| 1主題內(nèi)容與適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)定漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，以確定齒輪接觸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(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪由齒面點(diǎn)蝕損傷而失效的試驗(yàn)。其它金屬齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)可參照使用。
2引用標(biāo)準(zhǔn)
GB1356漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪基本齒廓
GB3480漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法
GB8539齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的一般規(guī)定
GB10095漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度
ZBJ17003工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油選用方法
3主要代號(hào)
本標(biāo)準(zhǔn)中主要代號(hào)、意義及單位見(jiàn)表1。
表1
|
代號(hào) |
意義 |
單位 |
|
AS
ASW
A1T
A2T
A1TW
A2TW
a
b
C
C′
d1
Ft
k
KA
KHα
KV
m
|
試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面上點(diǎn)蝕面積之和
試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面的工作表面積
試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和
試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和
試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪各齒工作表面積之和
試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪各齒工作表面積之和
試驗(yàn)齒輪箱中心距
工作齒寬
威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù)
S-N曲線(xiàn)方程常數(shù)
修正后的S-N曲線(xiàn)方程常數(shù)
試驗(yàn)齒輪小輪分度圓直徑
端面內(nèi)分度圓周上的各義切向力
威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù)
使用系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分布系數(shù)
動(dòng)載系數(shù)
齒輪模數(shù)
S-N曲線(xiàn)方程指數(shù) |
mm2
mm2
mm2
mm2
mm2
mm2
mm
mm
mm
N
mm
|
|
m′
N
n
Nj
NL
No
R
Rs
RT
RZ
r
S
T1
T1max
T2
u
ZE
ZH
ZL
ZR
ZV
ZW
ZX
Zβ
Zε
σHlim
σHO
σH
σlnN
σN
σNj
μlnN
μN
η
ΔFP
ΔFβ
Δff
Δfpb |
修正后的S-N曲線(xiàn)方程指數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)
齒輪接觸疲勞區(qū)上臨界點(diǎn)的循環(huán)次數(shù)
試驗(yàn)齒輪齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
齒面應(yīng)力循環(huán)基數(shù)
可靠度
單齒點(diǎn)蝕面積率
齒輪副點(diǎn)蝕面積率
微觀(guān)不平度10點(diǎn)高度
試驗(yàn)有越出點(diǎn)時(shí)的失效試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)
應(yīng)力
實(shí)測(cè)試驗(yàn)齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩的平均值
實(shí)測(cè)試驗(yàn)齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩的最大值
實(shí)測(cè)試驗(yàn)齒輪箱輸出轉(zhuǎn)矩的平均值
齒數(shù)比
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
潤(rùn)滑油系數(shù)
粗糙度系數(shù)
速度系數(shù)
齒面工作硬化系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
GB3480的試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限
循環(huán)次數(shù)為5×107時(shí)的R-S-N曲線(xiàn)應(yīng)力計(jì)算值
試驗(yàn)齒輪齒面接觸應(yīng)力
對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的母體對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差
正態(tài)分布函數(shù)的母體標(biāo)準(zhǔn)差
循環(huán)數(shù)為N1時(shí)R-S-N曲線(xiàn)應(yīng)力計(jì)算值
對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的母體平均值
正態(tài)分布函數(shù)的母體平均值
試驗(yàn)齒輪箱效率
齒距累積誤碼差
齒向誤差
齒形誤差
基節(jié)偏差 |
%
%
μm
N/mm2
N·m
N·m
N·m
N/mm2
N/mm2
N/mm2
%
μm
μm
μm
μm |
4試驗(yàn)方法
確定齒輪接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)在齒輪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)齒輪的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。當(dāng)齒面出現(xiàn)接觸疲勞失效或齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到規(guī)定的循環(huán)基數(shù)N。而未失效時(shí)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“越出”），試驗(yàn)終止并獲得齒面在試驗(yàn)應(yīng)力下的一個(gè)壽命數(shù)據(jù)。當(dāng)試驗(yàn)齒輪及試驗(yàn)過(guò)程均無(wú)異常時(shí)，通常將該數(shù)據(jù)稱(chēng)為“試驗(yàn)點(diǎn)”。根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康�，選擇小列不同的試驗(yàn)點(diǎn)的組合，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理，確定試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞特性曲線(xiàn)及接觸疲勞極限應(yīng)力。
