《塑料齿轮减速器试验方法》

1塑料齿轮减速器试验方法本标准规定了塑料齿轮减速器台架试验的试验件、试验设备、安装调试，以及几何特性、机械性能试验、环境试验和数据处理的基本要求。本标准适用于有塑料齿轮参与传动的减速器。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温GB/T2423.3电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab：恒定湿热试验GB/T2423.5电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GB/T2423.10电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc：振动（正弦）GB/T2423.17电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾GB/T2423.22电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T2828.11计数抽样检验程序第11部分：小总体声称质量水平的评定程序GB/T3374.1齿轮术语和定义第1部分：几何学定义GB/T3374.2齿轮术语和定义第2部分：蜗轮几何学定义GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T6404.1齿轮装置的验收规范第1部分：空气传播噪声的试验规范GB/T14118谐波传动减速器GB/T16422.3塑料实验室光源暴露试验方法第3部分：荧光紫外灯GB/T30819-2024机器人用谐波齿轮减速器GB/T44846塑料齿轮承载能力计算3术语、定义、符号和缩略语3.1术语和定义GB/T3374.1、GB/T3374.2和GB/T44846界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1额定转矩ratedtorqueTN塑料齿轮减速器在规定的试验条件下可以满足寿命要求的最大工作转矩。3.1.22瞬间最大转矩instantaneousmaximumtorqueTLim塑料减速器允许短时输出的最大转矩（来源：GB/T43200-2023，3.13）3.1.3传动比transmissionratioi减速器试验件输入端与输出端的角速度比值。（来源：GB/T3374.1-2010，2.1.3.2）3.1.4轴向间隙axialclearanceca在规定的轴向力作用下，输出端沿轴向的最大位移量（来源：GB/T39566-2020，3.1）3.1.5径向间隙radialclearancecr在规定的径向力作用下，输出端沿径向的最大位移量。3.1.6径向跳动radialrunoutRr减速器无负载状态下，输出端绕基准轴线旋转一周，在垂直于轴线的测量平面内，实际轮廓到基准轴线距离的最大变动量。3.1.7背隙backlashδ将输入端与壳体固定，在输出端施加±3%额定转矩，正、反向旋转时，输出端产生的微小转角变化。（GB/T30819-2024，3.11）3.1.8空载转速no-loadrotationspeedsnv减速电机在一定输入条件下空载运行时，输出端的稳态转速。（来源：GB/T2900.26-2008，5.1.23）额定电压下，则为额定空载转速（ratedno-loadrotationspeed）。3.1.9正驱驱动positivedrive动力由减速器输入端输入，经传动后由输出端输出的工作状态，简称正驱。3.1.10反驱驱动backdrive将减速器原输出端作为输入端，原输入端作为输出端，动力及运动反向传递的工作状态，简称反驱。3.1.11启动转矩startingtorqueTs3输出端无负载，缓慢扭转输入端至输出端启动瞬间所需的转矩。（来源：GB/T35089-2018，3.2）3.1.12空载驱动转矩no-loadrunningtorqueTd0在规定的输入转速下，传动装置输出端无负载时，为维持其稳定运转所需在输入端施加的转矩。3.1.13反向启动转矩backdrivetorqueTrs输入端无负载，缓慢扭转输出端至输入端驱动瞬间所需的转矩。（来源：GB/T35089-2018，3.3）3.1.14反向驱动转矩no-loaddrivingtorqueunderbackdriveTrd输入端无负载，驱动输出端，使输入端以某转速匀速转动时的输出端转矩。3.1.15静载极限转矩limittorqueunderstaticloadTLs固定输出端，从静态开始在输入端缓慢施加转矩至减速器任一零件破坏前，输出端测得的最大转矩。3.1.16反驱静载极限转矩limittorqueofbackdriveunderstaticloadTLrs固定输入端，从输出端施加转矩至减速器任一零件破坏前，输出端能承受的最大转矩。3.1.17静载安全系数safetycoefficientunderstaticloadcs静载极限转矩TLs与额定转矩TN的比值,cs=TLs/TN。3.1.18反驱静载安全系数safetycoefficientunderbackdrivestaticloadcrs反驱静载极限转矩TLrs与额定转矩TN的比值，crs=TLrs/TN。3.1.19堵转转矩lockedtorqueTL配好电机的减速器在额定电压驱动下（电机在额定参数随负载转矩逐渐增大，输出端转速不断降低，最终使输出端转速为0的瞬间，减速器输出端的转矩值。堵转转矩是电机负载特性与减速器特性结合的机电综合指标。3.1.20动态超载能力dynamicoverloadcapacitycdo减速器在规定的动态超载转矩下连续运转，能够耐受该转矩而不发生损坏、永久变形或失效的最长持续时间。3.1.214静载时效变形量agingdeformationunderstaticloadθa减速器在恒定温度、恒定静态转矩作用下，持续保持某一规定/约定时间，因材料时效、蠕变、及配合面接触变形等随时间累积，最终反映为减速器输出端回转间隙即背隙的变化量。3.1.22温度冲击temperatureshock减速器在规定高温与规定低温环境中，先分别放置至全体零件温度稳定，再在高低温环境之间快速转换、保温，并如此反复循环的试验过程。3.1.23扭转刚度torsionalrigidity输入端固定，输出端承受的转矩与输出端的弹性扭转角的比值。（来源：GB/T35089-2018，3.6）3.1.24传动误差transmissionerror输出端实际转角与理论转角之差。（来源：GB/T35089-2018，3.8）3.1.25时效AgingTreatment试验件中采用注塑工艺生产的塑料零件，经一定时间放置，其分子继续结晶收缩、吸湿，消除内应力，趋于物性和尺寸稳定的过程。3.2符号和缩略语表1中的符号适用于本文件。