1概述
1.1 適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼、鑄鐵制造的,基本齒廓符合GB1356-78的內(nèi)、外嚙合直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
本標(biāo)準(zhǔn)包括齒面接觸強(qiáng)度和輪齒彎曲強(qiáng)度兩種校核計(jì)算方法。 本標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)為JB179-83。對(duì)于采用其他精度標(biāo)準(zhǔn)的齒輪,當(dāng)采用本標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化方法計(jì)算有關(guān)載荷系數(shù)時(shí),則應(yīng)折算成相應(yīng)的精度等級(jí)。 本標(biāo)準(zhǔn)是各部門和行業(yè)制訂齒輪承載能力計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基礎(chǔ)。 1.2 可靠性與安全系數(shù)
在設(shè)計(jì)齒輪時(shí),不同的使用場(chǎng)合,對(duì)齒輪有不同的可靠性要求。齒輪工作的可靠性要求是根據(jù)其重要程度、工作要求和維修難易等方面的因素綜合考慮決定的。一般可分下述幾種情況:
a.齒輪設(shè)計(jì)壽命較短,對(duì)可靠性要求不高。這類齒輪多為易于更換的不重要齒輪。
b.齒輪的設(shè)計(jì)壽命較長(zhǎng),但對(duì)可靠性要求不高。例如某些車輛低速齒輪的可靠度可以低到80%至90%。一般易于維修的農(nóng)機(jī)齒輪的可靠度為90%就可以了。
c.齒輪設(shè)計(jì)壽命不很長(zhǎng),但對(duì)可靠性要求很高。例如直升飛機(jī)主傳動(dòng)齒輪,不僅要求材質(zhì)好,制造精度高,并且要求按設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行一定數(shù)量的試驗(yàn)。這種齒輪的可靠度要求大于99%,甚至高達(dá)99.99%。
d.要求在很長(zhǎng)的使用壽命內(nèi)有較高的可靠性。例如工業(yè)蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的傳動(dòng)齒輪,這種齒輪的線速度高,而且要求長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)及較長(zhǎng)的維修間隔,因此重要程度高。所以,通常要求在1010,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)可靠度應(yīng)大于98%。又如高速軋鋼機(jī),其可靠度一般為99%至99.5%?紤]到計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況有一定偏差,為保證所要求的可靠性,必須使計(jì)算允許的承載能力有必要的安全裕量。顯然,計(jì)算方法越精確,與實(shí)際情況的偏差越小,所需的安全裕量就可以越小,經(jīng)濟(jì)性和可靠性就更加統(tǒng)一。
目前,可靠性理論已開始用于機(jī)械設(shè)計(jì),并且表明只用安全系數(shù)并不反映可靠性水平,但是將各設(shè)計(jì)參數(shù)作為隨機(jī)變量處理,尚缺乏必要的資料。因此,本標(biāo)準(zhǔn)還是將設(shè)計(jì)參數(shù)作為確定值處理,仍然用安全系數(shù)或許用應(yīng)力作為判據(jù),而在選取安全系數(shù)時(shí),應(yīng)考慮可靠性要求。具體選擇安全系數(shù)時(shí),須注意以下幾點(diǎn):
a)本標(biāo)準(zhǔn)所推薦的疲勞極限(見3.13 條)是在失效概率為l%時(shí)得到的?煽慷纫蟾邥r(shí),安全系數(shù)應(yīng)取大些;反之,則可取小些。如無可用的資料時(shí),可參考附錄選取。
b)計(jì)算時(shí)所用的原始數(shù)據(jù)和附加變量(如制造偏差,材料及其熱處理性能,潤(rùn)滑和載荷情況等)愈接近實(shí)際,則安全系數(shù)愈可取得小些;反之則應(yīng)取大些。
c)不同的使用場(chǎng)合評(píng)定齒輪失效的準(zhǔn)則是不同的。例如:車輛的低速齒輪一般設(shè)計(jì)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)小于105,通常允許少量的塑性變形、點(diǎn)蝕和磨粒磨損。低速軟齒面的齒輪允許一定量非擴(kuò)展性的點(diǎn)蝕。而宇航工具的齒輪則不允許磨損或任何表面損傷。這些都影響到安全系數(shù)的取值。
d)由于斷齒破壞比點(diǎn)蝕破壞具有更嚴(yán)重的后果,所以通常設(shè)計(jì)齒輪時(shí),彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)大于接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)。 e)安全系數(shù)的具體數(shù)值,也可由設(shè)計(jì)制造部門與用戶商定。
