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1主題內(nèi)容與適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定漸開線直齒圓柱齒輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的試驗方法笋骡，以確定齒輪彎曲承載能力所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼、鑄鐵制造的漸開線直齒圓柱齒輪在載荷作用造成輪齒彎曲疲勞失效的試驗，其它金屬齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度試驗可參照使用陆盘。

2引用標(biāo)準(zhǔn)

GB1356漸開線圓柱齒輪基本齒廓

GB3480漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法

GB8539齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗的一般規(guī)定

GB10095漸開線圓柱齒輪精度

ZB J17 003工業(yè)齒輪潤滑油選用方法

3主要代號

本標(biāo)準(zhǔn)中主要代號、意義及單位見表1败明。

表1

代號	意義	單位
b   C C′ dE E Fmax Fmin Ft hFE hFe k KA KFa KV m   m′ N0 NL n   R RE Rz r rF γE γe S T1­ T2 T1max x YF YFE YRrelT YS­ YSE YST YX­ YδrelT Yβ Z αE αe αF αFE β η μlnN μN σb σF σF′ σFlim σlnN σN	齒寬 威布爾分布函安息的尺度參數(shù) S-N曲線方程常數(shù) 修正后的S-N曲線方程常數(shù) 脈動試驗載荷作用點(diǎn)的直徑 脈動試驗載荷作用點(diǎn) 脈動試驗載荷最大值 脈動試驗載荷最小值 端面內(nèi)分度圓周上的名義切向力 載荷作用于E點(diǎn)彎曲力臂 載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)時的彎曲力臂 威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù) 使用系數(shù) 彎曲疲勞計算的齒間載荷分配系數(shù) 彎曲疲勞計算的齒向載荷分配系數(shù) 動載系數(shù) 齒輪模數(shù) S-N曲線方程指數(shù) 修正后的S-N曲線方程指數(shù) 齒根應(yīng)力循環(huán)基數(shù) 齒根應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 試驗點(diǎn)總數(shù) B法試驗夾具跨齒數(shù) 可靠度 載荷力作用點(diǎn)E的向徑 微觀不平度十點(diǎn)高度 試驗有越出點(diǎn)時的失效試驗點(diǎn)數(shù) 循環(huán)特性系數(shù) 載荷作用點(diǎn)E處的齒厚半角 上界點(diǎn)處的齒厚半角 應(yīng)力 實測試驗齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩平均值 實測試驗齒輪箱輸出轉(zhuǎn)矩平均值 實測試驗齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩最大值 徑向變位系數(shù) 載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)時的齒形系數(shù) 載荷作用于E點(diǎn)時齒形系數(shù) 相對齒根表面狀況系數(shù) 載荷作用于單對齒嚙合上界點(diǎn)時的應(yīng)力修正系數(shù) 載荷作用于E點(diǎn)時的應(yīng)力修正系數(shù) 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 計算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù) 相對齒根圓角敏感系數(shù) 計算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) 齒數(shù) 載荷作用E點(diǎn)外的壓力角 上界點(diǎn)處的壓力角 單對齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)處的載荷作用點(diǎn) 載荷作用點(diǎn)E外的載荷作用角 螺旋角 試驗齒輪箱效率 對數(shù)正態(tài)公布函數(shù)母體對數(shù)平均值 抗拉強(qiáng)度 試驗齒輪齒根應(yīng)力 循環(huán)特性系數(shù)r≠0時的齒根應(yīng)力 GB3480的試驗齒輪彎曲疲勞極限 對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)母體對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差 正態(tài)分布函數(shù)母體標(biāo)準(zhǔn)差	mm       mm   N N N mm mm           mm             mm μm     （°）丰搞、rad （°）沉沾、rad N/mm2 N·m N·m N·m                       （°）、rad （°）稚铡、rad （°）革辖、rad （°）、rad （°）嚣僚、rad %     N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2

4試驗方法

確定齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度應(yīng)采用齒輪臺架運(yùn)轉(zhuǎn)試驗（簡稱“A試驗法”）胀蹭，也可采用齒輪輪齒脈動加載試驗（簡稱“B試驗法”）哗搏。當(dāng)A試驗法與B試驗法結(jié)果不同時甫沉，以A試驗法結(jié)果為準(zhǔn)。