表1符号和单位符号术语或说明单位AG齿轮箱体的散热面积m2Aτ剪切面积mm2a中心距mm接触椭圆的长半轴mm小齿轮或大齿轮齿宽mm接触椭圆的短半轴mm有效齿宽mmCa轴向间隙mm动态超载能力—径向间隙mmrs反驱静载安全系数—5表1符号和单位（续）符号术语或说明单位静载安全系数—d分度圆直径mmda齿顶圆直径mmdf齿根圆直径mmdw2节圆直径mmFn轮齿法向力NF局部齿面法向力NFt2螺旋齿轮节圆处名义切向力Nf频率Hv轮齿损耗因子–齿顶高系数–齿根高系数–i传动比–KA使用系数–k磨损系数kTr齿根传热系数–kTf齿面传热系数–Mdk跨球距–mn法向模数mmlog10Nij–第i组失效概率为10%的载荷循环次数–第i组失效概率为50%的载荷循环次数–MW质量损耗gNij失效时的载荷循环次数–Ni,10%可持续负载循环次数，第i次测试，10%的失效概率–Ni,50%可持续负载循环次数，第i次测试，50%的失效概率–NL载荷循环次数–输入转速r/minnMotor电机转速r/minno输出转速r/min6表1符号和单位（续）符号术语或说明单位试验总组数–nwi第i组试验重复次数–P传递功率WPi输入功率WPo输出功率WPV总功率损耗WPV0P与载荷无关的功率损耗WPVDP与载荷无关的密封装置功率损耗WPVL0P与载荷无关的轴承功率损耗WPVLPP与载荷有关的轴承功率损耗WPVXP其它与载荷无关的辅助装置功率损耗WPVz0P与载荷无关的齿轮啮合功率损耗WPVzPP与载荷有关的齿轮啮合功率损耗WR齿轮箱体的热阻2/wRr径向跳动—Rz表面粗糙度μmrK齿顶圆角半径mmSi第i次试验负载周期数的标准差估计值–S负载周期数离散系数平均值–snv空载转速r/minT0环境温度℃T反驱驱动转矩N·mTBST反驱启动转矩N·mT夹持转矩N·mTd名义转矩N·mTd0空载驱动转矩N·mTf齿面温度℃Ti第i次试验转矩N·mTL堵转转矩N·mTLBST反驱静载极限转矩N·m瞬间最大转矩N·m7表1符号和单位（续）符号术语或说明单位TLsT静载极限转矩N·mT加载转矩平均值N·mTT加载转矩最大值Tn空载运行转矩TMotorT电机转矩N·mTN额定转矩N·mTo输出转矩N·mTr齿根温度℃Ts启动转矩N·mT打滑转矩N·mTθ试验室温度℃T测试温度℃T齿轮体温度℃T润滑剂温度℃tED啮合时间比（10min内）–v切向速度m/s局部齿面线磨损量mmWk跨齿测量距mm小齿轮或大齿轮变位系数–Y齿形系数—Y载荷作用于齿顶时的应力修正系数—Y应力修正系数—Y螺旋齿轮齿根承载能力计算的重合度系数–Yβ弯曲疲劳强度计算的螺旋角系数—Yε弯曲疲劳强度计算的重合度系数—Y螺旋齿轮齿根承载能力计算的重合度系数—ZE弹性系数(N/mm2)0.5ZF材料系数ZH节点区域系数–ZR接触强度计算的粗糙度系数–8表1符号和单位（续）符号术语或说明单位Zβ接触强度计算的螺旋角系数–Zε接触强度计算的重合度系数–Zεs螺旋齿轮齿面承载能力计算的重合度系数–z齿数–小齿轮或大齿轮齿数–αn法向压力角β分度圆螺旋角δ背隙—ζ局部滑动率–ηz齿轮啮合效率–静载时效变形量-—μ摩擦系数–p塑料的密度g/cm3*齿根半径系数–Σ轴交角σ应力N/mm2F齿根弯曲应力N/mm2σFlim试验齿轮的弯曲疲劳极限N/mm2σFst静强度最大齿根弯曲应力N/mm2齿面应力N/mm2许用齿面接触应力N/mm2σHlim试验齿轮的齿面接触疲劳极限N/mm2i初始应力级N/mm2σ预估疲劳极限应力N/mm2σTlim拉伸疲劳强度N/mm2τFlim剪切疲劳强度N/mm2ΔTf齿面温升℃ΔTr齿根温升℃应力级差值N/mm24试验件4.1试验件及数量9试验件为产品或样机，数量由试验目的和要求决定。若为抽样检验，试验件数量应依据GB/T2828.1或GB/T2828.11进行确定。4.2试验件的材质、时效和加工精度试验件的主要零件的材料、加工工艺应符合产品设计要求并有检查记录。测试试验件中采用注塑工艺生产的塑料零件，应经过常温常湿环境下15天时效处理或相当于15天时效处理的等效处理，使其大致结晶收缩、吸湿至平衡状态,方可投入测试。4.3装配要求除特殊规定外，试验件装配时应符合以下规定：——装配前各零部件应清理干净，不得有毛刺、锈蚀等；——装配过程中零件不得碰伤和划伤；——各紧固件不得有松动现象；——各接合面密封处不得有渗漏油现象；——手动转动应无卡滞；——运转平稳，不得有异常振动和冲击。4.4外观试验件的外观应光滑（考虑塑料主要外观缺陷），无毛刺、划伤、锈蚀和工艺缺陷，各部位的接合处应平整。5试验设备5.1转矩、转速试验设备5.1.1用于空载、负载、过载、空载运行转矩、启动转矩、机械效率等试验项目，其基本组成如图1所示（角度传感器为非必选配置）。在试验件的输入端、输出端根据试验目的配置一台转速转矩一体化传感器，直接测量试验件的输入、输出转矩与转速。5.1.2驱动与加载方式不受限制，应能保持运转稳定。在额定转速下，驱动系统转速波动不应超过±1r/min或±0.3%（两者取大值），负载转矩波动不应超过±1.5%F.S。5.1.3应能实现正、反转及带载启动，位置调节部件应能锁死。5.1.4仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差值。试验过程中应能自动记录数据。5.2传动精度试验设备5.2.1用于扭转刚度、回差、传动误差等试验项目，基本组成如图1所示。在试验件的输入和输出端各安装一组角度传感器和转速转矩传感器，直接测量试验件的输入和输出转角、转矩、转速。试验件与角度传感器之间联接应保证同步。5.2.2驱动与加载方式不受限制，应能保持运转稳定。在额定转速下，驱动转速波动不应超过±1r/min，负载转矩波动不应超过±1.5%FS。转角测量误差应不大于试验件传动误差允许值的1/3。（转角测量系统的误差应满足试验要求，并应经校准或比对验证。）5.2.3应可以正、反转及带载启动，位置调节部件应能锁死，旋转制动部件应作用可靠（即制动状态下不能有松动，松开状态下不能有摩擦）。5.2.4仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差。试验过程中应能自动记录数据。图1转矩、效率及传动精度试验设备示意图5.3温度、噪声测试仪器5.3.1试验件壳体温度的测量优先采用贴片式温度传感器（测点位置应在试验方案中明确）。5.3.2噪声测试仪器和测试方法应符合GB/T6404.1的规定；噪声测量系统应具有有效校准证书，声级计等级、计权方式与时间计权应在试验方案/报告中明确。5.4试验安全要求试验设备应具备以下安全功能：——过载保护装置，当转矩超过设定值时自动停机；——急停按钮，紧急情况下能立即切断动力源；——高温防护，对可能产生高温的部位设置隔离和警示；——旋转部件防护罩，防止人员接触旋转部件。5.5试验环境根据试验要求与供需双方协商情况：——高精度试验：温度：20～25℃；湿度：40%～60%RH；——一般试验：可在10～30℃；湿度35%～80%RH。6安装调试6.1试验件安装完毕应符合下列要求：a)试验件与试验设备联接应可靠，夹具与联接件应保证足够刚度，并应采取措施减少调整环节，以减小系统附加误差；b)输入、输出轴线与相邻设备轴线的同轴度不应大于0.02mm，并应保证系统运转灵活、无附加安装应力，必要时由供需双方协商。6.2安装后应检查并消除对输入/输出轴的附加载荷（径向力、轴向力、弯矩）；必要时采用柔性联轴器或浮动支撑，并在试验报告中记录联轴器类型与安装方式。7几何性能试验7.1轴向间隙轴向间隙测量原理如图2，沿着出端轴线水平放置，固定减速器试验件外壳，按产品技术要求规定轴向力顶压输出端，先压向一侧，再压向另一侧，千分表等仪表测得的最大位移差即为轴向间隙。产品技术要求无规定测量力时，可参照额定转矩数值的绝对值为基数，经供需协商×系数施加（单位：牛顿）。图2轴向间隙测量原理7.2径向间隙径向间隙测量原理如图3所示，加力位置与测头轴向位置应尽量靠近试验件输出端轴承，加力点和测量点连线垂直并穿过输出端轴线，位于输出端两侧。