8 輪齒疲勞強度及其修正系數(shù)

8.1試驗齒輪的疲勞極限σ_Hlim, σ_Flim

8.1.1 概述

σ_Hlim和σ_Flim是指某種材料的齒輪經(jīng)長期持續(xù)的重復(fù)載荷作用后輪齒保持不失效時的極限應(yīng)力。其主要影響因素有：材料成分，力學(xué)性能，熱處理及硬化層深度、硬度梯度，結(jié)構(gòu)（鍛、軋、鑄），殘余應(yīng)力，材料的純度和缺陷等。

σ_Hlim和σ_Flim可由齒輪的負荷運轉(zhuǎn)試驗或使用經(jīng)驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出。此時需闡明線速度、潤滑油粘度、表面粗糙度、材料組織等變化對許用應(yīng)力的影響所引起的誤差。

無資料時，可參考圖22～圖26根據(jù)材料和齒面硬度查取σ_Hlim和σ_Flim值。

圖中的σ_Hlim和σ_Flim值試驗齒輪的失效概率為1%時的輪齒接觸疲勞和彎曲疲勞極限。對于其他失效概率和疲勞極限值，可用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法得到。

圖中硬化齒輪的疲勞極限值對滲碳齒輪適用于有效硬化層深度（加工后的）δ≥0.15m_n,對于氮化齒輪，其有效硬化層深度δ=0.4～0.6mm。

在σ_Hlim和σ_Flim的圖中，給出了代表材料質(zhì)量等級的三條線，其對應(yīng)的材料處理要求見GB8539。

ML——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到最低要求時的疲勞極限取值線。

MQ——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到中等要求時的疲勞極限取值線。此中等要求是有經(jīng)驗的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產(chǎn)成本能達到的。

ME——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到很高要求時的疲勞極限取值線。這種要求只有在具備水平的制造過程可控能力時才能達到。

MX——表示對淬透性及金相組織有特殊考慮的調(diào)質(zhì)合金鋼的取值線。

在選取材料疲勞極限時，除了考慮上述等級對材料質(zhì)量熱處理質(zhì)量的要求是否有把握達到外，還應(yīng)注意所用材料的性能、質(zhì)量的穩(wěn)定性以及齒輪精度以外的制造質(zhì)量同圖列數(shù)值來源的試驗齒輪的異同程度。這在選取σ_Flim時尤為重要。要留心一些常不引人注意的影響彎曲強度的因素，如實際加工刀具圓角的控制，齒根過渡圓角表面質(zhì)量及因脫碳造成的硬度下降等。有可能出現(xiàn)齒根磨削臺階而計算中又未計Y_sg時，在選取σ_Flim時也應(yīng)予以考慮。

8.1.2 試驗齒輪的接觸疲勞極限σ_{H lim}

σ_{H lim}是指某種材料的齒輪以長期持續(xù)的重復(fù)載荷作用（對大多數(shù)材料其應(yīng)力循環(huán)數(shù)為5×10⁷）后，齒面不出現(xiàn)進展性點蝕時的極限應(yīng)力。

圖22a,23a,24a,25a,26a中提供的σ_{H lim}值是試驗齒輪在標準的運轉(zhuǎn)條件下得到的。具體的條件如下：

中心距    a=100mm

螺旋角    β=0（Z_β=1）

模數(shù)     m=3～5mm

齒面的微觀不平度10點高度    R_z=3μm(Z_R=1)

圓周線速度    υ=10m/s(Z_v=1)

潤滑劑粘度    v₅₀=100mm²/s(Z_L=1)

相嚙合齒輪的材料相同（Z_W=1）

齒輪精度等級  4～6級（GB10095-88）

載荷系數(shù)    K_A=K_V=K_Hβ=K_Ha=1

試驗齒輪的失效判據(jù)如下：

對于非硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的2%，或?qū)�單齒占4%；

對于硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的0.5%，或者對單齒占4%。

8.1.3 試驗齒輪的彎曲疲勞極限σ_Flim

σ_Flim是指某種材料的齒輪經(jīng)長期的重復(fù)載荷作用（對大多數(shù)材料其應(yīng)力循環(huán)數(shù)為3×10⁶）后，齒根保持不破壞時的極限應(yīng)力。

圖22b,23b,24b,25b,26b中提供的σ_Flim值是試驗齒輪在標準的運轉(zhuǎn)條件下得到的。具體的條件如下：

螺旋角  β=0（Y_β=1）

模數(shù)     m=3～5mm（Y_X=1）

應(yīng)力修正系數(shù)  Y_ST=2

齒根圓角參數(shù)  q_s=2.5（Y_{δrel T}=1）

齒根圓角表面的微觀不平度10點高度    R_z=10μm(Y_{δrel T} =1)

齒輪精度等級  4～7級（GB10095-88）

基本齒廓按GB1356-87

齒寬 b=10～50mm

載荷系數(shù)    K_A=K_V=K_Fβ=K_Fa=1