4.1A試驗法

將試驗齒輪副安裝在齒輪試驗機(jī)上進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗酒危，直至輪齒出現(xiàn)彎曲疲勞失效或齒根應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到規(guī)定的循環(huán)基數(shù)N似靖。而未失效時（以下科稱“越出”），試驗終止并獲得輪齒在試驗應(yīng)力下的一個壽命數(shù)據(jù)败旋，當(dāng)試驗齒輪及試驗過程均無異常時录切，通常將該數(shù)據(jù)稱為“試驗點(diǎn)”。

4.2 B試驗法

在脈動疲勞試驗機(jī)上利用專門的夾具仁连，對試驗齒輪的輪齒進(jìn)行脈動加載蓝角，直至輪齒出現(xiàn)彎曲疲勞失效或越出，試驗終止并獲得輪齒在試驗應(yīng)力下的一個壽命數(shù)據(jù)饭冬。試驗中使鹅，脈搏動載荷僅施加在試驗輪齒上，試驗齒輪不作嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)昌抠。所選取的試驗輪齒患朱，與加過載荷的輪齒（包括支承齒）至少應(yīng)間隔一個輪齒。每個試驗齒輪可得若干試驗點(diǎn)炊苫。

4.3試驗點(diǎn)的組合

根據(jù)不同的試驗?zāi)康牟锰�，按下列不同的試驗點(diǎn)組合測定試驗齒輪彎曲疲勞特性曲線及彎曲疲勞極限應(yīng)力。

4.3.1常規(guī)成組法

常規(guī)成組法用于測定試驗齒驗的可靠度-應(yīng)力-壽命曲線（即R-S-N曲線）侨艾，求出試驗齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力执虹。

試驗時取4～5個應(yīng)力級，每個應(yīng)力級不少于5個試驗點(diǎn)（不包括越出點(diǎn)）唠梨。最高應(yīng)力級中的各試驗點(diǎn)的彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不少于0.5×10⁵袋励，最高應(yīng)力級與次高應(yīng)力級的應(yīng)力間隔為總試驗應(yīng)力范圍的40%～50%，隨著應(yīng)力的降低姻成，應(yīng)力間隔逐漸減小淤点。最低應(yīng)力級中至少有一個試驗點(diǎn)越出。

4.3.2少試驗點(diǎn)組合法

少試驗點(diǎn)組合法通常用于測定S-N曲線或僅測定極限應(yīng)力能盈，試驗時試驗點(diǎn)總數(shù)為7～16個揉远。測定S-N曲線時斟迁，應(yīng)力級為4～10個，每個應(yīng)力級取1～4個試驗點(diǎn)衰件。

測定極限應(yīng)力時邻因，可采用升降法。

采用正交法做對比試驗時擅盏，每個對比因素應(yīng)至少有3個試驗點(diǎn)耽暖。

5試驗條件及試驗齒輪

5.1齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度試驗應(yīng)按下述規(guī)定的試驗條件和試驗齒輪進(jìn)行（對比試驗的研究對象除外），由此可確定試驗齒輪的彎曲極限應(yīng)力σ_Flim纹硼。

5.1.1試驗條件

5.1.1.1功率流封閉式試驗機(jī)

采用A試驗法英胖，測定輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度時，應(yīng)使用功率流封閉式結(jié)構(gòu)的試驗機(jī)壶缚，試驗機(jī)的校驗見附錄A（補(bǔ)充件）皿港。試驗機(jī)中心距一般為90～150mm，試驗齒輪的線速度為8～16m/s溉奕。試驗機(jī)的精度應(yīng)不低于試驗齒輪所要求的精度褂傀，并應(yīng)具有以下基本功能：

a.斷齒時自動停機(jī)；

b.有保證齒輪良好潤滑的循環(huán)噴油系統(tǒng)加勤；

c.有潤滑油溫度控制裝置仙辟，回油溫度應(yīng)控制在60℃以下；

d.有循環(huán)次數(shù)記錄裝置鳄梅，其記錄誤差不大于±0.1%叠国。

5.1.1.2脈動疲勞試驗機(jī)