1.3系數(shù)的分類與計(jì)算順序
本標(biāo)準(zhǔn)所用的影響系數(shù)大體可分為兩類:
a.由幾何關(guān)系或常規(guī)確定的系數(shù)。這些系數(shù)需按所提供的公式計(jì)算。
b.受多種因素影響但被獨(dú)立處理的系數(shù)。這些因素雖然在一定程度上是相關(guān)的,但目前尚難作精確的定量計(jì)算。例如,修正載荷的系數(shù)KA 、Kv、KFβ(KHβ)、KHα、(KFα)以及影響許用應(yīng)力的諸因素。
于影響載荷的諸系數(shù),最理想的方法是通過精密實(shí)測(cè)或?qū)鲃?dòng)系統(tǒng)作全面的力學(xué)分析得到,也可從大量的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來確定。這時(shí),應(yīng)對(duì)所采用方法的精確度和可靠性加以論證,并要明確其前提條件。
當(dāng)由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因,上述方法難以實(shí)現(xiàn)時(shí),可按本標(biāo)準(zhǔn)提供的兩種方法(即一般方法和簡(jiǎn)化方法)來確定Kv、KHβ(KFβ)和KHα、(KFα)。在對(duì)計(jì)算結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí),以一般方法為準(zhǔn)。對(duì)于要求計(jì)算精確度較高的齒輪,各個(gè)系數(shù)應(yīng)優(yōu)先采用一般方法或更為精確的其他方法計(jì)算。各載荷系數(shù)與其相應(yīng)的端面內(nèi)分度圓上切向力有關(guān),因此要按以下順序計(jì)算:
a)用Ft·KA求KV;
b)用Ft·KA·KV求KHβ(KFβ);
c)用Ft·KA·KV、KHβ求KHα、(KFα)。 1.4 單位制 本標(biāo)準(zhǔn)量值的單位均采用國(guó)際單位。 1.5 主要代號(hào)
本標(biāo)準(zhǔn)的主要代號(hào)及其意義和單位見表1。
表l 主要代號(hào)
代 號(hào) |
意 義 |
單 位 |
a
a′ |
中心距,標(biāo)準(zhǔn)齒輪及高度變位齒輪的中心距
角度變位齒輪的中心距 |
mm
mm |
b
bcal |
齒寬
計(jì)算齒寬 |
mm
mm |
C
Ca
Cay
cγ
c′ |
節(jié)點(diǎn):系數(shù)
齒頂修緣量
由跑合產(chǎn)生的齒頂修緣量
輪齒單位齒寬總剛度平均值(嚙合剛度)
一對(duì)輪齒的單位齒寬的最大剛度(單對(duì)齒剛度) |
μm
μm
N/(mm·μm)
N/(mm·μm) |
d
d1,d2
da1,da2
db1,db2
df1,df2 |
直徑
小輪、大輪的分度圓直徑
小輪、大輪的齒頂圓直徑
小輪、大輪的基圓直徑
小輪、大輪的齒根直徑 |
mm
mm
mm
mm
mm |
E
e |
彈性模量(楊氏模量)
輔助量 |
N/mm2 |
Fbn
Fbt
Ft
Fβ
Fβx
Fβy
ff
fpb |
法面內(nèi)基圓周上的名義切向力
端面內(nèi)基圓周上的名義切向力
端面內(nèi)分度圓周上的名義切向力
齒向公差
初始嚙合齒向誤差
跑合后的嚙合齒向誤差
齒形公差
基節(jié)極限偏差 |
N
N
N
μm
μm
μm
μm
μm |
G |
切變模量 |
N/mm2 |
HB
HRC
HV1
HV10
h
hFa
hFe
ha
haP,hfP |
布氏硬度
洛氏硬度
F=9.8N時(shí)的維氏硬度
F=98.1N時(shí)的維氏硬度
齒高
載荷作用于齒頂時(shí)的彎曲力臂
載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)的彎曲力臂
齒頂高
刀具基本齒廓齒頂高和齒根高 |
mm
mm
mm
mm
mm |
KA
KFα
KFβ
KHα
KHβ
KV |
使用系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)
動(dòng)載系數(shù) |
|
L |
長(zhǎng)度 |
mm |
M
m
mn
mred
mt |
彎矩
模數(shù);當(dāng)量品質(zhì)
法向模數(shù)
誘導(dǎo)品質(zhì)
端面模數(shù) |
N·m
mm;kg/mm
mm
kg/mm
mm |
K
NL
n1,n2
nE1 |
臨界轉(zhuǎn)速比;指數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
小輪、大輪的轉(zhuǎn)速
小輪的臨界轉(zhuǎn)速 |
r/min
r/min |
P
Pbn
Pbt |
功率
法向基節(jié)
端面基節(jié) |
kW
mm
mm |
q
qs |
輔助系數(shù)
單位齒寬柔度
齒根圓角參數(shù) |
μm·mm/N |
Ra
Rz
r |
輪廓表面算術(shù)平均偏差
