黃燦超 吳 剛 趙 陽(yáng) 陳雙坤

（三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，湖北宜昌 443002）

籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬(wàn)向節(jié)，它的球籠本體由鐘形殼、保持架、星套、鋼球等組成.目前，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式、幾何參數(shù)、加工工藝等進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，但關(guān)于籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器在使用過(guò)程中的性能和壽命研究資料相對(duì)較少.

在球籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：由于摩擦發(fā)熱導(dǎo)致球籠本體內(nèi)部潤(rùn)滑脂變稀，甚至超過(guò)燃點(diǎn)而自燃，導(dǎo)致潤(rùn)滑脂失去了對(duì)籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的潤(rùn)滑作用，大大降低了球籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的性能與壽命［1］.然而，轉(zhuǎn)速、擺角、扭矩等因素對(duì)聯(lián)軸器的摩擦發(fā)熱現(xiàn)象影響很大.因此，在籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器在制造完成后，必須在專用試驗(yàn)臺(tái)架上做性能試驗(yàn)，以測(cè)試籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器在不同轉(zhuǎn)速、擺角、扭矩條件下，球籠本體的發(fā)熱情況是否滿足實(shí)際要求［2］.

1 優(yōu)化前試驗(yàn)條件與方案

1.1 試驗(yàn)描述

在常溫下，將籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器總成安裝在專用試驗(yàn)臺(tái)架上.試驗(yàn)開(kāi)始之前，按照試驗(yàn)大綱要求，調(diào)整好試驗(yàn)轉(zhuǎn)速、球籠擺角、試驗(yàn)扭矩.試驗(yàn)開(kāi)始后，利用電子式紅外測(cè)溫儀測(cè)量并記錄球籠本體溫度升高量.

1.2 試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)裝置主要由以下3大部分組成（如圖1所示）：驅(qū)動(dòng)裝置由變頻器、變頻電機(jī)組成，可以通過(guò)調(diào)整頻率保證試件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn).測(cè)功機(jī)由變頻器、負(fù)載變頻電機(jī)、扭矩傳感器組成，可以通過(guò)調(diào)整頻率對(duì)試件施加大小不同的負(fù)載，扭矩傳感器實(shí)時(shí)測(cè)試并記錄試件的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩.試件固定在由油缸驅(qū)動(dòng)的滑移平臺(tái)上，通過(guò)油缸驅(qū)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)試件的擺角調(diào)整.

圖1 某型籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器試驗(yàn)臺(tái)示意圖

2 基于正交試驗(yàn)法的試驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

按照《GB／T 7750－2008球籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器試驗(yàn)方法》的要求，襄陽(yáng)宇清傳動(dòng)機(jī)械公司生產(chǎn)的某型籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器成品需要測(cè)試在不同轉(zhuǎn)速、擺角、扭矩條件下球籠本體溫度的升高量.由于沒(méi)有科學(xué)合理的試驗(yàn)方法，該公司在實(shí)際生產(chǎn)中只能采用全面試驗(yàn)的方法，即需要對(duì)每一件試驗(yàn)聯(lián)軸器連續(xù)做27次試驗(yàn).試驗(yàn)周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，而且試驗(yàn)結(jié)果很難做統(tǒng)計(jì)分析.

“正交試驗(yàn)法”是一種科學(xué)的編制和分析多因素試驗(yàn)的方法，它可以利用有限的試驗(yàn)次數(shù)推斷出能夠指導(dǎo)實(shí)踐的正確結(jié)論并得到良好的效果，是使工作達(dá)到多快好省的一個(gè)非常便利的工具［3－6］，本文采用該方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì).

2.1 試驗(yàn)的因素與水平

襄陽(yáng)宇清傳動(dòng)機(jī)械公司生產(chǎn)的某型籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的最高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為2 000r／min、最大設(shè)計(jì)擺角為27°、最大設(shè)計(jì)扭矩為400N／m.按照《GB／T 7750－2008球籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器試驗(yàn)方法》的要求，性能試驗(yàn)應(yīng)以最高設(shè)計(jì)參數(shù)的25%、50%、75%進(jìn)行.因此，以轉(zhuǎn)速為因素A，設(shè)500r／min、1 000r／min、1 500r／min為3個(gè)水平；以擺角為因素B，設(shè)10°、15°、20°為3個(gè)水平；以扭矩為因素C，設(shè)100N／m、200N／m、300N／m為3個(gè)水平.

以球籠溫度升高量大小為正交試驗(yàn)的性能指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，見(jiàn)表1.