采用B試驗法測定齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度時，應(yīng)使用脈動疲勞試驗機(jī)卫枝，并根據(jù)試驗要求及試驗齒輪參數(shù)設(shè)計夾具煎饼。試驗機(jī)的主要技術(shù)性能及測定見附錄B（補(bǔ)充件），夾具的設(shè)計及技術(shù)要求見附錄C（補(bǔ)充件）校赤。

5.1.1.3潤滑油

按ZB J17 003進(jìn)行潤滑油的選擇和保養(yǎng)吆玖。一般情況下，試驗機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三個月马篮，應(yīng)進(jìn)行潤滑油的取樣檢查沾乘。

5.1.2試驗齒輪

5.1.2.1試驗齒輪的參數(shù)及精度

試驗齒輪的模數(shù)m=3～5mm，螺旋角β=0°诽泪，齒寬b=10～50mm杰赴，應(yīng)力修正系數(shù)Y_ST=2.0，齒根圓角參數(shù)q_s=2.5挂闺，齒根圓角粗糙度R_z≤10μm便金，精度為GB10095的4～7級。

齒廓線與齒根圓弧線必須是圓滑過渡，檢查試驗齒輪精度并記錄其實測數(shù)值断克。檢測全部試驗齒輪的表面硬度戈般，基節(jié)偏差并剔除不合格的試驗齒輪。同一組的試驗齒輪抑琳，其加工設(shè)備及加工工藝必須相同候塞。

5.1.2.2試驗齒輪的材料及熱處理

試驗齒輪的材料必須有正式技術(shù)文件，其內(nèi)容包括：材料牌號果嗜、冶煉方法季键、化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)补颗、晶粒度可都、機(jī)械性能、金相組織和非金屬夾雜物等进每。各項指標(biāo)均應(yīng)符號GB8539常規(guī)檢驗的規(guī)定汹粤。有條件時應(yīng)對試驗齒輪材料進(jìn)行無損檢測。

5.2齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度試驗也可在試驗條件和試驗齒輪參數(shù)與產(chǎn)品齒輪工況和參數(shù)一致或相近的條件下進(jìn)行田晚。

6彎曲疲勞失效判據(jù)

試驗中，若出現(xiàn)下列情況之一時国葬，均應(yīng)判為彎曲失效贤徒。

a.輪齒齒根出現(xiàn)可見疲勞裂紋；

b.載荷或頻率下降5%～10%汇四；

c.沿齒根斷齒接奈。

7試驗步驟

7.1試驗前準(zhǔn)備

7.1.1按5.1條規(guī)定試驗條件時，應(yīng)按附錄A或附錄B的規(guī)定對齒輪試驗機(jī)的性能進(jìn)行校驗通孽。

7.1.2清洗試驗齒輪后目測檢查齒根過渡圓弧不得有加工刀痕或其它形式的損傷序宦，并對試驗齒輪及輪齒進(jìn)行編號。

7.1.3試驗齒輪按試驗機(jī)的規(guī)定或夾具的設(shè)計要求進(jìn)行安裝背苦。

7.2預(yù)備性試驗

預(yù)備性試驗是為了確定試驗的應(yīng)力級互捌，一般可通過測定一條S-N曲線來估計疲勞區(qū)的載荷范圍及極限應(yīng)力，并根據(jù)第4.3.1條的要求確定應(yīng)力級腋钞。

7.3試驗過程的監(jiān)控

按所需應(yīng)力級逐點(diǎn)進(jìn)行加載試驗茵沾。試驗期間要經(jīng)常檢查試驗設(shè)備，出現(xiàn)異常應(yīng)及時排除肺倾。準(zhǔn)確記錄試驗點(diǎn)的失效循環(huán)壽命负腻，每個試驗點(diǎn)均應(yīng)有完整的試驗記錄。記錄表見墜毀錄E（參考件）圈咬。

保留試驗齒輪及斷齒淡窘，以備進(jìn)行失效分析。

7.4補(bǔ)充試驗點(diǎn)

同一應(yīng)力級的試驗點(diǎn)做完后應(yīng)進(jìn)行分布檢驗[見附錄D（補(bǔ)充件）]若分布函數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)不能滿足最小值要求時，需補(bǔ)充試驗點(diǎn)讼牢。

