鼓形齿联轴器的试验

             鼓形齿联轴器的试验
            王东道，沈伟斌
    摘要：介绍了用牵引齿轮综合加栽试验台对鼓形齿联轴器进行的相关试验。
    关键词：鼓形齿联轴器；齿轮综合加栽试验台；试验
    1、引言
  对鼓形齿联轴器进行试验可以了解其在不同工况下鼓形齿联轴器的运行和磨损情况，研究其使用
寿命、获取产品性能参数。
  利用中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所现有的试验设备——齿轮综合加载试验台，对鼓形
齿联轴器进行了试验。试验项目有：无载荷空运转试验、鼓形齿联轴器多齿啮合试验、静载荷破坏试验和仿真加载试验。
  选择模数m=4，齿数Z=48，压力角a=20°的鼓形齿联轴器进行了无载荷空运转试验、多齿啮合试
验和静载荷破坏试验。选择模数m=4，齿数Z=38，压力角a=20°鼓形齿联轴器进行仿真试验。
    2、试验设备--牵引齿轮综合试验台简介
  该试验台系统的连接方框图见图1。

  系统由变频调速器控制电机旋转作为系统的驱动，由计算机进行数据采集和处理的电液伺服控制
加载系统，采用的是封闭功率流试验加载原理。
   3、无载荷空运转试验
   3．1 试验方法
  试验时将鼓形齿联轴器一端安装在齿轮箱主动轴上，另一端安装在专用工装的转动轴上。该专用
工装可调节其轴向和径向的位移，以达到模拟鼓形齿联轴器在实际运行中2轴线不对中的工况。由调
速电机驱动齿轮箱运转进行试验，连接形式见图2。

             图2 无载荷空运转试验
    3．2 试验记录
  试验时电机正反转各1次，每次60min。表1为径向位移变化时联轴器的试验情况；表2为径向、
轴向均变化时联轴器的试验情况。
           表1 径向位移变化试验

表2 径向、轴向位移均变化时试验

    3．3 试验分析
(1)从鼓形齿联轴器的摆角情况分析，该联轴器的最大摆角可以达到5°，空运转时满足设计要求；
(2)分解该联轴器，检查齿面，没有发现点蚀、擦伤、粘着等现象，属于正常磨损状态；
(3)通过试验发现，该联轴器在不同的偏移量时，理论上有一个相对的平衡位置，当2轴线趋于对
中时，联轴器具有回到原来的平衡位置的功能。
    4、鼓形齿联轴器多齿啮合试验
  鼓形齿联轴器啮合情况较为复杂，理论上未加载荷时，只有2对齿接触，加上载荷后，轮齿产生变
形，可能有多对齿啮合，在不同的齿轮周向上，在不同的轴问倾角的情况下，都会有所不同；另外由于加工、安装等的误差都会造成啮合情况的不同，理论计算十分复杂。因此，借助试验来分析受力情况及受力的分布趋势变得具有十分重要的实用价值。多齿啮合试验利用电阻应变的原理进行研究。粘贴应变计后的工件见图3。

                图3 粘贴应变计后的工件
    4．1 试验方法
  实验主要考虑以下2个因素：能进行不同载荷、不同工作轴间倾角时啮合的测试。
(1)试验方案。一般情况下，内齿的刚度大于外齿的刚度，为了能更好地反映应变，工作应变片贴于外齿轮轮齿的端面，温度补偿片贴于不受力的相同材料上。同时为了能更好地反映接触状况，应变片贴于轮齿中心线受拉应力的一侧，靠近齿根边缘处，如图4所示。

                 图4 应变片粘贴位置示意图
(2)试验步骤。① 将试验鼓形齿联轴器在牵引齿轮综合试验台上组装好，接出工作应变片和温度补偿片的引线，并与试验仪器连接好，按试验要求调好所要求的轴间倾角；② 将引线与试验仪器连接
好，将每一个应变片编号，调节平衡；③通过液压加载器对试验联轴器加载荷，记录试验数据。④若要改变载荷的大小或倾角的大小，重复以上步骤。
    4．2 试验数据处理
  试验时的加载扭矩为2100 N·m，倾角为0°，得出的试验数据见表3。
                表3 鼓形齿联轴器多齿啮合试验应变值

将每个应变片的编号按顺序在圆周上排列好，画出同心圆等值线，将每个应变片的应变值标在对
应的序号上，将这些点用光滑的曲线连起来，见图5。由图中曲线可以清楚地看出，在轴问倾角为0°时，加载后每个轮齿都受力，而且受力比较均匀。

                 图5 鼓形齿联轴器多齿啮合试验应变图
    5、静载荷破坏试验
  做完多齿啮合试验后，紧接着做静载荷破坏试验。在轴间倾角为O°时，逐渐增大载荷，观察联轴器有无异常。  试验时将载荷从1500～5000 N·m区间变化(每次变化值为500N·m)，联轴器无异常。
  受试验台的加载能力限制，只能给联轴器加到5000 N·m扭矩的载荷(是设计扭矩的3倍多)，联轴器没有发生断齿现象，可见，在无轴间倾角时，联轴器的承载能力是足够强的。
    6、仿真加载试验
  仿真加载试验是在较为恒定的负载条件下运行，根据不同的实验目的，通过试验参数的改变，进
行承载能力、效率、磨损、温升等测试目标的实验。
    6．1 试验方法
  试验选用的鼓形齿联轴器为：模数m=4，齿数z=38，压力角a=20°。试验需用2套完整鼓形齿联
轴器。其中l套鼓形齿联轴器装在液压加载器和十字滑台之间，另1套鼓形联轴器装在十字滑台和陪
试齿轮箱之间。十字滑台是由2套液压伺服油缸控制的一个小系统，它可在轴向、径向2个方向按给定的位移信号自由运动。由十字滑台带动鼓形联轴器在轴向、径向来回运动，以此来模拟动车在运行中由于线路不平顺和通过曲线、弯道时鼓形齿联轴器在垂向、纵向和轴向的位移。整个系统组装后见图6。

    6．2 试验记录
  试验时按试验大纲规定的载荷进行加载；按规定的转速及轴向、径向的偏移量启动整个系统。全
部试验的记录数据比较多，下面给出2种试验条件下的记录。表4为静态位移时试验记录，表5为动
态位移(极限位置)时的试验记录。

表5 偏移量为轴向±10mm．径向±12.5mm时动态位移(极限位置)试验记录

    6．3 试验分析
  当试验进行到最大倾角约5°时，即轴向位移为±1O mm，径向位移为±12．5 mm时，联轴器的温升加剧，噪音、振动变大。短时间运转后，拆下来检查，发现内外齿面均出现挤压痕迹，外齿两端磨损较为严重；联轴节内复位元件弹簧外圈边缘严重磨损。
   经分析后认为有2个原因：(1)外齿修形量不够；(2)弹簧的刚度不够，并圈长度过长，造成在最大倾角时，联轴器内外齿滑移空间不够，造成撞击，从而使得内外齿的磨损加剧以及噪音和振动变大。
   经过加大外齿的修形量，重新设计弹簧，增大弹簧的刚度，减少并圈长度，重新组装试验。试验在进行到最大倾角时，情况明显好转，达到设计要求。