4.刘红旗(中机生产促进中心)-齿轮疲劳寿命及传动性能测试技术与装备

1刘红旗研究员/博导/总工程师CGMA齿轮试验与检测工作委员会主任委员齿轮疲劳寿命及传动性能测试技术与装备2014-10-29机械科学研究总院中机生产力促进中心介绍内容一、概述二、齿轮疲劳寿命测试技术三、齿轮疲劳寿命测试装备四、齿轮传动性能测试技术五、齿轮传动性能测试装备六、齿轮传动系统其它测试装备七、总结2一、概述1.齿轮疲劳寿命和振动噪音性能是评价齿轮传动系统优劣的重要指标2.测试以提高寿命与噪音性能为目的3.科学的测试方法是基础4.可靠的测试设备是关键二、齿轮疲劳寿命测试技术3二、齿轮疲劳寿命测试技术齿轮失效方式2.弯曲疲劳二、齿轮疲劳寿命测试技术齿轮失效方式2.胶合4二、齿轮疲劳寿命测试技术齿轮疲劳寿命测试方法1.模拟齿轮啮合过程用途：主要用于测试接触疲劳和胶合失效测试特点：接近实际运行情况，效率低2.单齿高频加载用途：用于弯曲疲劳测试特点：效率高，与实际啮合情况有区别，需标定二、齿轮疲劳寿命测试技术影响齿轮疲劳寿命的因素宏观几何参数微观几何参数齿轮材料热处理及制造工艺润滑油及温度表面处理工程等5二、齿轮疲劳寿命测试技术测试齿轮疲劳寿命的关键1.测试目的S-N曲线？对比测量？其它目的？2.试验齿轮设计、制造与检测3.试验方案确定三、齿轮疲劳寿命测试装备1.齿轮弯曲疲劳强度试验机及加载夹具2.齿轮接触疲劳强度试验机61.弯曲疲劳强度试验机及加载夹具试验机：高频电磁谐振式试验机，加载频率高：80～250Hz，106—1.5h，效率很高。一般不用电液伺服型试验机频率低，50Hz。试验要求：载荷大小精确、加载点准确、齿长载荷分布均匀，装卡方便可靠。加载工装：技巧，特别是斜齿轮试验。三、齿轮疲劳寿命测试装备三、齿轮试验装备国产高频试验机德国高频试验机试验机为通用高频试验机7工装要求1.齿轮装夹方便可靠2.齿宽方向载荷均布3.齿顶加载点准确三、齿轮疲劳寿命测试装备工装夹具是关键，需要在专业公司定制2.接触疲劳强度/胶合性能试验机机械力封闭背靠背试验机，运转试验，a=91.5/160mm，T=1400/6000Nm，n=6000/4500rpm。扭矩加载方式：液压加载器、扭力杆机械加载器技术要求：支撑刚度好、加载精确（载荷谱）、安装方便、减振、故障停机（安全）。三、齿轮疲劳寿命测试装备8背靠背齿轮疲劳试验台原理传感器试验齿轮试验齿轮液压加载器变频电机三、齿轮疲劳寿命测试装备背靠背齿轮疲劳试验机功能：对比测试：验证齿轮设计、齿轮材料、加工工艺、热处理参数改进等对齿轮寿命的影响，寻找规律强度测试：用于测试齿轮接触疲劳、弯曲疲劳寿命及胶合特性，质量验证性能测试：振动、效率、接触斑点S-N曲线测试：测试齿轮材料S-N曲线，为齿轮正向设计计算提供可靠的基础依据三、齿轮疲劳寿命测试装备9中机中心引进DU齿轮接触疲劳试验台序项目单位参数参数1试验齿轮中心距mm16091.52齿轮最大齿宽mm60353试验齿轮模数mm2～102-54最大试验功率kW20008805工作转速rpm0～45000-60006最大测试扭矩Nm6000，±1.5%FS21007电机功率kW75308油温℃~100~1309试验齿轮螺旋角0～300～30　10主机尺寸控制柜尺寸mmmm2800×12302000×6001850×8002000×600160mm、91.5中心距背靠背齿轮疲劳试验机技术参数三、齿轮疲劳寿命测试装备10试验台液压加载器叶片式：隔振。间隙密封（泄露），加工精度高扭力杆式：简单，传递扭振，易泄载齿轮安装结构锥面轴颈，液压装拆方便，不磨损。圆柱轴颈，装拆困难，易磨损。三、齿轮疲劳寿命测试装备装拆高压油口减振弹性支撑端盖活动支撑11机械科学研究总院中机生产力促进中心与英国纽卡斯尔大学齿轮技术研究中心全方位技术合作，为中国企业提供齿轮疲劳寿命试验设备、合作研究和技术咨询服务。DU在齿轮试验检测技术世界领先。贴身服务、快速响应—齿轮试验技术与装备的全方位技术支持。三、齿轮疲劳寿命测试装备12该试验设备曾供应于多个世界知名公司伊顿、ZF、BMW、NASA等众多大型汽车传动、航空传动、舰船传动公司试验机国内用户中国兵器内蒙古第一机械集团公司哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所中国航空动力机械研究所法士特、秦川发展背靠背齿轮疲劳试验机用户：三、齿轮疲劳寿命测试装备齿轮传动性能测试包括：1.齿轮接触斑点测试2.