减速器试验规范

减速器空载、超载及接触疲劳

试验规范

德阳东汽电站机械制造有限公司

2007-06-28

目录

一、试验目的 (4)

二、试验标准 (4)

三、试验要求： (4)

1. 试验所用仪器 (4)

2. 试验润滑要求 (4)

3. 试验标准 (5)

四、试验前准备 (5)

五、空载试验 (5)

1．试验装置 (5)

2．安装调试 (6)

3．负载与转速测试仪器 (6)

4．试验方法 (6)

5．基本要求 (7)

六、超载试验 (7)

1．试验装置 (7)

2．安装调试 (7)

3．负载与转速测试仪器 (8)

4．加载步骤 (8)

5．超载试验 (8)

6．基本要求 (9)

七、齿轮接触疲劳寿命试验 (9)

八、试验的温度、噪声、振动测试仪器要求 (9)

九、测试数据与数据处理 (10)

1．数据采集 (10)

2．计算转矩（功率）、转速的平均值 (10)

3．减速器传动效率 (11)

4．减速器热功率曲线 (12)

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 (12)

6．温升计算与温度限额 (13)

十、试验合格指标 (13)

1．疲劳寿命试验或工业应用试验合格指标 (13)

2．产品质量鉴定、认证及出厂验收试验的合格指标 (14)

一、试验目的

通过试验验证变桨减速器各性能参数达到设计要求，连接稳固，密封可靠。

二、试验标准

减速器空载试验参照《JB/T 9050.3－1999圆柱齿轮减速器加载试验方法》中相关要求进行。

三、试验要求：

1. 试验所用仪器

①动力源：按齿轮箱的功率选用适当电机

②试验台：按要求搭建

③测量仪表：

a. 温度计、Pt100仪表：用于测量被试齿轮箱润滑油温度，轴承

温度。

b. 测振仪：测量振动。要求测量高速轴，内齿圈外部等处振动

量。

c. 声级仪：测量试车噪音。

d. 转速表：测量齿轮箱轴及电机轴转速。

e. 必要时应配有一台1/3倍频程频率分析仪，并进行FFT分析。

2. 试验润滑要求

试验用油必须采用与齿轮箱工作时完全一致的油品，润滑油路必须是齿轮箱正常工作时的油路，试验后应更换过滤器。涂装时，为保证齿轮箱油路的完好性，不应拆卸各元件。

3. 试验标准

①温度：齿轮箱最高温度不应超过80℃，高速轴轴承温度不能

超过90℃。

②齿轮箱的空载噪音应不大于85dB（A），用GB3785中规定的

Ⅰ型和Ⅰ型以上声级计，在额定转速下，在距齿轮箱中分面1

米处测量，当环境噪声小于减速器噪声3dB（A）的情况下，

应符合要求。

③振动：要求测量高速轴轴伸，内齿圈外部等处振动，应符合

GB/T8543规定的C级。

④效率；齿轮箱效率视结构型式而定，一般应在96.5～97.5之间。

⑤清洁度：齿轮箱的清洁度应符合JB/T7929的有关规定。

四、试验前准备

由于风电变桨齿轮箱在现场工作时随桨叶360°旋转，而偏航减速器工作时轴线保持垂直，所以试验时要求模拟这一工况，以检查齿轮箱油润滑系统的工作情况以及齿轮轴向定位。

对试验件材质和加工精度的要求是：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。

五、空载试验

1．试验装置

试验装置如图1和图2所示。

1—传感器；2—试件；3—传感器；4—电动机；5、6、7—联轴器；

图1 开式空载试验台示意图

2．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，要求各部件与平台保持水平、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。该平台应该可以绕水平轴线摆动90°，以使试验装置的轴向处于不同工作角度。

