温湿度试验箱测试传动轴试验

一、试验目的

二、试验设备与材料

1. 温湿度试验箱

• 具备足够的工作空间，能够容纳传动轴及其安装夹具，并保证在试验过程中有良好的温湿度均匀性。

• 温度控制范围：-40℃至 +80℃，温度波动度不超过 ±0.5℃，温度偏差不超过 ±2℃；湿度控制范围：20% RH 至 98% RH，湿度波动度不超过 ±3% RH，湿度偏差不超过 ±5% RH。

• 配备温湿度传感器，能够实时监测箱内的温湿度变化，并将数据传输到控制系统进行记录和显示。

• 具有良好的隔热性能和密封性能，以减少外界环境对试验箱内温湿度的影响，并确保试验过程中温湿度的稳定性。

• 具备升降温、加湿和除湿功能，能够按照设定的程序自动进行温湿度调节，满足不同试验条件的要求。

2. 传动轴

• 准备若干根待测试的传动轴样品，其规格、材质和制造工艺应符合相关标准和设计要求。

• 对传动轴进行编号，以便在试验过程中对不同样品进行区分和记录。

3. 安装夹具

• 设计和制作专门用于固定传动轴的安装夹具，确保传动轴在试验箱内能够安装牢固，且其安装方式符合实际使用情况，以保证试验结果的真实性和可靠性。

• 夹具应采用耐腐蚀、高强度的材料制作，避免在试验过程中对传动轴产生干扰或影响试验结果。

4. 测试仪器与工具

• 扭矩传感器：用于测量传动轴在旋转过程中的扭矩变化，量程和精度应满足试验要求，例如量程为 0 - 1000N・m，精度不低于 ±0.5% FS。

• 转速传感器：用于监测传动轴的转速，可采用光电式或电磁式转速传感器，测量范围应覆盖传动轴的预期转速范围，精度不低于 ±1rpm。

• 应变片：粘贴在传动轴的关键部位，如轴身、花键等，用于测量传动轴在受力时的应变情况，通过应变数据计算应力分布和变化。

• 数据采集系统：连接扭矩传感器、转速传感器和应变片，能够实时采集和记录试验过程中的扭矩、转速和应变等数据，并将数据传输到计算机进行分析和处理。

• 量具：如卡尺、千分尺等，用于在试验前和试验后对传动轴的尺寸进行测量，检查传动轴是否发生变形或磨损。

• 加载设备：如电机、减速机和负载装置等，用于对传动轴施加扭矩和转速，模拟传动轴在实际工作中的受力情况。加载设备应具备足够的功率和扭矩输出能力，能够满足试验所需的各种工况要求。

三、试验项目与方法

（一）温湿度预处理

1. 将传动轴样品安装在温湿度试验箱内的夹具上，确保安装牢固且位置正确。

2. 将温湿度试验箱的温度设置为 25℃，相对湿度设置为 50% RH，保持该环境条件 24 小时，使传动轴达到热平衡和湿度平衡状态，消除可能存在的内部应力和水分分布不均匀等因素对试验结果的影响。

（二）低温性能测试

1. 在温湿度预处理完成后，将试验箱的温度以不大于 1℃/min 的速率降至 - 40℃，并保持该温度 24 小时。

2. 在低温环境下，启动加载设备，以一定的转速（如 500rpm）对传动轴施加逐渐增加的扭矩，从 0 开始，每次增加 50N・m，直至达到传动轴的额定扭矩或出现异常情况为止。在加载过程中，通过数据采集系统实时记录扭矩、转速和应变等数据。

3. 观察传动轴在低温下的运行情况，检查是否有卡滞、变形、断裂等现象发生。试验结束后，将传动轴从试验箱中取出，在室温下放置 2 小时，然后使用量具对其尺寸进行测量，记录是否有尺寸变化。

（三）高温性能测试

1. 将温湿度试验箱的温度以不大于 1℃/min 的速率升至 + 80℃，相对湿度设置为 80% RH，并保持该环境条件 24 小时。

2. 在高温高湿环境下，按照与低温性能测试相同的加载方式和步骤对传动轴进行测试，记录相关数据，并观察传动轴的运行状态和外观变化。

3. 试验结束后，对传动轴进行外观检查，查看是否有氧化、腐蚀、变形等情况，并测量其尺寸，与试验前的数据进行对比分析。

（四）温湿度循环性能测试

1. 设定温湿度循环程序，例如：在 2 小时内将温度从 25℃降至 - 20℃，相对湿度从 50% RH 降至 30% RH；然后在 2 小时内将温度升至 + 60℃，相对湿度升至 80% RH；如此循环 5 次。

