cambio dell'olio; Le
ricerche per il risparmio dei consumi e contenimento d'inquinamento atmosferico; Il
miglioramento di confort dato dai recenti automezzi con facili cambi di
velocità, minor rumore e… caldo….
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