1主题内容与适用范围
本标准规定了齿轮装置效率的测定方法。
本标准适用于传递动力的具有单独箱体的闭式齿轮装置的效率测定，不适用于特殊的或辅助性的齿轮装置，如与传动齿轮装置做成一体的压缩机、泵、发动机以及不以传递动力为主要目的的齿轮装置。
本标准允许根据制造厂家和用户之间的协议或订货合同确定的测试方法和条件验收齿轮装置。
2引用标准
ZBY110转矩转速测量仪
ZBY111转矩转速传感器
3主要代号
本标准主要的代号、名称及其单位见表1
表1
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代号 |
意义 |
单位 |
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T |
转矩 |
Nm |
|
n |
转速 |
r/min |
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η |
效率 |
% |
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Xi |
单次测量值 |
Nm(r/min) |
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|
测量值的算术平均值 |
Nm(r/min) |
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N |
测量次数 |
|
|
t |
剔除具有粗大误差测量值的次数 |
|
|
Vi |
测量值的剩余误差 |
Nm(r/min) |
|
σ |
测量值的标准偏差 |
Nm(r/min) |
|
λ |
测量值的允许误差 |
Nm(r/min) |
|
ε |
系数 |
|
|
|
测量值的标准误差 |
Nm(r/min) |
|
ση |
效率测量误差 |
|
4测试仪器
4.1精度等级
推荐采用ZBY100和ZBY111中规定的1级或0.5级的测仪器，或精度相当的其他测试仪器。
当被测齿轮装置的效率高于98%或要求较高的测试精度时，应使用0.5级的仪器；在机械封闭试验台上测功率损失时，可使用1级仪器。
4.2校准
测试使用的仪器需经有关计量部门验定合格，并应在有效期内使用。
测试前，应按仪器的使用说明对仪器进行零点调整。
5测试要求
5.1测试条件
a.齿轮装置应按设计要求进行跑合；
b.齿轮装置应按设计要求进行润滑；
c.齿轮装置应在名义载荷下按设计的功率流传输方向进行试验；
d.在恒定转速下使用的齿轮装置，应按名义设计转速进行试验；
非恒定转速下使用的齿轮装置，以接近设计转速范围的算术平均值的转速作为试验速度；
当要求在不同转速下测定效率时，可根据要求确定试验速度；
e.测试应在齿轮装置设计温度范围内和热平衡状态下进行。在测试中，当每30min的温度变化不超过1℃时，则认为是热平衡状态；或根据齿轮装置的种类和用途由相应的行业标准确定的热平衡条件作为热平衡状态；
f.试验时，齿轮装置各伸出轴的旋转方向应符合设计要求。
5.2齿轮装置与仪器的安装和联结
将被试齿轮装置，测试仪器和其他设备按一定联结形式安装在试验台上，其安装和联结形式对测试精度影响较大，应按第6章测试方法的要求选择联结形式。
齿轮装置出、入轴的轴线位置精度应符合设计要求。
齿轮装置与传感器安装时的同轴度，应符合ZBY111中规定的精度要求。
试验台上其他附件（如联轴器、载荷装置等）的功率损失都将产生系统误差使得效率测量值小于直值，因此，应在测试结果中扣除其附件引起的误差影响。
6测试方法
本标准推荐直测功率法和损失功率法。
a.当齿轮装置输入输出两轴线位于同侧平行且效率高于或等于98%时，应优先采用损失功率法；
b.当无法采用损失功率法时，若设计效率值不高于98%，可以采用直测功率法；或者虽然设计效率值高于98%，但具备高准确度的测试设备，不会出现异常结果时，也可采用直测功率法。
6.1直测功率法
直测功率法是指在齿轮装置试验台上，用仪器直接测量齿轮装置的输入、输出转矩和转速，来确定效率的方法。
6.1.1单对直测功率法
a.联接安装形式是在试验台上，将齿轮装置安装在两台转矩转速传感器之间，见图1。
b.齿轮装置的效率，按式（1）计算：
式中：η1——被测齿轮装置效率，%；
Tou——传感器4测得输出轴转矩，Nm；
Tin——传感器2测得输入轴转矩，Nm；
nou——传感器4测得输出轴转速，r/min；
nin——传感器2测得输入轴转速，r/min。
6.1.2双台直测功率法
a.联接安装形式是在试验台上，将两台结构、型号和制造水平完全相同，而且能按设计功率流正反两方向传输功率的齿轮装置（按实际使用时的输出端或输入端相联）安装在两台转矩转速传感器之间，见图2。
b.两台齿轮装置的平均效率按式（2）计算：
式中：η2——两台齿轮装置的平均效率，%；
Tou′——传感器5测出的输出轴转矩，Nm；
Tin′——传感器2测出的输入轴转矩，Nm。
6.2损失功率法
通过测定齿轮装置的损失功率而确定其传动交率的方法称为损失功率法，其测试在机械封闭试验台上进行，如图3。
试验台上安装的被试齿轮装置和陪试齿轮装置应为规格、型号及其制造工艺和制造水平完全相同的齿轮装置，其效率可视为相等，按公式（3）计算效率。
式中：η3——被测齿轮装置效率；
T1——传感器2测得的转矩，Nm；
T2——传感器4测得的转矩，Nm；
n1——传感器2测得的转速，r/min；
n2——传感器4测得的转速，r/min；
ξ——齿轮装置的损失率，损失率是齿轮装置的损失功率与输入功率之比。
7测试步骤和数据处理
7.1测试步骤