2. 在每个温湿度循环周期内，当温度和湿度达到稳定状态后，对传动轴进行加载测试，加载条件为转速 800rpm，扭矩从额定扭矩的 50% 开始，每次增加 10%，直至达到额定扭矩，记录每次加载时的扭矩、转速、应变和时间等数据。

3. 观察传动轴在温湿度循环过程中的性能变化，检查是否有疲劳损伤、裂纹扩展等现象出现。试验结束后，对传动轴进行全面的外观检查和尺寸测量，并对采集到的数据进行详细分析，评估传动轴在温湿度循环环境下的可靠性和耐久性。

（五）湿度单独影响测试

1. 将温湿度试验箱的温度保持在 25℃，相对湿度分别设置为 20% RH、60% RH 和 98% RH，每个湿度条件下保持 24 小时。

2. 在不同湿度环境下，对传动轴进行静态放置和动态加载测试。静态放置时，观察传动轴表面是否有吸湿、生锈等现象发生；动态加载测试时，采用与前面相同的加载方式，记录扭矩、转速和应变等数据，分析湿度对传动轴力学性能的影响。

3. 试验结束后，对传动轴进行表面处理和清洁，检查是否有腐蚀痕迹或其他因湿度引起的损坏，并测量其尺寸和重量，与试验前的数据进行对比。

四、数据记录与分析

1. 在试验过程中，通过数据采集系统实时记录温湿度试验箱内的温度、湿度以及传动轴的扭矩、转速、应变等数据，并按照时间顺序进行存储。

2. 对于每个试验项目，分别绘制扭矩 - 转速曲线、应变 - 时间曲线等，分析传动轴在不同温湿度条件下的力学性能变化规律。例如，通过扭矩 - 转速曲线可以判断传动轴在不同环境下的承载能力和传动效率；应变 - 时间曲线可以反映传动轴在受力过程中的应力分布和变化情况，以及是否存在疲劳损伤的迹象。

3. 对试验前后传动轴的尺寸、重量等数据进行对比分析，计算尺寸变化率和重量变化率，评估温湿度环境对传动轴物理性能的影响。如果发现尺寸变化超过允许范围，可能意味着传动轴发生了变形或磨损，需要进一步分析原因。

4. 观察传动轴在试验过程中的外观变化，记录是否有卡滞、断裂、氧化、腐蚀等现象发生，并结合数据记录进行综合分析。例如，如果在某个温湿度条件下传动轴出现异常的扭矩波动或应变增大，同时外观上发现有裂纹或腐蚀痕迹，那么可以初步判断该环境条件对传动轴的性能产生了较大的影响，需要进一步深入研究。

5. 对温湿度循环性能测试的数据进行特别关注，分析在多次循环过程中传动轴性能的变化趋势。通过比较不同循环周期下的扭矩 - 转速曲线、应变 - 时间曲线等，评估传动轴的可靠性和耐久性是否满足要求。如果发现随着循环次数的增加，传动轴的性能逐渐下降，或者出现明显的疲劳损伤特征，那么需要对传动轴的材料、结构或制造工艺进行改进和优化。

五、安全措施

1. 在进行试验前，对所有参与试验的人员进行安全培训，使其熟悉温湿度试验箱的操作规程和注意事项，以及在试验过程中可能出现的危险情况和应对措施。

2. 试验现场配备必要的安全防护设备，如灭火器、急救箱等，并确保其处于良好的备用状态。在操作温湿度试验箱时，应佩戴防护手套、护目镜等个人防护用品，防止因接触高温或低温部件而造成烫伤或冻伤。

3. 在安装和拆卸传动轴时，应先切断试验箱的电源和加载设备的动力源，确保设备处于停止运行状态，避免发生意外事故。同时，要注意传动轴的重量和形状，采用正确的搬运和安装方法，防止因操作不当导致人员受伤或设备损坏。

4. 温湿度试验箱在运行过程中会产生一定的热量和湿气，应确保试验箱周围有良好的通风条件，避免热量和湿气积聚对人员和设备造成不良影响。同时，要定期检查试验箱的电源线、信号线和管路等是否有破损、老化或松动等情况，及时发现并排除安全隐患。

5. 如果在试验过程中发生设备故障或异常情况，如温湿度失控、传动轴断裂等，应立即停止试验，并采取相应的应急措施。首先，切断试验箱的电源和加载设备的动力源，然后对故障进行排查和处理。在处理故障时，应遵循相关的安全操作规程，严禁违规操作，确保人员和设备的安全。