4.1常規(guī)成組法
常規(guī)成組法用于測(cè)定試驗(yàn)齒輪的可靠度-應(yīng)力-壽命曲線(xiàn)（即R-S-N曲線(xiàn)），求出試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力。
試驗(yàn)時(shí)取4～5個(gè)應(yīng)力級(jí)，每個(gè)應(yīng)力級(jí)不少于5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（不包括越出點(diǎn)）。最高應(yīng)力有中的各試驗(yàn)點(diǎn)的齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不少于1×106。最高應(yīng)力級(jí)與次高應(yīng)力級(jí)的應(yīng)力間隔為總試驗(yàn)應(yīng)力范圍的40%～50%，隨著應(yīng)力的降低，應(yīng)力間隔逐漸減少。最低應(yīng)力級(jí)至少有一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)越出。
4.2少試驗(yàn)點(diǎn)組合法
少試驗(yàn)點(diǎn)組合法通常用于測(cè)定S-N曲線(xiàn)或僅測(cè)定極限應(yīng)力。
試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)為7～16個(gè)。測(cè)定S-N曲線(xiàn)時(shí)，應(yīng)力級(jí)為4～10個(gè)，每個(gè)應(yīng)力級(jí)取1～4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。
測(cè)定極限應(yīng)力時(shí)可采用升降法。
采用正交法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)對(duì)比因素至少有3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。
5試驗(yàn)條件及試驗(yàn)齒輪
5.1齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)按下述規(guī)定的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)齒輪進(jìn)行（對(duì)比試驗(yàn)的研究對(duì)象除外），上此可確定試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力σHlim。
5.1.1試驗(yàn)條件
5.1.1.1試驗(yàn)機(jī)
試驗(yàn)應(yīng)使用功率流封閉式結(jié)構(gòu)的齒輪試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)的性能校核見(jiàn)表A（補(bǔ)充件）。試驗(yàn)機(jī)的中心距一般為90～150mm，試驗(yàn)齒輪線(xiàn)速度為8～16m/s。試驗(yàn)機(jī)的精度應(yīng)不低于試驗(yàn)齒輪所要求的精度，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有以下基本功能：
a.齒輪斷齒時(shí)自動(dòng)停機(jī)；
b.有保證齒輪良好潤(rùn)滑的循環(huán)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)；
c.有潤(rùn)滑油油墨度控制裝置，回油溫度控制在60℃以下；
d.有循環(huán)次數(shù)記錄裝置，其記錄誤差不大于±0.1%。
5.1.1.2潤(rùn)滑油
按ZB J17 003進(jìn)行潤(rùn)滑油的選擇的保養(yǎng)。一般情況下試驗(yàn)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月應(yīng)進(jìn)行潤(rùn)滑油的取樣檢查。
5.1.2試驗(yàn)齒輪
試驗(yàn)齒輪模數(shù)的選擇應(yīng)保證在試驗(yàn)中不出現(xiàn)彎曲疲勞斷齒，通常取m=3～8mm。螺旋角β=0°,齒數(shù)比u=1.2～1.5(小齒輪為主動(dòng)輪)，試驗(yàn)齒輪副材料相同，工作齒寬b＞0.05a（中心距，mm），表面粗糙度RZ=2～5μm，精度為GB10095的4～6級(jí)，基本齒廓應(yīng)符合GB1356的規(guī)定。
試驗(yàn)齒輪的材料、熱處理及加工檢測(cè)見(jiàn)附錄B（補(bǔ)充件）。
5.2齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)也可在試驗(yàn)條件和試驗(yàn)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。
6接觸疲勞失效判據(jù)
6.1失效判別方法
齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)是以齒面點(diǎn)蝕損傷程度作為接觸疲勞失效的判據(jù)。判別方法有以下兩種：
a.單齒點(diǎn)蝕面積率
RS=AS/ASW…………………………（1）
式中：RS——單齒點(diǎn)蝕面積率，%；
AS——試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面上點(diǎn)蝕面積之和，mm2；
ASW——試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面的工作表面積，mm2。
b.齒輪副點(diǎn)蝕面積率
RT=A1T/A1TW+A2T/A2TW…………………………（2）
式中：RT——齒輪副點(diǎn)蝕面積率，%；
A1T——試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和，mm2；
A2T——試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和，mm2；
A1TW——試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪各齒工作表面積之和，mm2；
A2TW——試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪各齒工作表面積之和，mm2.