7.1.1测量前，应按照第4章和第5章1条的测试要求进行准备。
7.1.2详细记录仪器的校准情况，以便对测量数据进行必要的修正。
7.1.3在规定的测试条件下，同时测取两台测量仪的显示值，测取不少于5～10组的转矩转速数据（一次测得的转矩和转速为一组），测量观察时间不得少于10s，读数稳定后记录观察值，填入表2。测试系统（如联轴器、载荷装置等）引起的系统误差应在测量值中扣除。
表2
|
测量次数 |
列 |
|
Tou(Tou′；T1) |
Tin(Tin′；T2) |
nou(nou′；n1) |
nin(nin′；n2) |
|
Nm |
r/min |
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组 |
1 |
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|
2 |
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|
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…… |
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9 |
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|
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|
|
10 |
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7.2数据处理
7.2.1将测量的若干列转矩转速数据（各次测得的累计转矩或转速为一列）按以下步骤进行计算、比较。
7.2.1.1按列计算测量数据
a.该列数据的算术平均值按式（5）计算：
式中：
——算术平均值，Nm(r/min)；
Xi——单次测量值，Nm(r/min)；
N——测量次数；
t——剔除具有粗大误差测量值的次数，t=0、1、2、3。
b.某一测量值的剩余误差式（6）计算：
式中：Vi——剩余误差，Nm(r/min)。
c.该列数据的标准偏差按式（7）计算：
式中：σ——标准偏差，Nm(r/min)。
d.该列数据的允许误差按式（8）计算：
λ=εσ…………………………（8）
式中：λ——允许误差，Nm(r/min)；
ε——系数，由表3查得。
表3
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N-t |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
ε |
1.65 |
1.73 |
1.80 |
1.86 |
1.92 |
1.96 |
7.2.1.2将剩余误差逐个与允许误差进行比较，如果某个测量值的剩余误差超过±λ范围，则判为粗大误差。对该列数据每进行一轮（按7.2.1.1计算为一轮），允许剔除一个具有最大粗大误差的测量值，同时，同组中的另一列同类（转矩类或转速类）测量值也应剔除。
7.2.1.3如果剔除次数超过表4的规定，则应重新进行测试。
表4
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N |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
t |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
7.2.1.4每剔除一个粗大误差后，应按7.2.1.1和7.2.1.2重新进行计算、比较。
7.2.1.5将该列数据处理后所测量值按式（5）进行算术平均，得到最终转矩或转速数据。
7.2.1.6按式（9）计算该列数据的标准误差
:
7.2.2将处理后的转矩转速数据按照相应的效率公式进行效率计算。
7.2.3效率的测量误差
根据所采用的测试方法，将两测试仪器配套后测定的齿轮装置转矩标准误差
和转速标准误差
代入以下相应公式，计算效率的测量误差。
a.根据6.1.1条单台直测功率法测定效率的测量误差按式（10）计算：
b.根据6.1.2条双台直测功率法测定效率的测量误差按式（11）计算：
c.根据6.2条损失功率法测定效率的测量误差按式（12）计算：
8记录和报告
8.1记录内容
8.1.1齿轮装置
a.名称、型号、制造厂及其主要技术参数，出厂编号及日期；
b.测试条件；
c.测试方法，安装和联结简图。
8.1.2测试仪器
测试仪器记录见表5
表5
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序号 |
名称 |
型号 |
编号 |
制造单位 |
出厂年月 |
等级 |
标定单位
和日期 |
标定等级 |
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8.1.3测量数据
按表2记录测量数据。
8.1.4数据处理结果
记录各列处理后的最终结果——转矩和转速数据。
8.1.5其他
测试单位、测试人员、时间和地点。
8.2报告内容
测量报告包括下列内容：
a.第8.1条内容
b.转矩效率曲线；
c.转速效率曲线；
d.齿轮装置效率和测量误差。
附加说明：
本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出。
本标准由机械电子工业部郑州机械研究所归口并负责起草。
本标准主要起草人郭晓群、钱振选、王旭辉、陈令浩。