按产品技术条件，分别向相反两个方向施加大小相同的测量力，至位移稳定后分别读取百分表或千分表读数，两次读数的差值即为径向间隙的一次测量值；重复测量3次，取3次测量值的平均值作为该试验件的径向间隙值。试验件技术条件未明确测量力时，参照7.1测量力执行。图3径向间隙测量原理图7.3径向跳动径向跳动试验原理如图4所示，固定减速器外壳，输出端自由状态，百分表/千分表尽量靠近输出端轴承，不施加测量力；缓慢匀速旋转输入端,使输出端回转一周,记录千分表读数的最大与最小值，二者差值即为径向跳动值。图4径向跳动测量原理图7.4背隙试验背隙试验原理如图5所示，将减速器试验件4输入端被固定装置5固定，驱动器1、转矩传感器2和角度传感器3串联后，与试验件输出端联接。调整驱动器，在输出端顺时针施加3%额定转矩，至输出端停止转动，记录此转角位置δ1。卸载顺时针载荷，再逆时针施加3%额定转矩，至输出端停止转动，测得输出端扭转角度δ2，δ=-δ1即为该试验件的背隙试验值。——综合GB/T14118，GB/T30819-2024。图5背隙试验原理图8机械性能试验8.1空载转速如图6所示，驱动器1联接减速器试验件2输入端，试验件输出端和转速传感器3联接，调整驱动器到额定电压/频率，或指定电压/频率启动，待运转平稳后，记录转速传感器显示的输出端转速值。数据记录格式：S(试验电压/频率、旋向)=空载转速，如S（12V，CCW）=65r/min。也可以用激光测速仪、红外测速仪等其他仪器及方法进行等效测量。图6空载转速测量原理图8.2启动转矩启动转矩测量原理如图7所示，转矩转速传感器2的输出端与减速器试验件3的输入端联接，另外一端联接驱动器。试验件输出端保持自由、无负载状态，从0开始对输入端缓慢加载；在输出端刚刚开始转动的瞬间，记录此时施加在输入端的转矩值，即为启动转矩试验值。图7空载启动/空载驱动-转矩测量原理图8.3空载驱动转矩如图7所示，减速器试验件3输出端保持自由无负载状态，驱动器输入使减速器达到额定转速或指定转速，待运转平稳后，记录此时输入端的转矩值，即为空载驱动转矩试验值。数据记录格式：Td0(@输出端转速（单位r/min）)=空载驱动转矩（单位N·m）示例：Td0(@125r/min)=0.048N·m。8.4反驱启动转矩反驱启动转矩测量原理如图8所示，减速器试验件3出端通过转速转矩传感器2，与驱动器1联接。试验件3输入端保持自由、无负载状态；由输出端从零开始缓慢施加转矩，直至输入端刚刚开始转动瞬间，读取此时转速转矩传感器2的记录值，即为反驱启动转矩。顺时针（CW）和逆时针（CCW）方向各测3次，取每个方向3次测量结果的平均值，作为该产品该方向的反驱启动转矩TBS。数据记录示例：TBS(CW)=0.56N·m。图8反驱启动/反驱驱动转矩测量原理图8.5反驱驱动转矩反驱驱动转矩测量原理如图8所示。转速转矩传感器2与减速器3输出端和驱动器连联接；通过传感器反驱驱动输出端，按产品额定转速平稳运转，传感器2输出的转矩即为反驱驱动转矩。顺时针、逆时针方向各取3个测量值，取各个转向平均值作为减速器该转向的反驱驱动转矩试验值。也可以根据实际需要，测量指定转速下的反驱驱动转矩。数据记录示例：TBd（CCW）@3r/min=0.052N·m。8.6静载极限转矩静载极限转矩测量原理如图9所示，减速器试验件2，输出端联接转矩传感器3，并将传感器3另一端周向固定。试验时从空载开始，通过驱动器1驱动输入端匀速平稳加载，使其以约5S时间驱动输出端达到额定转矩的加载速度，持续平稳加载，直至减速器破坏失效，记录破坏前瞬间传感器2的数值。顺时针和逆时针两个方向分别试验，分别记录作为顺时针/逆时针方向极限转矩测试值TLs(CW/CCW)。数据记录示例：TLs(CW)=15.93N·m。图9静载极限转矩测量原理图8.7反驱静载极限转矩反驱静载极限转矩测试原理如图10所示，减速器试验件3输入端以固定装置4周向固定，试验件3的输出端联接转速转矩传感器2，并通过2联接驱动器1，驱动试验件3输出端以约5s时间达到额定转矩的加载速度匀速平稳加载，反驱驱动输出端，直至试验件破坏失效。记录试验件破坏瞬间转速转矩传感器2记录的数值，作为反驱静载极限转矩。顺时针、逆时针两方向测量值分别记录。数据记录示例：输出端顺时针方向反驱静载极限转矩10.35N·m，TLBS(CW)=10.35N·m。图10反驱静载极限转矩测量原理图8.8堵转转矩堵转转矩试验原理如图11所示，配电机的减速器试验件1，通过转速转矩传感器2与加载器3轴向联接，调节电机使输出端至额定转速，调节加载器3以不低于5S时间使输出端达到额定转矩的加载速度平稳增加负载，在减速器内部没有损坏失效的前提下，持续加载，直至试验件输出转速为0的瞬间，转矩曲线在某个位置保持不变，记录使此位置时传感器2的转矩值为堵转转矩TL）。可同时记录此时电流值作为堵转电流。图11堵转转矩测量原理图8.9动态超载能力参考试验件技术条件选择超载转矩水平，如技术条件无明确规定的，可根据需要，优先选用额定转矩的120%、150%、180%、200%、250%、300%。动态超载能力如图12所示原理，减速器试验件2的输出端联接转矩传感器3，传感器3另一端联接加载器4。从空载开始，调整驱动器1通过试验件2输入端匀速平稳加载，使试验件2输出端以约5S时间达到额定转矩的加载速度持续平稳加载，直至达到预定超载转矩水平开始计时，保持该转矩水平持续平稳运转，直至减速器破坏失效，记录破坏前持续运转时间。同一超载水平测试3个试验件。若3件试验件试验结果相对离散度不超过20%，则取最小值作为该转矩水平下的动态超载能力cdo。若3件试验件离散度超过20%，则判定该批试验件不具备此转矩水平下的稳定超载能力，应降低转矩水平重新试验，直至3件离散度小于20%，才可认定该批试验件具有此超载水平该时长的动态超载能力。数据记录格式：cdo（@超载百分比%）=超载时间s。示例：cdo（@150%）=128s图12动态超载能力/寿命试验原理图8.10寿命试验寿命试验装置原理如图12所示。应参照试验件技术条件或通用技术条件，明确试验目的与试验负荷模式。寿命试验分为两类：一是在某一转矩负荷模式下验证是否达到规定时间或循环次数；二是在某一转矩负荷模式下持续运转直至失效的寿命试验。试验应保证试验系统运转部件的同轴度，确认无附加安装应力且系统运转灵活；应优先选用具备失效报警及自动停机功能的试验台架。通过加载装置按预设加载模式（如连续加载、间歇加载、变载加载等）运行，直至达到规定循环次数（时间），或直至减速器失效。试验前应记录环境温度、负载模式、目标循环次数或时间，并按规定条件运行。如需对比寿命试验前后的指标变化，应在试验前完成相关测量，以备事后对比。应将规定的循环次数（或时间）划分为6等份，每完成1/6循环次数（时间）记录一次减速器状态，作为中间记录。8.11静载时效变形量参照减速器试验件技术条件，根据需要确定试验温度、时间、转矩等指标。试验原理如图13所示，固定装置5把减速器试验件4输入端固定，驱动器1、转矩传感器2和角度传感器3串联后，与试验件4输出端联接。试验步骤：a)固定试验件输入端，在输出端顺时针施加规定预紧转矩（推荐3%额定转矩再逆时针加载，b)卸载后保持输入、输出端不转动，零件配合位置不变。在输出端与测δ1同方向加载至额定转矩或规定转矩，保持该受力状态，调整环境温度至需要值，其间保持输入端固定不动至规定时间，卸载。c)试验件恢复常温后，按步骤a)相同方法，测量时效加载后的背隙值δ2。