6.2失效判別準(zhǔn)則
6.2.1非表面硬化齒輪，點(diǎn)蝕一般總是在所有齒面上出現(xiàn)。當(dāng)試驗(yàn)齒輪副的硬度相等或相近時(shí)，它們的點(diǎn)蝕損傷極限為：
RT=2%…………………………（3）
當(dāng)試驗(yàn)齒輪齒輪副點(diǎn)蝕面積率達(dá)到式（3）的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，即判定該齒面失效。
6.2.2表面硬化齒輪，包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、火焰或感應(yīng)淬火的齒輪，點(diǎn)蝕一般在少數(shù)齒上出現(xiàn)。它們的點(diǎn)蝕損傷極限為：
RS=4%………………………………（4）
或
RT=0.5%…………………………（5）
當(dāng)試驗(yàn)齒輪點(diǎn)蝕面積率達(dá)到式（4）或式（5）的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，即判定該齒面失效。
6.2.3非表面硬化的試驗(yàn)齒輪循環(huán)基數(shù)N0=5×107。表面硬化的試驗(yàn)齒輪循環(huán)基數(shù)N0≥5×107。當(dāng)齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到循環(huán)基數(shù)N0，而齒面點(diǎn)蝕損傷速度未達(dá)到點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，試驗(yàn)停止，判定該試驗(yàn)點(diǎn)越出。
7試驗(yàn)步驟
7.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備
7.1.1按5.1條進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)前應(yīng)按附錄A（補(bǔ)充件）的規(guī)定進(jìn)行齒輪試驗(yàn)機(jī)的性能校驗(yàn)。
7.1.2清洗試驗(yàn)齒輪后目測(cè)檢查，齒面不得有腐蝕，銹蝕或其它形式的損傷。對(duì)試驗(yàn)齒輪、輪齒及齒面進(jìn)行編號(hào)。
7.1.3試驗(yàn)齒輪安裝后應(yīng)檢查齒面接觸情況，按5.1條進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)加載至試驗(yàn)載荷，齒面沿工作齒寬方向接觸斑點(diǎn)不小于90%，沿齒高方向接觸斑點(diǎn)不小于80%。
7.2預(yù)備性試驗(yàn)
預(yù)備性試驗(yàn)是為了確定試驗(yàn)的應(yīng)力級(jí)，一般可通過(guò)測(cè)定一條S-N曲線(xiàn)來(lái)估計(jì)疲勞區(qū)的應(yīng)力范圍和極限應(yīng)力，并根據(jù)4.1條的要求確定應(yīng)力級(jí)。
7.3試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控
7.3.1試驗(yàn)中應(yīng)經(jīng)常檢查試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況并控制油溫。對(duì)靜態(tài)加載的試驗(yàn)機(jī)應(yīng)根據(jù)卸載情況確定重新加載的時(shí)間間隔，并作詳細(xì)記錄。
7.3.2根據(jù)試驗(yàn)齒輪的接觸應(yīng)力大小確定齒面檢查時(shí)間間隔。試驗(yàn)初期限可用10倍放大鏡觀(guān)察齒面，發(fā)現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕損傷后應(yīng)及時(shí)根據(jù)損傷形貌及擴(kuò)展趨勢(shì)縮短檢查的時(shí)間間隔，以便準(zhǔn)確記錄達(dá)到齒面點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)的循環(huán)次數(shù)，若檢查齒面時(shí)點(diǎn)蝕面積率已超過(guò)點(diǎn)蝕損傷極限，則取該段時(shí)間隔的一半作為該間隔達(dá)到齒面失效時(shí)的時(shí)間。
7.3.3對(duì)點(diǎn)蝕損傷的形貌，在齒面上的位置、該齒面的齒序號(hào)及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)進(jìn)行跟蹤檢查，并作描述和記錄。必要時(shí)進(jìn)行復(fù)膜或照相。
