圆柱齿轮减速机加载试验方法
1 范围
本标准规定了圆柱齿轮减速器加载试验和数据处理的方法，同时也规定了对试验件、测试装置的要求。
本标准主要适用于渐开线齿形圆柱齿轮减速器科研样机（新产品开发样机）、产品质量认证、产品出厂验收时的加载试验。被试减速器的高速轴转速不超过1500r/min，齿轮圆周速度不超过20m/s。
2 引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB/T 6404—1986 齿轮装置噪声声功率级测定方法
GB/T 8543—1987 验收试验中齿轮装置机械振动的测定
GB/T 10095—1988 渐开线圆柱齿轮 精度
3 试验件的要求
3. 1 试验件及其数量的一般规定
试验件为待出厂产品或样机。试验台数由试验目的和要求决定，不应有其它限制。
3. 2 试验件的材质、加工精度
主要零件的材料、热处理、机械加工应合格并有检查记录。必要时在试验前核查生产检验记录或抽检其重要项目。
4 测试装置的要求
4. 1 加载试验台
试验的驱动与加载方式及其装置不受限制。开式试验台见图1a)，封闭功率流式试验台见图1b)。优先采用能耗较低的封闭功率流式。加载转矩和转速稳定，波动不应超过1%。运转中能进行加载和卸载。
4. 2 负载与转速测试仪器
仪器仪表类型不限，但其规格、量程、精度应与试验相适应。测试项目为加载转矩（功率）、转速，测试精度不超过读数的1%。优先采用转矩转速传感器与转矩转速测量仪，并应在被试验减速器的输入、输出端各装一台传感器，直接测定试件（仅附加联轴器）的输入输出转矩（功率）、转速，如图1a)与图1b)。
a) 开式试验台
b) 封闭功率流试验台
1—传感器； 2—试件； 3—传感器； 4—电动机； 5、6、7、8—联轴器；
9—加载器； 10—传动箱； 11—传动轴
图 1
4. 3 安装调试
全部试验装置（不包括电控电源设备）应装在同一（或组合）平台上，要求各部件找水平、对中、系统运转灵活。先进行静调零，然后进行动调零。调改仪器转矩显示值多位读数的前几位均应为零，末位数不大于4。
脱开联轴器8（见图1），可测定试件2的空载转矩。
5 负载试验的温度、噪声、振动测试仪器要求
减速器油池和轴承的温度测定可采用经计量部门鉴定合格的量程到150℃的温度计。
噪声仪和测试方法应符合GB/T 6404的规定。
振动测试仪器和测试方法应符合GB/T 8543的规定。
6 减速器的加载试验
6. 1 试验项目、步骤、方法
6. 1. 1 科研样机（新产品开发样机）试验
一般应按表1进行试验。
表 1
分 类 | 项 目 | 说 明 | ||
序号 | 名 称 | 序号 | 内 容 | |
Ⅰ | 空载试验 |
1 2 3 4 | 在额定转速下，正、反两向运转不小于1h。要求： 各连接件、紧固件不松动； 各密封处接合处不漏油、不渗油； 运转平稳，无冲击； 润滑充分，检查轴承和油池温度 | |
Ⅱ | 负荷性能试验 |
5 6 7 8 9 10 | 在空载试验合格后，进行热功率测试。在额定转速下，逐级加载试验，每级载荷试验达到油温平衡1h后再增加一级（约20%额定负荷），直到平衡温度达到润滑油允许的最高温度为止。然后进行机械功率（机械强度）试验，在额定转速和转矩下高速齿轮每齿应力循环数N≥3×106次。要求测定： 转矩（或功率）； 效率； 转速与运转时间； 轴承与油池温度、温升； 噪声，振动； 齿面接触率，齿轮损坏情况 | 热功率（即在一定润滑冷却条件下减速器油温不超过允许最高平衡油温时的功率）试验的润滑冷却措施，应符合其热功率表要求。机械功率试验时可采取任意冷却措施 |
Ⅲ | 超载试验 |
11 | 在额定转速下 120%额定负荷，运转1min； 150%额定负荷，运转1min； 180%额定负荷，运转0.5min。 检验齿轮及其它机件损坏情况 | 超载试验应在起动以后加载，卸载以后制动 |
Ⅳ | 齿面接触疲劳 寿命试验 |
12 | 在额定负荷下，高速齿轮的应力循环数： 调质齿轮、淬火齿轮为5×107次，氮化齿轮为2×106次。 检验项目与5~11项同 | 测试齿面接触疲劳寿命 |
对于输出转矩T2>10t·m的减速器验收，负荷试验的加载转矩（功率），允许用户与制造厂协商确定。
允许用工业应用试验代替疲劳寿命试验，但工业应用实际负荷必须达到额定负荷，并有准确的日记录，试验时间不小于3600h。
6. 1. 2 产品质量认证试验
产品质量鉴定、认证试验按表1中序号Ⅰ~Ⅲ各项目进行试验。齿面接触疲劳寿命试验可免做。
6. 1. 3 产品出厂、验收试验
一般应进行表1中序号Ⅰ~Ⅲ各项试验，但负荷性能试验与超过试验允许按实用负荷加载，且负荷试验运转时间允许以达到温度平衡为止，不需N≥3×106次。批量生产时允许抽样试验，抽样数不小于批量的10%。如抽样试验发现不合格产品，应再抽试10%，仍有不合格产品，应全数试验。
6. 2 测试数据与数据处理
6. 2. 1 数据采集
试验中采集的数据包括：加载转矩、功率、转速、温度、噪声、振动、齿轮磨损、时间等。
至少每半小时应采集一次的数据有输入输出转速、输入输出转矩、功率值、润滑油温、轴承温度、室温。从数显仪上采数或打字机取数，转速、转矩、功率值每次至少采集5组数据。同时记下采集数据的时间。
噪声、振动应每个负荷档次、每个转速档次测定一次，并记录噪声、振动值及相应的负荷转速与时间。
齿轮的磨损、点蚀、胶合、裂断及齿面接触率的变化，一般至少每日观察记录一次。试验正常，无损伤，记录时间间隔可较长，反之齿面已出现损伤，记录时间间隔应较短。