d)静载时效变形量：θA=δ2_δ1。数据记录应注明载荷、温度、时间等条件。记录格式：θA(@环境温度/转矩/试验时间)=静载时效变形量示例：θA(@90℃/7.5N·m/100h)=1°25′图13静载时效变形量原理8.12冲击试验根据试验件技术条件和试验需求确定冲击加速度水平与冲击时间。冲击波形采用半正弦波，冲击时间小于30ms，峰值加速度分为5g、l0g、l5g、20g四档。试验在三个相互垂直轴线上进行，每个轴线的正、反方向各施加3个脉冲，共l8次冲击。冲击方向与试样数量可根据实际需求选取，如仅对某一轴线的单方向或双方向进行冲击。试验时将减速器试验件牢固安装在冲击试验设备上，按设定参数进行试验。有特殊要求时，可参照GB/T2423.5执行。8.13振动试验试验前应依据试验件标准、规格或试验需求确定振动条件参数，包括频率范围、加速度值或振幅值、振动方向、振动时间（次数）、是否带载荷运转及相应运转条件。振动试验按试验件技术条件或减速器通用技术条件要求执行。鉴于振动试验台功率、质量、减速器质量、总体刚度等系统特性影响，实际频率如达不到目标频率，实际测试频率只要在目标频率的-50%～200%范围内，均可认为试验结果有效。减速器耐振动能力按加速度值与振动时间（或次数折算时间）两项指标综合评定。振动波形为正弦波形。减速器试验件应牢固安装在振动试验设备上，调整驱动频率，使系统在规定频率范围内达到预定加速度或振幅，并持续规定时间（次数）。试验过程中记录加速度、频率、持续时间（次数）。振动试验后，检查减速器外观无损坏，内部无损伤、功能正常、无异响、噪声无明显增大等异常，即可判定试验数据有效/通过该参数条件下的振动试验。有特殊要求时，可参照GB/T2423.10执行。8.14减速器效率试验如图14所示测量装置，由驱动器、转速转矩传感器、减速器试验件、加载器及外接数据采集处理模块（功率、转矩、转速、电流和电压）组成测量系统。系统应保证每条曲线的数据采集量不少于150组，数据采集点在整个转矩范围内均匀分布。）；）；图14效率测量原理图图15转矩-效率曲线调整驱动器，平稳加速使减速器试验件输出端加速至额定转速；调整加载器逐渐加大负载转矩，系统自动同步记录两个转速转矩传感器的转矩、转速数据。数据采集处理模块自动采集数据，计算，生成转速-转矩、效率-转矩曲线，如图15所示。如需要，在达到额定转矩之后，可以继续加载测试，直至输出端转矩加大至电机堵转或打滑状态。8.15电机-减速器总体效率试验配电机的减速器总体效率试验如图16所示，由已配装电机的减速器试验件、转速转矩传感器、加载器及外接数据采集处理模块（功率、转矩、转速、电流、电压）组成电机-减速器总体效率试验系统。按额定电压/频率驱动电机后，按设定步距调整加载器施加负载，逐渐加大转矩，系统自动记录电流、转矩、转速数据，直至输出端转矩加大至电机堵转或丢步停止状态。数据采集处理模块按设定频率自动采样并记录相关参数、计算总效率，并生成转速-转矩、功率-转矩、效率-转矩、电流-转矩曲线。本试验测量结果为电功率转化为减速器机械功率的总效率。图16配电机减速器总体功率效率试验原理图图17功率效率曲线（直流电机）8.16静载安全系数和反驱静载安全系数试验试验件按本文件8.6试验得静载极限负载转矩TLs除以额定转矩TN，得到静载安全系数：cs=TLs/TN。按本文件8.7试验得到的反驱静载极限负载转矩TLrs除以额定转矩TN，得到反驱静载安全系数：crs=TLrs/TN9环境及相关试验9.1噪声试验本文件只覆盖单点声压级，不包含声功率、频谱试验。减速器（或配电机）噪声试验应根据目的在全消声室、半消声室或静音箱中进行，消声室/静音箱内背景噪声应比减速器工作时噪声低10dB(A)以上。应事先对减速器的噪声限值、测量距离、运行工况作出规定。减速器的噪声试验，优先使用A计权声级，声级计探头到减速器外壳距离优先使用100mm、300mm、500mm或1000mm。特殊要求，也可以根据具体需求确定测量距离。如在静音箱中试验应保证静音箱四壁及上壁与减速器距离不低于200mm；在消声室中试验应保证四壁及天棚与减速器距离不小于1000mm。测量方向要根据具体需求确定。应该注意避免安装结构产生相关的噪声辐射和传导。如用静音箱，应采取适当的措施，防止低频振动传导进入静音箱，干扰声级计示值。对于连续工作模式试验件，运行稳定后试验时长不少于10s；间歇式工作模式的试验件，取不少于3个工作周期为试验时长。试验结果取测量时段内最大值作为试验值，顺时针、逆时针旋转方向各记录3次，每一个时段内取最大值，每个方向3个值的算数平均值作为噪声试验值。试验值应标记距离、声级计权方式、背景噪声和旋向。数据记录格式：噪声值dB(A)（@距离mm/背景噪声值/旋向）。例：45.8dB(A)（@500mm/30/CCW）。9.2低温环境低温环境模拟实际贮存和工作环境，优选(℃)：-5、-20、-30、-40、-50、-60作为试验环境温度。试验前，减速器在低温试验箱中放置2h，保证减速器内部各零件与低温箱等温后开始计时。试验过程中控制温度的波动符合表2要求。表2温度波动幅度-25℃~0℃（含）<-25℃特殊要求——可根据需要参照GB/T2423.1实施。9.3高温老化和高温存储高温环境模拟实际贮存和工作环境，优选(℃)：60、70、80、90、100、120、130、140、150、160作为试验环境温度。试验前，减速器在高温试验箱中放置2h，保证减速器内部各零件与高温箱等温后开始计时。试验过程中温度波动幅度及均匀性符合表3要求。表3温度波动幅度>80℃特殊要求，可根据需要参照GB/T2423.2实施。9.4高低温冲击根据试验件技术条件、试验目的，确定峰值温度、升降温时间（速度）、高温低温下保持时间、反复循环次数、试验环境，制定试验样品处理、恢复和确认规则。高低温冲击优先在无负荷状态下进行。将减速器放在高低温冲击专用试验箱中，按事先规定高低温冲击试验模式进行试验。特殊要求——可根据需要参照按GB/T2423.22实施。9.5恒定湿热环境根据试验件技术条件、试验目的，确定试验——温度、湿度、试验持续时间等指标。温度与湿度推荐值见表4。表4恒定湿热环境推荐参数将减速器放置在试验箱中，试验箱容积应大于减速器体积5倍，以保证湿热均匀。试验箱达到规定的温度和湿度后，开始记录试验持续时间，并进行相关加载或放置试验。特殊要求——可根据需要参照GB/T2423.3实施。9.6紫外线照射试验当需要紫外线照射试验时，应规定照射强度、照射位置、照射持续时间和失效判定（颜色变化程度、强度降低指标和重量减轻比例等）等指标。特殊要求——可根据需要参照GB/T16422.3实施。9.7盐雾环境试验试验盐溶液的浓度为（5±1）%（质量比），pH值6.5~7.2，试验装置及盐水温度保持在35±2℃;试验周期内，每天必须记录盐水pH值、盐水温度和环境温度。保证样机处于盐雾氛围中，盐溶液不可接触到或直接喷到试验件上。试验时间推荐16h、24h、48h、96h、168h、336h、672h。将减速器放入盐雾试验专用装置进行试验。试验后，如减速器可以水洗，用清水冲洗1min之后，以蒸馏水或者去离子水浸泡10min后吹干；如减速器不可水洗，可用洗油、酒精等清洗，或擦拭干净。特殊要求——可根据需要参照GB/T2423.17实施。9.8防护试验根据试验目的，参照GB/T4208选择试验水平，实施试验。