表1 因素水平表

2.2 正交試驗(yàn)的方案組合

因?yàn)榛\式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器正交試驗(yàn)有3個(gè)因素，每個(gè)因素都有3個(gè)水平，現(xiàn)選用L9（34）列出以球籠溫度升高量為試驗(yàn)性能指標(biāo)的正交試驗(yàn)表（見(jiàn)表2）.

表2 各試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果表

2012年11月份襄陽(yáng)宇清傳動(dòng)機(jī)械有限公司按照正交試驗(yàn)方案組合表，在專用試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了該型號(hào)籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器成品總成性能試驗(yàn)，得到試驗(yàn)方案的性能指標(biāo)結(jié)果，見(jiàn)表3.

表3 各試驗(yàn)方案的試驗(yàn)結(jié)果表

3 極差分析法分析

3.1 極差分析法結(jié)果

由表3的各列因素A、B、C分別計(jì)算每一種水平上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值（球籠溫度的性能指標(biāo)）的平均數(shù).算出因素A、B、C的極差（1、2、3水平中最大均值減最小均值的差）［6］，見(jiàn)表4.

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析表

3.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)表4，可以清楚的發(fā)現(xiàn)極差RA＞RB＞RC.因此，因素A（即轉(zhuǎn)速）對(duì)籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器成品球籠溫度影響最大.

圖2 球籠溫度與A因素水平關(guān)系圖

圖3 球籠溫度與B因素水平關(guān)系圖

圖4 球籠溫度與C因素水平關(guān)系圖

下面結(jié)合圖2～4對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行具體對(duì)比分析：

1）由圖2可知，隨著轉(zhuǎn)速的增大，球籠溫度顯著增加.由于球籠式萬(wàn)向聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速越高，球籠零部件（鐘形殼、保持架、星形套、鋼球）在單位時(shí)間內(nèi)，相互摩擦的次數(shù)就越多，因此摩擦發(fā)熱量就越大，所以轉(zhuǎn)速對(duì)球籠溫度影響顯著.

2）由圖3～4可知，隨著擺角、扭矩的增大，盡管球籠溫度也在增加，但是增加的趨勢(shì)卻不如圖1明顯.這是因?yàn)榇诵吞?hào)的籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的球籠本體零件（即鐘形殼、保持架、星形套）屬于圓弧形溝道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)大擺角、大扭矩的傳動(dòng).因此，在最大設(shè)計(jì)擺角和最大設(shè)計(jì)扭矩范圍內(nèi)，增加擺角、扭矩，球籠溫度雖然有所增加，但是增加的趨勢(shì)并不明顯.

4 結(jié) 論

1）經(jīng)過(guò)上面的分析可以看出，利用正交試驗(yàn)法，不僅能夠滿足球籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器性能試驗(yàn)的要求，同時(shí)還可以提高生產(chǎn)企業(yè)的試驗(yàn)效率.

2）通過(guò)極差分析法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，可知該型號(hào)的籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器的使用過(guò)程中轉(zhuǎn)速對(duì)球籠溫度升高量影響最大.因此在設(shè)計(jì)球籠零部件時(shí)必須提高球籠精度，保證零件表面質(zhì)量，從而使籠式同步萬(wàn)向聯(lián)軸器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中減少摩擦發(fā)熱量.另外，在生產(chǎn)球籠零部件時(shí)還應(yīng)增加磨合試驗(yàn)工序，從而避免球籠使用中出現(xiàn)磨合摩擦發(fā)熱.

［1］ 康鵬，馬陽(yáng)利，宋庭鋒.球籠萬(wàn)向節(jié)在某型礦車輪邊減速器上的應(yīng)用［J］.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（4）：40－41.

［2］ 秦 仙.球籠等速聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)介［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，34（01）：107－110.

［3］ 張全飛，于隨然，劉紀(jì)溫，等.基于正交試驗(yàn)法的卸船機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)研究［J］.機(jī)械制造，2011（12）：14－17.

［4］ 郭新梅.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)及其DPS實(shí)施［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012，24（3）：40－42.

［5］ 湯雙清，胡 歡，徐艷飛.球籠式等速萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)圓弧形溝道接觸應(yīng)力影響因素分析［J］.軸承，2010（3）：8－12.

［6］ 湯雙清，胡 歡.球籠式等速萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)橢圓形溝道接觸應(yīng)力影響因素分析［J］.機(jī)械傳動(dòng)，2010（5）：71－75.