3．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1所示。

4．试验方法

①试车前先手动，确认无卡死现象后再正式启动。

②按额定转速的30％、50％、80％各运行10分钟，观察无异常

情况后再启动至额定转速。在额定转速下运行2小时，试车过

程中，每隔20分钟测量下列数据并作记录：油温、轴承温度、振动、噪音。

③在110％额定转速下运行5分钟。

④在额定转速下，反方向运行30分钟。

⑤偏航减速器的轴线保持垂直；变桨减速器要求轴线从水平位置

开始，每转动15°重复上述实验步骤。

5．基本要求

①各连接件、紧固件不松动；

②各密封处接合处不漏油、不渗油；

③运转平稳，无异常冲击声和杂音，噪声声压级符合要求；

④润滑充分，检查轴承和油池温度，温升正常。

六、超载试验

1．试验装置

试验的驱动与加载方式及其装置不受限制。试验装置如图2所示。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。

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

图2 开式超载试验台

2．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。该平台应该可以绕水平轴线摆动90°，以使试验装置的轴向处于不同工作角度。

3．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2所示。

4．加载步骤

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：

①转矩（或功率）；

②效率；

③转速与运转时间；

④轴承与油池温度、温升；

⑤噪声，振动；

⑥齿面接触率，齿轮损坏情况。

注意在加载过程中，如有异常应立即停车消除故障后重新试车。试验后将齿轮箱内油放出，并冲洗干净，更换过滤元件。

5．超载试验

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。偏航减速器的轴线保持垂直；变桨减速器要求轴线从水平位置开始，每转动15°重复上述实验步骤。

6．基本要求

①各连接件、紧固件不松动；

⑤各密封处、结合处不渗油；

⑥齿面无损伤；

⑦润滑充分，检查轴承和油池温度，温升正常；

⑧机件无损伤。

七、齿轮接触疲劳寿命试验

试验装置超载试验相同，检验项目除包括超载试验中目外，还需检验在额定负荷下，高速齿轮的应力循环数分别为：调质齿轮、淬火齿轮为5×107次，氮化齿轮为2×106次，齿轮的接触疲劳寿命。

八、试验的温度、噪声、振动测试仪器要求

1.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。

2.噪声仪和测试方法应符合GB/T 6404的规定。

3.振动测试仪器和测试方法应符合GB/T 8543的规定。

九、测试数据与数据处理

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。

2．计算转矩（功率）、转速的平均值

① 求每次采集数据的平均值见式（1）、式（2）：

k T T k i i ∑==

1 (1)

k n n k i i

∑==1 (2)

式中：T ——每次转矩平均值，N·m ；

n ——每次转速平均值，r/min ；

k ——数据组数；

T i ——每组数据中的转矩值，N·m ；

n i ——每组数据中的转速值，r/min 。

② 求每级载荷的平均值见式（3）、式（4）：

m T T m

i i

∑==1

0 (3) m n n m

i i

∑==1

(4) 式中：T 0——每级载荷的转矩平均值，N·m ；

T i ——每次采集转矩的平均值，N·m ；

m ——每级载荷采集数据的次数；

n 0——每级载荷的转速平均值，r/min ；

n i ——每次采集转速的平均值，r/min 。

3．减速器传动效率

① 减速器总效率，见式（5）；

%10012

?=联

ηηi T T

(5)

式中：η——减速器传动总效率；

T 2——一次采集的输出转矩的平均值，N·m ；

T 1——与T 2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。

② 齿轮啮合效率（包括润滑搅油损失），见式（6）：

轴承啮ηηη= (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。

③ 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。

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。

5．负荷性能试验、疲劳寿命试验高速齿轮每齿应力循环数的计算

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：

∑=+=L i i i d T T N N N 13)( (7)

式中：N d ——相当应力循环数，次；

N ——额定负荷下的应力循环数，次；

T i ——低于额定负荷的负荷，N·m ；

N i ——对应T i 的应力循环数，次；

T ——额定负荷，N·m ；

N =60n i aL

N i =60naL i

n1——额定负荷下高速齿轮的转速，r/min；

n i——T i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；

L i——T i对应的试验时间，h。

6．温升计算与温度限额

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，℃。

十、试验合格指标

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）：

V Ges= V1Ges+ V2Ges≤2%(9) 渗碳淬火与氮化齿轮，见式（10）、式（11）：

V Ges= V1Ges + V2Ges≤1%(10)

V E2 = 4% (11)

式中：V Ges——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；

V E2——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≥0.980n；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)。

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、噪声指标符合要求。