试验结束后立即取出减速器，检查其外观状态及内部进水/进灰尘程度，判定依据按试验件技术条件规定的允许范围执行，核心要求为：a)内部无明显进灰尘、积水，不侵入齿轮啮合区、轴承及润滑剂腔；b)电气部件（若有）无进水、无受潮；c)润滑剂无乳化、无稀释。本试验未规定的内容，可参照GB/T4208的相关规定实施。（资料性）塑料齿轮试验方法A.1试验目的A.1.1基础数据测定通过对特定材料与加工工艺的试验齿轮进行试验，可以获得该齿轮的疲劳极限或S-N曲线。这些数据可作为该材料和工艺条件下承载能力设计的基础数据。A.1.2材料评估试验用于评估一种材料或多种材料组合的性能对比评估。通常情况下，这些试验会使用同一个齿轮设计，但采用不同的材料进行系列测试。A.1.3齿轮设计几何试验用于对比一个或多个齿轮设计参数。通常情况下，这些试验会使用相同的材料，但采用不同的设计参数、方案进行系列对比测试。A.1.4工艺控制试验本试验可用于对比来自不同制造工艺的齿轮，以评估：——制造工艺的合理性；——制造工艺的稳定性；——制造工艺的优化；——材料的一致性，例如批次间差异。试验时，应使用一种材料与齿轮设计，所测试的齿轮样本应代表不同的材料批次、制造工艺或制造批次。A.1.5其他除以上目的外，其他试验目的可由研究人员自行设定。例如：探究塑料齿轮疲劳失效机理和主要原因，分析塑料齿轮温升、磨损等。A.2试验类型塑料齿轮试验有三种基本类型：齿轮副啮合传动的动态试验、固定试验齿轮并施加单次载荷的静态试验，以及固定试验齿轮并施加周期性载荷的脉冲试验。试验类型与加载方式见表A.1。表A.1塑料齿轮实验类型A.2.1动态试验在恒定转矩与转速下运行一对齿轮，以评估其疲劳寿命或耐磨寿命。试验需记录齿轮达到失效时所经历的负载循环次数。常见的失效判断基准是弯曲疲劳破坏或磨损到一定程度，例如齿厚减薄或背隙增加。A.2.2静态试验通常将试验齿轮固定，并将负载一次性施加于一个或一组轮齿上。试验中的负载可通过另一个齿轮或专用加载器施加，直到出现失效。此类试验旨在测量齿轮的以下性能：单齿弯曲时的屈服强度和极限强度（持续加载直到失效）、蠕变(记录恒定负载下变形随时间的变化)以及冲击性能（一次或多次）。A.2.3脉冲试验通常将试验齿轮固定，并将负载反复施加于一个或一组轮齿上，以测量其弯曲疲劳寿命或迟滞性能。此类试验侧重评估材料短期极限抗冲击能力，可为优化设计参数及进行品质控制等提供参考。由于塑料材料具有粘弹性，对其进行疲劳寿命试验时，采用正弦波等负载会出现显著的差异。因此，在对塑料齿轮进行脉冲试验时，沿用金属齿轮的正弦模式可能并不适宜。为了更好地模拟齿轮加载情况，建议在脉冲负载后设置一段10倍于脉冲时长的无负载暂停时间。由于疲劳试验数据不可避免地存在离散性，只有获取足够多的试验数据，其分布才具备一定的统计学意义。因此，在实际应用中，若只能基于有限的试验数据点进行分析或对比，则应严格控制试验过程，并注意结论的局限性。A.3试验方法齿轮疲劳试验有多种数据组合方法，如常规成组法、少点组合法、升降变载法、阶梯加载法等。在试验方案制定阶段，宜根据试验目的和试验周期进行合理选择。A.3.1常规成组法A.3.1.1该法是在多个试验温度和应力级下成组进行疲劳寿命试验，并通过统计处理得到不同可靠度下疲劳曲线的一种试验方法。该法可用于比较准确地测定试验齿轮有限寿命区间内“温度—应力—循环次数”曲线（“T—S—N”曲线），也可用于预估疲劳极限应力σFlim。A.3.1.2当用于基础数据试验时，通常每种材料至少进行3个试验温度下的疲劳试验，宜采用低温（0℃以下）、室温（25℃)和高温（80℃及以上）。每个试验温度的间隔宜大于20℃。通常，每个试验温度下取4个～5个应力级，每个应力级下应有不少于5个试验点。最高应力级与次高应力级的应力间隔以总试验应力范围的40%～50%为宜，随着应力的降低，应力级间隔应逐渐减小。见图A.1。最高应力级试验点的循环次数应不少于103，最低应力级应有越出点。A.3.1.3当以不同材料、不同工艺、不同轮齿几何进行对比试验时，根据试验目的确定试验温度的数量，可按该法得到不同的T—S—N曲线。为合理地缩短试验周期，也可取2个～3个应力级进行成组对比。X——载荷循环次数（NL）；图A.1常规成组法示意图A.3.2少点组合法A.3.2.1该法是在多个温度和应力下进行较少数量点的疲劳寿命试验，通过数据拟合得到T—S—N曲线。该法可用于测定试验齿轮有限寿命区间内50%可靠度下的T—S—N曲线，也可用于预估疲劳极限应力σFlim，或可用于不同材料、不同工艺、不同轮齿几何参数下疲劳性能的对比测试。A.3.2.2当用于基础数据试验时，通常每种材料至少进行3个试验温度下的疲劳试验。每个试验温度下通常取4个～10个应力级，每个应力级下应取1个～4个试验点（不包括越出点），总的试验点数不宜少于7个。所设置的应力级应在有限寿命区间内合理分布，见图A.2。原则是：——在高应力级区，应力级间隔可适当加大；——在低应力级区，应力级间隔可适当减小；A.3.2.3在最低应力级，应出现越出点。X——载荷循环次数（NL）；图A.2少点组合法示意图A.3.3升降变载法A.3.3.1该法是给定循环次数后，在预估疲劳极限应力σl'im附近设置多个应力级，依据试验点失效或越出的升降分布统计得出疲劳极限应力。该法可用于比较准确地测定齿轮疲劳极限应力σFlim。A.3.3.2试验时，当前试件加载的应力级应由前一试件的试验结果决定：当前一试件为“失效”时，该试件加载的应力级应降低一级；“越出”时，则增高一级。“失效”和“越出”应配对出现。试验过程通常取4个～6个应力级，相邻应力级的差值宜取Δσ=(0.04～0.06)∙σl'im，考虑试验周期，所需试验点总数不宜少于20个。最后的有效试验点后的预测点应与第一个有效点应力水平同级。见图A.3。图A.3升降变载法示意图A.3.4阶梯加载法A.3.4.1该法是基于Palmgren-Miner法则，只用1个失效试验点，通过阶梯增量加载的方式快速获取疲劳极限应力。该法特别适用于不同材料、不同工艺、不同轮齿几何下，试验齿轮疲劳性能的快速对比试验。当已有试验数据较多时，该法也可用于疲劳极限应力σFlim的大致测定。A.3.4.2试验时，首先预估疲劳极限应力σl'im，以初始应力级σi≈σl'im为起点以阶梯增载的方式疲劳试验，每个应力级加载"次循环后观察损伤情况，如未到达设定的失效判据，则进入下一应力级σi+1=σi+Δσ继续试验，直至失效，见图A.4。应注意，在最后的应力级下，试验齿轮不应出现除疲劳外其他形式的损伤。图A.4阶梯加载法示意图A.3.5其他方法A.3.5.1在与试验委托方或数据使用方达成一致后，可采用其他试验方法，但试验方法应符合抽样和数理统计的要求。例如釆用正交法进行对比试验时，每个对比因素至少应有3个试验点。A.3.5.2试验中，在指定载荷下循环指定次数后仍未失效时，称为“越出点”。试验终止并取得轮齿在当前试验载荷下的一个寿命值，形成一个数据，称为“试验点”。试验过程无异常时，将该试验点称为“有效试验点”，否则称为“异常试验点”。A.3.5.3试验齿轮的应力应依据GB/T44846中圆柱齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力公式计算，其中KA=1.0。A.4试验设备A.4.1为使数据具有可比性，推荐使用符合本节定义的标准试验台。若实际试验台在尺寸或结构上与标准试验台不符，则需在实际试验台上进行对比性试验，以将结果映射到标准试验台上。进行对比试验的齿轮材料必须已通过符合本节标准的试验台验证。A.4.2动态试验设备动态试验设备按其功率流封闭性主要分为开式与闭式两种。