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减速器试验规范标准
减速器空载、超载及接触疲劳
试验规
德阳东汽电站机械制造
2007-06-28
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《/T9050.3-1999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,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,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:
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/T6404的规定。
3.振动测试仪器和测试方法应符合GB/T8543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):
(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;
Ti——每组数据中的转矩值,N·m;
ni——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):
(3)
(4)
式中:
T0——每级载荷的转矩平均值,N·m;
Ti——每次采集转矩的平均值,N·m;
m——每级载荷采集数据的次数;
n0——每级载荷的转速平均值,r/min;
ni——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);
(5)
式中:
η——减速器传动总效率;
T2——一次采集的输出转矩的平均值,N·m;
T1——与T2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):
(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500,750,1000,1500r/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:
(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=60niaL
Ni=60naLi
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.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。
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/T10095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。
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