7.3.4在試驗(yàn)過(guò)程中，若沒(méi)有出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕面出現(xiàn)了其它損傷，如非正常磨損、膠合等，則應(yīng)仔細(xì)記錄它們的變化情況，并應(yīng)改善潤(rùn)滑條件及運(yùn)轉(zhuǎn)條件。當(dāng)出現(xiàn)中等磨損、中等膠合工出現(xiàn)輪齒斷齒時(shí)，應(yīng)判為非接觸疲勞失效，該數(shù)據(jù)不能作為試驗(yàn)點(diǎn)。
7.4補(bǔ)充試驗(yàn)點(diǎn)
同一應(yīng)力級(jí)的試驗(yàn)點(diǎn)做完后應(yīng)時(shí)行分布檢驗(yàn)[見(jiàn)附錄C（補(bǔ)充件）]，若分布函數(shù)的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)不能滿(mǎn)足最小值的要求時(shí)，需補(bǔ)充試驗(yàn)點(diǎn)。
7.5失效分析
8試驗(yàn)齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算
按下式計(jì)算試驗(yàn)齒輪的接觸應(yīng)力：
式（6）中各代號(hào)的意義與取值見(jiàn)GB3480的2.1.2～2.1.3條。
注：式（6）計(jì)算的接觸應(yīng)力已將試驗(yàn)條件及試驗(yàn)齒輪轉(zhuǎn)換為GB3480所要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
9試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理
9.1當(dāng)試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)為n的應(yīng)力級(jí)無(wú)越出點(diǎn)時(shí)，其壽命值的排序?yàn)椋?/FONT>
NL1≤NL2…≤NLn-1≤NLn
當(dāng)試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)為n的應(yīng)力級(jí)有越出點(diǎn)，且失效的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)為r時(shí)，其壽命值的排序?yàn)椋?/FONT>
NL1≤NL2…≤NLr-1≤NLr
對(duì)于任一壽命值NLi的壽命經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)值為：
或
式中：n——試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)；
i——試驗(yàn)點(diǎn)按壽命值由小到排列序號(hào)，無(wú)越出點(diǎn)時(shí) ，有越出點(diǎn)時(shí) 。
9.2在未知試驗(yàn)齒輪的壽命分布函數(shù)時(shí)，一般采用二參數(shù)威布爾分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布或正態(tài)分布進(jìn)行分布檢驗(yàn)，確定分布類(lèi)型。三種分布函數(shù)分別為：
式中：NL——齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
b——威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù)；
k——威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù)；
μlnN——對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的母體對(duì)數(shù)平均值；
σlnN——對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的母體對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差；
μN(yùn)——正態(tài)分布函數(shù)的母體平均值；
σN——正態(tài)分布函數(shù)的母體標(biāo)準(zhǔn)差。
9.3分布函數(shù)曲線(xiàn)的擬合及R-S-N曲線(xiàn)參數(shù)的確定見(jiàn)附錄C（補(bǔ)充件）。
10試驗(yàn)報(bào)告
試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：
a.試驗(yàn)?zāi)康募耙螅?/FONT>
b.試驗(yàn)方法；
c.試驗(yàn)條件及試驗(yàn)齒輪；
d.試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)；
e.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果；
f.損傷分析；
g.試驗(yàn)單位、報(bào)告人、審核人、日期。 |
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