轴、轴承与机体等在试验中的不正常现象、损伤，润滑油的种类、牌号等均应记录。
6. 2. 2 计算转矩（功率）、转速的平均值
a) 求每次采集数据的平均值见式（1）、式（2）：
············································(1)
············································(2)
式中：
——每次转矩平均值，N·m；
——每次转速平均值，r/min；
k——数据组数；
Ti——每组数据中的转矩值，N·m；
ni——每组数据中的转速值，r/min。
b) 求每级载荷的平均值见式（3）、式（4）：
···········································(3)
···········································(4)
式中：
——每级载荷的转矩平均值，N·m；
——每次采集转矩的平均值，N·m；
M——每级载荷采集数据的次数；
——每级载荷的转速平均值，r/min；
——每次采集转速的平均值，r/min。
6. 2. 3 减速器传动效率
a) 减速器总效率，见式（5）；
·······································(5)
式中：η——减速器传动总效率；
——一次采集的输出转矩的平均值，N·m；
——与同时采集的输入转矩的平均值，N·m；
i——减速器传动比；
η联——减速器输入、输出轴头联轴器效率。
b) 齿轮啮合效率（包括润滑搅油损失），见式（6）：
···········································(6)
式中：η啮——齿轮啮合效率；
η——减速器传动总效率；
η轴承——减速器各轴承总效率。
c) 描绘效率曲线
按500，750，1000，1500 r/min或额定转速描绘25%，50%，75%，100%，110%额定负荷的效率曲线，取纵坐标为效率值，横坐标为负荷值。
6. 2. 4 减速器热功率曲线
以允许最高平衡温度下的热功率（kW）为纵坐标，以相应的转速为横坐标，描绘试验热功率与转速关系曲线图。
6. 2. 5 负荷性能试验、疲劳寿命试验高速齿轮每齿应为循环数的计算
计算应力循环次数可计入低于额定负荷下的应力循环数，但必须折算为相当额定负荷下的应力循环数，一般可按式（7）计算：
·····································(7)
式中：Nd——相当应力循环数，次；
N——额定负荷下的应力循环数，次；
Ti——低于额定负荷的负荷，N·m；
Ni——对应Ti的应力循环数，次；
T——额定负荷，N·m；
N=60ni a L
Ni=60n a Li
n1——额定负荷下高速齿轮的转速，r/min；
ni——Ti对应的转速，r/min；
a——小齿轮转一转每齿的啮合次数；
L——额定负荷下试验时间，h；
Li——Ti对应的试验时间，h。
6. 2. 6 温升计算与温度限额，见式（8）：
Δt = t – t0···········································(8)
式中：Δt——润滑油（或轴承）的温升，℃；
t——润滑油（或轴承）的温度，℃；
t0——试验室室温，℃。
6. 3 试验合格指标
6. 3. 1 疲劳寿命试验或工业应用试验合格指标：
在额定负荷下疲劳寿命试验或工业应用3600h以内的减速器，其合格的指标为：
a) 齿轮与各机件无断裂。
b) 齿面无胶合、擦伤。
c) 齿面摩擦磨损厚度，在齿根附近测量不超过齿轮模数值的4%。
d) 齿面点蚀面积限额为：
调质齿轮，见式（9）：
VGes = V1Ges + V2Ges≤2%·····································(9)
渗碳淬火与氮化齿轮，见式（10）、式（11）：
VGes = V1Ges + V2Ges≤1%····································(10)
VE2 = 4%···········································(11)
式中：VGes——一对齿轮点蚀面积总和占有效工作面积总和的百分率；
V1Ges、V2Ges——分别为小、大齿轮点蚀面积总和占各自有效工作齿面积总和的百分率；
VE2——齿轮的齿点蚀面积占有效工作齿面积的百分率。
允许出现初期点蚀，初期点蚀可不计入点蚀面积之内。初期点蚀的特征是收敛性点蚀，点蚀点直径小于1mm。
e) 整机效率η：对齿轮精度等级为GB/T 10095的6级和6级以上的减速器，η≥0.980 n；6级以下的为η≥0.975n，此处n为齿轮传动级数。
f) 按热功率或工作功率加载，平衡油温不高于100℃或温升不高于80℃。
g) 噪声≤85dB(A)。
6. 3. 2 产品质量鉴定、认证及出厂验收试验的合格指标：
a) 齿面硬度高于50HRC且经磨削加工的齿轮除允许齿面磨损厚≤0.1mm外，齿轮不得有任何损伤；调质滚齿齿轮允许齿面有个别小点蚀点，磨损厚≤0.1mm。除此以外，齿轮不得有其它损伤。
b) 齿面接触率、齿侧间隙达到设计要求。
c) 各机件完好、无损。
d) 效率、油温、噪声指标与6.3.1所列相同。
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