开式试验台结构较为简单，但消耗较多能量。目前，多数塑料齿轮试验在开式试验台上进行，而金属齿轮试验则多在闭式试验台上完成。开发用于塑料齿轮的动态试验台要考虑试验齿轮变形的迟滞、磨损和温度导致的材料模量变化等因素。这些因素会导致试验中试验齿轮几何尺寸变化、试验数据失真。A.4.2.1开式试验台开式试验台的基本结构如图A.5所示。图A.5开式试验台的基本结构转速在单侧测量即可满足试验要求。建议优先检测输出侧的转速，该转速还可用于失效检测：一旦监测到转速突然下降，即可判定齿轮发生了失效。两侧均进行转速测量的优点在于可更早地检测到齿轮失效（当传动比不再精确时）。此外，基于转速测量信号，还可以实现转速的控制。制动器的实现方式可采用第二电机，也可采用磁滞制动器或磁粉制动器。如有必要，转矩测量信号可通过滑环或无线方式传输到下游测量设备。但当制动器可调节制动转矩时，也可以在无转矩传感器的情况下进行测量。将试件置于温度调节室中，可开展不同环境下的材料性能试验。试验中，试验齿轮可以是开放式的，也可置于封闭系统内，并可选择有润滑或无润滑。开式试验台的主要缺点是能量消耗大，通常需要配备冷却系统。能耗问题对金属齿轮试验影响较大，但对塑料齿轮试验影响较小。A.4.2.2试验台功能试验台应具备以下基本功能：a)保证试验齿轮在不同载荷级下中心距的稳定；b)有足够能力补偿联轴器、轴承、密封件等处的功率损失；c)试验过程中发生异常或试验齿轮断齿时可自动停机；d)转矩加载稳定，连续可调；e)在10%～100%的加载范围内，转矩测量误差不大于被测转矩值的±1%；f)转速在设置范围内可根据轮齿温度目标值自动调节；g)稳定运动中转速测量误差不大于±10r/min或±1%；h)准确测量和控制试验齿轮温度，温度控制误差不大于±2℃;i)保证试验齿轮具有良好润滑条件，润滑油脂温度控制误差不大于±5℃;j)有循环次数记录装置，试验过程中工作应连续、可靠，最大记录误差不大于±0.1%。A.4.2.3试验台校核应定期按照试验机的技术指标进行校验，做到：a)试验齿轮的使用系数KA≤1.05。KA...................................(A.1)式中：T1max——加载转矩最大值，单位为牛顿米（N∙m）;T1avg——加载转矩平均值，单位为牛顿米（N∙m）。b)驱动装置、负载装置、温度调节装置、转速转矩传感器、温度传感器等精度满足设备要求。A.4.2.4闭式试验台闭式试验台的基本结构如图A.6所示。在该装置中，试验齿轮与电机驱动的传动齿轮被静态夹紧。为确保因塑料齿轮磨损或变形而导致的紧固转矩下降得到监控，试验台应采用转矩软测量的方法，并配备相应的转矩测量设备进行实时监控。传动效率的测定，则可通过另一套转矩测量设备通过测量输入转矩的损耗来确定。该设计在夹紧回路中采用了两个相同的试验齿轮系统以形成功率分流，从而确保两者分担的功率损耗相同。其余各量的测量原理均与开式试验台保持一致。图A.6闭式试验台的基本结构转矩控制最简单的装置是使用一个实心的、刚性联轴器，联轴器的两部分通过杠杆或扳手使其发生机械扭转，然后用螺钉将它们分别锁定。但是，使用刚性联轴器具有几个明显的缺点：——试验齿轮要在满负载下启动；——在试验过程中负载不能调节；——试验齿轮齿廓的磨损会减小循环的转矩；——加载和锁定系统所需的时间可能会太长以至于轮齿在试验开始前已经蠕变断裂。由于存在上述缺点，尤其是静态负载会引发齿轮材料的蠕变，刚性联轴器在塑料齿轮试验中并不实用。推荐采用液压或气动装置作为转矩控制单元的实现方案，使齿轮在空载状态下或在受控的转矩下启动。A.4.3静态试验设备用于塑料齿轮静态试验的设备种类繁多。如图A.7所示为一种静态试验装置的示例。这类设备可以简单到仅包含一个台钳和扭矩扳手，也可以复杂到与开式试验台的装置相似。其配置通常需满足一些最低要求，主要包括以下几点：——固定试验齿轮的夹具；——施加试验负载的方法；——测量试验结果的方法。为了减小差异性，可以用金属齿轮、齿条或砧块在固定的塑料齿轮上施加负载。施加负载的速度和时长决定了试验结果是屈服强度或极限强度/弯曲试验（以恒定速率增大施加的负载直到变形过大或破坏）、蠕变试验（恒定的负载，测量变形随时间的变化）还是冲击试验（瞬时/高速加载）。4——试验齿轮固定夹具；图A.7静态试验装置A.4.3.1手动加载静态试验中，负载通常通过手动施加，优选使用经过校正的扭矩扳手。此类试验主要应用于工艺控制，并以“通过-不通过”模式进行。其数据采集通常仅限于使轮齿发生屈服或断裂失效所需的力。然而，手动加载的难点在于如何控制加载速度并确保负载精确施加于试验齿轮的齿面指定位置，这对试验的精度与重复性至关重要。该试验的结果与屈服强度或断裂强度等属性相关，是基于单次加载完成的。A.4.3.2机器或自动加载静态试验也可以通过设备完成，例如使用一种复杂的开式试验台。在该装置中，试验齿轮被固定，主动齿轮由伺服/步进电机驱动实现加载，通过位置编码器可精确测量主动轮的转角。此设备支持单向或双向加载，用以测定齿轮在单向或双向弯曲状态下的迟滞或弯曲疲劳性能。A.4.3.3脉冲试验设备在脉冲试验中，试验齿轮固定，由加载装置反复对试验齿轮施加负载。其设备设计与单次加载的静态试验设备相似，但需额外配置一个自动加载装置。若实现反复加载，那么图A.7所示的静态试验装置同样可用于脉冲试验。图A.8展示了脉冲试验台的基本结构，该装置主要用于齿根弯曲疲劳强度测量。试验中需确保试验齿轮处于正确的温度条件，因为齿根应变能导致的温升会对结果产生重大影响。鉴于温度对塑料齿轮的齿根弯曲疲劳极限σFlim影响不容忽视，必须采用可变温度控制以确定其具体影响。此外，针对塑料齿轮弹性变形大的特点，还需采取专门措施，保证脉冲法向力精确作用于齿面指定点上。为验证有效性，应将脉冲试验结果与齿轮动态试验结果（试验台见A.4.1.1和A.4.1.4）进行对比分析，并在必要时进行调整。图A.8脉冲试验台的基本结构A.5试验齿轮在评估塑料齿轮或齿轮特征的性能时，准确记录试验齿轮的规格至关重要。由于试验齿轮的设计或精度变化均会影响试验结果，在对比特定设计特征（如齿形、压力角、齿顶修缘、齿根曲线）与基准设计时，必须详细记录每个试验齿轮的实际尺寸。这不仅能用于核对设计意图，更有助于解释其在弯曲应力、耐磨性、噪声及啮合性能等方面出现的差异。例如，即便使用同一模具型腔来加工不同材料的齿轮，其最终几何形状也可能各不相同。在进行不同材料和润滑剂的对比分析时，均应选用几何数据相同的齿轮作为参考基准，其中表A.2给出了圆柱齿轮的参考试验齿轮数据（其中齿轮1为驱动轮，材料为钢；齿轮2为从动轮，材料为塑料表A.3给出了交错轴斜齿轮的参考试验齿轮数据。进行基础数据试验时，宜优先选用注射成型渐开线圆柱齿轮，其模数宜取mn=(0.5~2.0)mm，基本齿廓应符合GB/T1356和GB/T2362的要求。表A.2参考试验齿轮数据：圆柱齿轮参考试验齿轮1参考试验齿轮2amax;aminmnz1;z2–da1max;da1minda1max;da1mindf1max;df1mindf1max;df1minrK2–x1–x2–°β°000––*pfP–Wk1max;Wk1minWk2max;Wk2min––––表A.3参考试验齿轮数据：交错轴斜齿轮amax;aminΣ°P–P–米–mnαn°––z–1β°dx–00bMdk2max;Mdk2min–Wk2max;Wk2min––A.5.1制造方法塑料齿轮通常采用注塑成型或对挤出的棒料/板材进行切削加工制成，具体制造方法会受到成本和设计因素的影响。