齿轮传递误差测试四、齿轮传动性能测试技术131.接触斑点、传递误差、振动噪音的关系四、齿轮传动性能测试技术四、齿轮传动性能测试技术2、传递误差是齿轮啸叫的激励源扭转振动：φ(t)=φ{[i(t)-i0]φ1(t)}（动态）(1)稳态情况下，φ(t)反映传递误差TE=φ(t)；(2)动态情况下，齿轮受迫振动，φ(t)反映扭转振动+TE；(3)TE是齿轮振动的激励源；(4)振动幅度：φmax≥TEmax；(5)振动频率：f与激励频率、系统响应频率有关。TE激励动态响应轮齿：振动、噪声传播系统：振动、噪声14偏差特征：1.随机性2.规律性-不同周期正弦曲线变形特征：随载荷变化，形状确定四、齿轮传动性能测试技术3、齿轮传动的传递误差分析传递误差TE(φ1)=φ2-i0φ1(稳态)=[i(φ1)-i0]φ1(1)齿距累积总偏差：Fp(2)齿距偏差：fpt(3)齿形偏差：Fα，ffα，fHα(4)安装偏心：e(5)轮齿受载变形：δ(6)轮齿修形：f，等……ω1ω2齿距累积总偏差Fp：呈正弦规律+随机性齿距偏差fpt：呈随机性齿形偏差Fα，ffα，fHα：呈正弦规律+随机性15δhfhK型修形曲线齿形变形曲线双齿进入啮合点，产生冲击典型的传递误差不同载荷下的传递误差(要考虑加载载荷)不同速度下的传递误差(要考虑测量方法)16传播、响应减少源头减小响应减小4.拟制啸叫的途径：减少传递误差、控制相应传播(1)减少传递误差途径：减少制造误差进行合理的齿廓修形减小轮齿刚度变化减小安装误差TE激励动态响应轮齿：振动、噪声传播响应系统：振动、噪声(2)减少振动噪声的途径：减小传递误差减小齿轮的振动响应减小系统的振动响应隔振、隔噪，减少传播四、齿轮传动性能测试技术5.优化齿轮啮合，减小和优化传递误差，降低振动噪音接触斑点试验测试样箱制造接触斑点、传递误差模拟分析齿轮修形设计软件建模加载分析：不同扭矩下错位分析影响系统变形要素调整齿轮修形设计定型模拟与测试结果对比分析不一致传递误差测试振动噪音测试综合分析确定解决方案一致四、齿轮传动性能测试技术17五、齿轮传动性能测试装备1.齿轮接触斑点试验台2.齿轮传递误差测试台1.齿轮接触斑点试验台加载启动、载荷稳定转角设定、低速稳定在疲劳寿命试验台上无法准确获得齿轮接触斑点181.齿轮接触斑点试验台接触斑点检测与对比1.齿轮接触斑点试验台192.传递误差/综合质量试验台1.圆柱齿轮传递误差试验台齿轮副传递误差测试齿轮轴系传递误差测试关键技术：•转角精密测量技术•传递误差信号处理技术•测试误差修正、补偿技术圆柱齿轮及系统传递误差试验台2.传递误差/综合质量试验台20-70-60-50-40-30-20-1001020300.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Time,sMicronsRawDataTimerFilteredMeasurement数据采集卡齿轮1齿轮2光栅21/Z11/Z2计数器2.传递误差/综合质量试验台传递误差数据采集与处理011223344050100150200250300350400450Frequency,HzMicrons,p-p六、齿轮传动系统其它测试装备1.综合性能/疲劳寿命试验台2.振动与噪声试验台3.传递误差试验台4.换挡性能试验台5.接触斑点/密封性试验台6.倾斜(润滑)试验台7.环境试验台……常见试验台的类别：211.综合性能/疲劳寿命试验台（1）风电齿轮箱电功率封闭试验台（2）汽车驱动桥电功率封闭试验台1.综合性能/疲劳寿命试验台221.综合性能/疲劳寿命试验台旋挖钻机动力头动态性能试验台(3)液力封闭试验台2.传递误差/综合质量试验台(2)锥齿轮啮合对滚综合质量检测接触斑点传递误差振动、噪声进口：自动检测、综合分析国产：看斑点、听噪声232.传递误差/综合质量试验台（3）主减综合质量试验台接触斑点，识别分析振动、噪声，频谱分析传递误差、综合分析加载试验进口：加载，自动检测综合分析国产：空载，看斑点、听噪声3.变速器换挡性能试验台AMT自动变速器换挡性能试验台反向驱动整车惯量TCU模拟快速上下料自动测试24变速器倾斜润滑试验台4.倾斜润滑试验台两轴倾斜正/反驱动各轴承润滑空载功率25七、总结测试技术测试装备测试人才齿轮及齿轮传动系统测试关键：机械科学研究总院地址：北京市海淀区首体南路2号，100044电话：[phone]/1732传真：[phone]中机生产力促进中心制造工程研究所贴近de技术服务高端de试验装备深入de合作研究26