7.5失效分析

8試驗齒輪齒根應(yīng)力計算

8.1A試驗法

A試驗法智贰，其試驗齒輪的齒根應(yīng)力按式（1）計算：

式中各代號的意義及取值見GB3480第2.2.2～2.2.3條。

8.2B試驗法

首先確定載荷作用點(diǎn)E的準(zhǔn)確位置凳赃，其方法見附錄C（補(bǔ)充件）涣母，試驗齒輪的齒根應(yīng)力應(yīng)根據(jù)已確定的E點(diǎn)位置，按式（2）計算：

式中：Y_FE——載荷作用下E點(diǎn)時間的齒形系數(shù)撕贞；

      Y_SE——載荷作用于E點(diǎn)時的應(yīng)力修正系數(shù)更耻；

其余代號的意義及取值均按GB3480第2.2.2～2.2.3條；

Y_FE捏膨、Y_SE按GB3480給出的公式計算秧均，公式中的α_e、γ_e号涯、α_Fe目胡、h_Fe分別用α_E、γ_E链快、α_FE誉己、h_FE代入。

注：公式（1）和（2）計算的齒根彎曲應(yīng)力已將試驗條件及試驗齒輪轉(zhuǎn)換成GB3480所要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)域蜗。

8.3計算輪齒彎曲靜強(qiáng)度時巨双，齒根應(yīng)力仍按（1）式或（2）式計算，但此時應(yīng)取Y_RrelTj=1.0霉祸；Y_Xj=1.0筑累；Y_δrelTj則由GB3480表24所列公式計算或通過實測得到。

對結(jié)構(gòu)鋼和調(diào)質(zhì)鋼丝蹭、球墨鑄鐵疗刮、珠光體可鍛鑄鐵，當(dāng)N_L≤10⁴(其它材料N_L≤10³)時蝌购，其應(yīng)力可視為靜應(yīng)力忿迷。

8.4由于試驗機(jī)的限制，B試驗法中逻烛，循環(huán)特性系數(shù)r_F=F_min/F_max≠0,應(yīng)將實際齒根應(yīng)力σ_F′抽象算為r_F=0時的脈動循環(huán)齒根應(yīng)力σ_F宪隅，N/mm²,換算公式為：

式中：σ_b——抗拉強(qiáng)度，N/mm²

循環(huán)特性系數(shù)r在試驗期間為一常數(shù)且≤0.05潭拖。

9試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理

9.1當(dāng)試驗點(diǎn)總數(shù)為n的應(yīng)力級無越出點(diǎn)時赫丈，其壽命值排序為：

N_L1≤N_L2≤…≤N_Ln-1≤N_Ln

當(dāng)試驗點(diǎn)總數(shù)為n的應(yīng)力級有越出點(diǎn)，且失效的試驗點(diǎn)數(shù)為r時厦螟，其壽命值的排序為：

N_L1≤N_L2≤…≤N_Lr-1≤N_Lr

則對于某一壽命值N_Li的壽命經(jīng)驗分布函數(shù)值為：

式中：n——試驗點(diǎn)總數(shù)官溜；

      i——試驗點(diǎn)按壽命由小到大排列的序號怎开，當(dāng)無越出點(diǎn)時，當(dāng)有越出點(diǎn)時牵字。

9.2 B試驗還需中铲蒸，若采用雙齒加載形式，其失效順序用平均順序法計算岸夯，當(dāng)對P對輪齒加載時麻献，有r個齒失效（r≤P）。取n=2P猜扮，壽命經(jīng)驗分布函數(shù)值應(yīng)按下列度算：

式中：n——試驗輪齒總數(shù)勉吻；n=2p

      A_i——試驗點(diǎn)按壽命值由小到大排列的平均順序。

式中i——失效果試驗點(diǎn)單獨(dú)排序旅赢。

9.3在未知試驗齒輪的壽命分布函數(shù)時齿桃，一般采用正態(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布或二參數(shù)威布爾分布進(jìn)行分布檢驗煮盼，確定分布類型短纵，三種分布函數(shù)分別為：