为准确预测实际应用性能，试验用齿轮样品的制造方法应尽可能模仿实际工况应用的制造工艺。例如，试验齿轮是由玻纤填充材料经切削加工制成，由于纤维取向和含量的不同，其强度和耐磨性通常会低于相同材料注塑成型的齿轮。这些差异尤其表现在磨损性能和结构性能上。因此，制造方法应在试验结果中一并予以记录。A.5.2精度等级试验齿轮的精度直接影响试验结果的可靠性。低精度会改变齿轮的负载分布，并且会影响其磨损和疲劳寿命。齿轮误差会在齿轮转动时影响负载的分布。因此，试验前仔细记录所有精度细节非常重要。A.5.2.1当用于齿轮材料的基础数据试验时，试验齿轮的精度至少应满足GB/T38192规定的9级精度，优先使用高精度等级的试验齿轮。A.5.2.2当用于材料性能对比试验时，宜先选择相同精度等级的齿轮作为试验齿轮。A.5.2.3低精度试验齿轮会影响载荷分布的均匀性和试验数据的一致性，因此试验前应仔细检查并记录每个试验齿轮的精度信息，建议的试验齿轮精度等级见表A.4。表A.4建议的试验齿轮精度A.5.3状态调节塑料齿轮的性能受温度和含水量影响，因此通常需要在制造后进行状态调节。除非试验目的是测定特定条件（如完全吸湿或干态）下的性能，否则试验齿轮应在试验前置于20℃温度、50%相对湿度下放置48小时。若试验需在其他条件下进行，则建议先将齿轮在对应条件下进行标准化处理，再进行数据采集。对于某些材料，可能需要更长时间才能达到平衡状态。无论采用何种调节方式，均应详细记录试验齿轮的状态调节过程。A.5.4其他因素A.5.4.1注射成型的试验齿轮的轮齿表面粗糙度应满足以下要求：POM材料试验齿轮Rz=(1~2)μm，PA试验齿轮Rz=(1.5~3.5)μm，纤维增强的试验齿轮Rz<4μm。A.5.4.2当试验齿轮中包含钢或钢材料制造的齿轮时，精度应满足GB/T10095.1规定的5级-6级精度，轮齿表面的粗糙度Rz<0.4μm,应采用硬齿面齿轮并记录相应的设备型号、刀具和工艺参数等。A.6试验规范A.6.1失效标准试验协议中最重要的方面是明确定义失效的具体特征。应制定清晰的标准以定义何种情况构成失效，且该定义可能因实际情况而调整。例如，若齿轮出现极限磨损或轮齿断裂，即使仍能传递所需负载，也应视为失效。此外，如何识别失效——例如通过仪器检测或目视检查——也应在失效标准中予以明确。A.6.2试验数量试验应在恒定温度与转矩条件下进行，每个工况点附近应进行多次重复试验。为确保统计显著性，试验数量应基于初始样本集的标准差来确定，并据此按统计显著性水平确定最终试验样本量。A.6.3温度温度对塑料齿轮的性能影响是显著的。温度升高可能源于齿轮啮合时的摩擦生热与负载下的迟滞生热。这会降低齿轮的刚度，同时，塑料材料的热膨胀还会改变齿轮的尺寸与轮齿几何形状。这些由温度引发的变化会直接影响试验环境，因此必须在试验过程中充分考虑。温度测量的详细信息可参见A.10.2。A.6.4试验条件A.6.4.1速度动态试验中，速度的选择可基于以下方面进行考虑：——更高的速度会增加负载作用的次数并倾向于缩短试验时间；——更高的速度会增加热效应，进而导致力学性能的变化，除非配备外部冷却系统，可以在试验中改变温度；——某些转速会引起试验设备驱动系统共振，引入额外的动态力；——由于塑料材料的属性具有应变速率相关性，当主要差异在于加载速度不同时，材料强度属性可能会不同。脉冲试验的频率可参照类似原则选择，其脉冲间隔则根据使用时的轮齿加载频率来设定。A.6.4.2负载在试验设计阶段，仔细选择负载至关重要。对于多数试验，建议从较大负载而非较小负载开始。首先选用足够大的负载，有利于在试验早期诱发齿轮失效。若初期负载过低，则存在齿轮长时间无法失效的风险，从而导致总试验周期被不必要地延长。相同材料的经验数据可为确定初始负载提供宝贵参考。此外，为确保本试验数据能应用于其他实验或应用，必须提供齿轮系统和试验转矩设置的完整信息。若无相关经验或参考数据，则可根据试验材料的抗拉强度来推算初始齿根应力。对于极限强度试验的负载选择应按上述步骤确定。对于脉冲试验，在指定速度、单一负载下运行直到失效。应重复多次以建立失效负载的估计值。重复负载建议从失效负载的90%开始。当失效时处于预期的寿命循环次数范围内后，以阶梯的形式减小负载水平。A.6.4.3加载速率另一个需要考虑的因素是齿轮速度对机械性能的影响。试验件手册中的标准机械性能数据是在相对较低的位移速度和严格受控的环境条件下测得的。这些速度和条件很难与齿轮最终使用的负载环境相同。对于相同塑料材料，不同的应变速率会表现出不同的属性。一般而言，增加应变速率会增加弹性模量和强度，但会降低其断裂伸长率。应变速率对弹性模量和强度的影响程度会因具体材料和温度而异。例如，在确定如何进行齿廓修形时，基于标准应变速率测得的弹性模量计算的轮齿变形可能会过大，齿顶修缘会影响啮合刚度、传动误差和齿轮噪声。除了工作温度，对于一些特定的塑料齿轮应用，在计算应力、变形时，齿轮试验人员还应注意加载的速度并使用恰当的数据。脉冲试验时加载速率可根据齿轮使用中的加载情况进行选择。A.6.4.4润滑润滑剂的属性及使用方法会通过多种形式影响试验的结果，例如：——改变摩擦系数及相应的热效应；——改变摩擦系数及相应的作用于齿面的力，也会改变齿根关键截面上的应力；——改变失效模式，减缓或防止磨损失效。A.6.4.4.1无润滑塑料齿轮的一大优势在于其自润滑性，这使其能够在无外部润滑剂或无需添加剂的某些工况下运行（见A.6.4.4.3）。磨损、啮合效率、弯曲疲劳强度和摩擦系数数据都可以通过无润滑的齿轮测得，但需注意，齿轮的啮合摩擦系数和啮合温度均可能因此受到影响。A.6.4.4.2外部润滑外部润滑通常采用脂润滑或油浴润滑。相对于脂润滑，油浴的散热效率更高。若最终应用指定使用润滑脂，则试验中也应沿用。润滑脂不仅散热能力较差，其自身还可能裹挟磨损产生的磨屑，从而加剧磨损。使用油浴润滑时，浸没的齿轮会形成溅油效果。这种润滑不仅能将油甩至箱体等散热表面以加速热传递，从而使试验结果更优，也便于通过润滑油对测试过程进行监测和控制。在确定齿轮弯曲疲劳强度时，油润滑是一种常用方法。两种外部润滑剂通常都需要某种形式的容器以防止润滑剂飞溅。试验中应记录所用润滑剂的类型和使用情况。所选润滑剂必须与塑料齿轮具备化学兼容性（本文件不涉及具体标准其热稳定性也应满足试验的时长、温度及压力等参数要求。脂润滑和油浴润滑均会改变材料的耐磨性能，其影响可能是正向的，也可能是负面的。因此，所有使用外部润滑的试验结果，仅代表该润滑组合下的特定性能。A.6.4.4.3内部润滑塑料可以通过复合硅、聚四氟乙烯等内部润滑剂来降低其摩擦系数并提升耐磨性能。不过，添加这些润滑剂也会对材料的机械性能产生影响。需要注意的是，使用内部润滑剂并不妨碍外部润滑剂的同步使用。A.7动态试验程序A.7.1试验准备A.7.1.1确定试验目的，制定试验方案，选择合适的试验齿轮、确定试验方法。A.7.1.2目视检查试验齿轮，不应有碰伤或其他形式的损伤，并对试验齿轮和轮齿进行编号。A.7.1.3对试验台进行校核。A.7.2预备试验A.7.2.1进行空载运行，观察运行情况。A.7.2.2按试验方案对试验齿轮涂润滑脂或开启润滑油供给，待润滑剂达在轮齿表面均匀分布。A.7.2.3划分试验应力级，对每个应力级进行1个试验点的验证，以判定应力级设置的合理性。A.7.2.4对于间歇循环加载的载荷，确认加载模式的合理性。A.7.2.5验证齿轮材料的辐射系数与温度的相关性。