表面微觀不平度10點(diǎn)高度
半徑,分度圓半徑 |
μm
μm
mm |
SF
SF min
SH
SH min
s
sFn |
彎曲強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)
彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)
接觸強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)
接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)
齒厚;尺寸
危險(xiǎn)截面上的齒厚 |
mm
mm |
T1,T2 |
小輪、大輪的名義轉(zhuǎn)矩 |
N·m |
u |
齒數(shù)比u=z2/z1>1 |
|
v
wm
wmax
x1,x2 |
線速度,分度圓圓周速度
單位齒寬平均載荷
單位齒寬最大載荷
小輪、大輪的法向變位系數(shù) |
m/s
N/mm
N/mm
|
YF
YFa
YNT
YR rel T
YS
YSa
YST
YX
Yβ
Yδ rel T
Yε
yα
yβ |
載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)的齒形系數(shù)
載荷作用于齒頂時(shí)齒表系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)
相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)
載荷作用于單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)
載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)
試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)
相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)
齒廓跑合量
齒向跑合量 |
μm
μm |
ZB,ZD
ZE
ZR
ZL
ZNT
ZR
ZV
ZW
ZX
Zβ
Zε
z1,z2
zn |
小輪,大輪單對(duì)齒嚙合系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
潤(rùn)滑劑系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(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)
小輪、大輪的齒數(shù)
斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù) |
|
αFan
αFat
αFen
αFet
αan
αat
αen
αet
αn
αt
αt′ |
齒頂法向載荷作用角
齒頂端面載荷作用角
單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)處法向載荷作用角
單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)處端面載荷作用角
齒頂法向壓力角
齒頂端面壓力角
單對(duì)齒嚙合外界點(diǎn)處的法向壓力角
單對(duì)齒嚙合外界點(diǎn)處的端面壓力角
法向分度圓壓力角
端面分度圓壓力角
端面分度圓嚙合角 |
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad
°,rad |
β
βb
βe |
分度圓螺旋角
基圓螺旋角
單對(duì)齒嚙合區(qū)外界點(diǎn)處螺旋角 |
°,rad
°,rad
°,rad |
γ |
輔助角 |
°,rad |
εα
εβ
εγ |
端面重合度
縱向重合度
總重合度 |
|
Θ1,2 |
小輪、大輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 |
kg·mm2 |
υ |
潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度
泊桑比 |
mm2/s(cSt)
|
ρ
ρfP
ρF |
密度
基本齒條齒根過渡圓角半徑
危險(xiǎn)截面處齒根圓角半徑 |
kg/mm2
mm
mm |
σb
σF
σFo
σFP
σF lim
σH
σHo
σHP
σH lim |
抗拉伸強(qiáng)度
計(jì)算齒根應(yīng)力
計(jì)算齒根應(yīng)力基本值
許用齒根應(yīng)力
試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限
計(jì)算接觸應(yīng)力
計(jì)算接觸應(yīng)力基本負(fù)
許用接觸應(yīng)力
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 |
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2
N/mm2 | |