A.7.3正式试验A.7.3.1按试验方案进行正式试验。A.7.3.2根据应力级的大小确定检查的时间间隔。A.7.3.3试验期间：——定期检查试验齿轮的损伤情况。——当试验过程中出现轻微点蚀，正常磨损等现象，应及时记录这些变化，并评估其对试验结果可能带来的影响。——当试验过程中出现严重磨损、熔融、变形等非疲劳失效时，应该停止试验，该数据不应作为数据点。——准确记录循环次数和失效形式，合理保管试验齿轮及残片以备后续分析。A.7.4补充试验A.7.4.1使用常规成组法试验时，同一应力级的试验点结束后，应进行分布检查。如果分布函数的线性相关系数不能满足最小值的要求时，应及时补充试验点。A.7.4.2使用升降变载法时，应针对试验点数及时进行数据稳定性检验。如果稳定误差不能满足要求，应补充试验点。A.7.4.3使用其他试验方法时，应结合试验点的统计学分析，判断试验结果是否具有足够的数据支撑。A.7.4.4当某一试验点的循环次数可疑时，可采用统计学中对可疑数据的处理方法来决定取舍。对于超出合理偏差的数据，应分析其原因并删除该试验点。A.7.5失效分析A.7.5.1试验目的有要求时应进行失效分析。A.7.5.2塑料齿轮的失效类型及成因参见GB/T44846表A.3。A.7.5.3结合具体失效形式，可借助光学显微镜、扫描电镜等检查设备分析失效原因。A.8失效判据A.8.1弯曲疲劳失效出现以下情况之一时，可判定齿轮因弯曲疲劳失效：a)轮齿齿根出现肉眼可见的疲劳裂纹；b)轮齿齿根断齿。A.8.2接触疲劳失效出现以下情况之一时，可判定齿轮因接触疲劳失效：a)轮齿齿面出现肉眼可见点蚀；b)轮齿齿面断齿。A.9数据A.9.1弯曲疲劳试验试验数据可采用对数-对数或半对数坐标系进行绘制，其中纵坐标表示试验转矩或齿根弯曲应力，横坐标表示失效前的循环次数。齿根弯曲应力的计算应遵循已获认可的标准流程（如GB/T44846）。计算所涉及的系数、所有试验齿轮的几何与安装信息均应记录，这些信息是保证数据完整性的关键。应对数据进行回归分析，若能报告失效概率则更佳。描述数据的公式及相关系数应包含在图中。图A.9提供了一个示例图格式，但请注意，该图中的数据不可直接用于设计。X——载荷循环次数（NL）,单位为百万次；Y——齿根弯曲应力(σF），单位为牛顿每平图A.9疲劳曲线图在脉冲试验中，除收集弯曲疲劳数据外，还应记录迟滞数据。由于齿轮处于固定状态，为测量疲劳载荷（不包括摩擦生热）引起的热效应，需采用适当的温度监测设备。A.9.2磨损试验数据通常可在简单坐标系中绘制：横坐标表示时间或循环次数，纵坐标则显示磨损指标，如齿厚减薄量。应对数据进行最佳拟合分析，并将描述数据的公式及相关系数标注于图中。图A.10提供了一个绘图格式的示例，但需注意，该图中的数据不可用于设计目的。图A.10磨损曲线图A.9.3静态试验收集的数据通常为静载极限转矩，若进行多次试验，需报告其平均值。如收集蠕变数据，则应将其绘制于对数-对数坐标系中：以时间为横坐标，以变形指标（如直线/旋转变形、轮齿变形或齿根弯曲应变）为纵坐标。齿根弯曲应力的计算方法见A.9.1。A.9.4试验数据处理A.9.4.1计算应力时，应依据GB/T44846中假定的系数进行计算。A.9.4.2一般采用正态分布、对数正态分布或三参数威布尔分布进行分布检验，确定分布函数。A.9.4.3宜采用最小二乘法进行寿命分布的拟合与优度检验。A.9.4.4由于某些参数对静强度和疲劳强度的影响不同，在计算疲劳应力时宜对S-N曲线的斜率进行修正。A.9.4.5试验数据以半对数坐标绘图，横坐标为载荷循环次数，单位为[次]，纵坐标为疲劳应力，单位为(N/mm2)，不同温度的数据依次绘制，见图A.11。X——载荷循环次数（NL）；图A.11疲劳曲线示意图A.9.5注意事项在确定材料特性参数时，应确保转矩、转速及环境条件（如介质、温度）处于持续稳定状态。若参数是在非稳定状态（如间歇或反向运转）下测得，则需注意，此时获得的轮齿温度和变形行为数据将失去可比性。对于每一个被测参量，均需提供齿轮的齿形参数、输出转速no和输出转矩To。在计算齿轮动态试验的工作应力时，必须指明所采用的应力计算方法。鉴于可供选择的解析方法众多，且不同方法得出的结果可能存在显著差异，明确计算方法至关重要。需要明确的是，基于这些标准解析法计算得出的应力，多数情况下并非真实应力，而是一个用于评估负载安全系数的名义应力值。这是因为这些方法对齿轮几何进行了简化处理。目前，针对具有线性弹性行为的金属齿轮，已开发出众多成熟的强度预测解析工具。然而，塑料的力学行为通常表现出与温度和应变速率相关的非线性特征。因此，齿轮设计者在计算塑料齿轮应力时，必须特别注意线性弹性方法的局限性。A.9.6统计评估基于强度试验可以确定许用应力值。若要进行充分的统计检验，则每组试验（对应特定工况参数为(Ti,Tθi),i=1,…,np）需重复进行30次以上。然而，如此庞大的样本量往往不具经济可行性。为在可接受的成本下获得具有可比性的试验结果，建议每组试验至少重复三次。但需注意，基于此规模数据仅能进行统计估计，不可用于统计检验。接下来，我们将不直接使用齿轮发生失效时的载荷循环次数Nij，而是对其取以10为底的对数。为简化表述，特作如下约定： Lij=log10Nij=log10Nj(Ti,T 1≤i≤np,1≤j≤nwi式中：np——试验总组数（基于不同的转矩—温度工况）；"wi——第i组试验重复次数。首先，估计失效概率为50%时对应的载荷循环次数。接着，基于该结果，进一步估算失效概率为10%时的载荷循环次数。为提高统计估计的可靠性，应先对各组试验结果取对数，再计算其离散系数（即各组标准差与相应平均值之比），并取这些离散系数的平均值。最后，基于该平均值，完成从50%到10%失效概率的转换。此处假定试验结果服从正态分布，且取对数后所有数据点的离散程度保持不变。第i组试验结果的平均值由相同转矩Ti、相同温度Tθi下的"wi个试验结果确定。对于第i组试验有50%概率发生失效时的载荷循环次数，其对数估计可以视为对该组试验结果取对数后的平均值，为：j,1≤i≤"p..................................(A.3)上述平均值可以获得第i组试验结果取对数后的标准差估计值：sii≤"p..................................(A.4)为提高统计估计的质量，计算各组的离散系数，并取其平均值：..................................(A.5)由此，对于第i组试验有10%概率发生失效时的载荷循环次数，其对数估计为：Li,10%=__1.28.=(1__1.28)....................................(A.6)最后，第i组试验有10%概率发生失效时的载荷循环次数为：Ni,10%=10Li,10%..................................(A.7)A.10关于测量的补充信息A.10.1测量的适用性可以对钢—塑料或塑料—塑料等不同材料组合开展试验研究。然而，一个齿轮系统的材料特性参数不能完全照搬到另一个系统。在确定齿根强度时，由于钢的刚度大、热传导系数高，导致其重合度与齿根温度相对较低，因此必须对重合度、齿根温度参数进行监控。而在评估齿面强度（如磨损和点蚀）及测量相应温度时，由于表面粗糙度和峰值温度的影响显著，理想情况下应对所有计划的材料组合进行试验研究。A.10.2温度测量温度测量方法主要分为非接触式（如光学热成像法）和接触式（如使用热电偶