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齒輪接觸疲勞強度試驗方法(GB/T14229-93)

作者: 發布日期:2018-12-16 15:02:14 點擊:

一、主題內容與適用範圍

    本标准规定了测定渐开线圆柱齿轮接触疲劳强度的试验方法,以确定齿轮接触承载能力所需的基础数据。

本標准適用于鋼、鑄鐵制造的漸開線圓柱齒輪由齒面點蝕損傷而失效的試驗。其它金屬齒輪的接觸疲勞強度試驗可參照使用。

二、引用標准

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量檢驗的一般規定

GB10095漸開線圓柱齒輪精度

ZBJ17003工業齒輪潤滑油選用方法

三、主要代號

本標准中主要代號、意義及單位見表1。

表1

代號

意義

單位

AS

ASW

A1T

A2T

A1TW

A2TW?

a

b

C

C′

d1

Ft

k

KA

K

KV

m

試驗齒輪單個齒面上點蝕面積之和

試驗齒輪單個齒面的工作表面積

試驗齒輪副主動輪全部點蝕面積之和

試驗齒輪副被動輪全部點蝕面積之和

試驗齒輪副主動輪各齒工作表面積之和

試驗齒輪副被動輪各齒工作表面積之和

試驗齒輪箱中心距

工作齒寬

威布爾分布函數的尺度參數

S-N曲線方程常數

修正后的S-N曲線方程常數

試驗齒輪小輪分度圓直徑

端面內分度圓周上的各義切向力

威布爾分布函數的形狀參數

使用系數

接觸強度計算的齒間載荷分布系數

動載系數

齒輪模數

S-N曲線方程指數

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曲線方程指數

應力循環次數

試驗點總數

齒輪接觸疲勞區上臨界點的循環次數

試驗齒輪齿面應力循環次數

齒面應力循環基數

可靠度

單齒點蝕面積率

齒輪副點蝕面積率

微觀不平度10點高度

試驗有越出點時的失效試驗點數

應力

實測試驗齒輪箱輸入轉矩的平均值

實測試驗齒輪箱輸入轉矩的最大值

實測試驗齒輪箱輸出轉矩的平均值

齒數比

彈性系數

節點區域系數

潤滑油系數

粗糙度系數

速度系數

齒面工作硬化系數

接觸強度計算的尺寸系數

接觸強度計算的螺旋角系數

接觸強度計算的重合度系數

GB3480的試驗齒輪接觸疲勞極限

循環次數爲5×107时的R-S-N曲线應力计算值

試驗齒輪齿面接触應力

對數正態分布函數的母體對數標准差

正態分布函數的母體標准差

循環數爲N1时R-S-N曲线應力计算值

對數正態分布函數的母體平均值

正態分布函數的母體平均值

試驗齒輪箱效率

齒距累積誤碼差

齒向誤差

齒形誤差

基節偏差

%

%

μm

N/mm2?

N·m

N·m

N·m

N/mm2

N/mm2

N/mm2

%

μm

μm

μm

μm

 

四、試驗方法

 

   确定齿轮接触疲劳强度应在齿轮試驗機上进行試驗齒輪的负荷运转试验。当齿面出现接触疲劳失效或齿面應力循環次數达到规定的循环基数N。而未失效时(以下简称“越出”),试验终止并获得齿面在试验應力下的一个寿命数据。当試驗齒輪及试验过程均无异常时,通常将该数据称为“试验点”。根据不同的试验目的,选择小列不同的试验点的组合,经试验数据的统计处理,确定試驗齒輪的接触疲劳特性曲线及接触疲劳极限應力。

(1)常規成組法

    常規成組法用于测定試驗齒輪的可靠度-應力-寿命曲线(即R-S-N曲线),求出試驗齒輪的接触疲劳极限應力。

试验时取4~5个應力级,每个應力级不少于5个试验点(不包括越出点)。最高應力有中的各试验点的齿面應力循環次數不少于1×106。最高應力级与次高應力级的應力间隔为总试验應力范围的40%~50%,随着應力的降低,應力间隔逐渐减少。最低應力级至少有一个试验点越出。

(2)少試驗點組合法

    少試驗點組合法通常用于测定S-N曲线或仅测定极限應力。

试验时試驗點總數为7~16个。测定S-N曲线时,應力级为4~10个,每个應力级取1~4个试验点。

测定极限應力时可采用升降法。

采用正交法進行對比試驗時,每個對比因素至少有3個試驗點。

五、試驗條件及試驗齒輪

(1)齿轮接触疲劳强度试验按下述规定的試驗條件和試驗齒輪进行(对比试验的研究对象除外),上此可确定試驗齒輪的接触疲劳极限應力σHlim

1、試驗條件

A、試驗機

试验应使用功率流封闭式结构的齿轮試驗機,試驗機的性能校核见表A(补充件)。試驗機的中心距一般为90~150mm,試驗齒輪线速度为8~16m/s。試驗機的精度应不低于試驗齒輪所要求的精度,試驗機应具有以下基本功能:

a.齒輪斷齒時自動停機;

b.有保證齒輪良好潤滑的循環噴油潤滑系統;

c.有潤滑油油墨度控制裝置,回油溫度控制在60℃以下;

d.有循環次數記錄裝置,其記錄誤差不大于±0.1%。

5.1.1.2潤滑油

按ZB J17 003进行潤滑油的选择的保养。一般情况下試驗機连续运转三个月应进行潤滑油的取样检查。

B、試驗齒輪

试验齒輪模數的选择应保证在试验中不出现弯曲疲劳断齿,通常取m=3~8mm。螺旋角β=0°,齒數比u=1.2~1.5(小齿轮为主动轮),試驗齒輪副材料相同,工作齒寬b>0.05a(中心距,mm),表面粗糙度RZ=2~5μm,精度爲GB10095的4~6級,基本齒廓應符合GB1356的規定。

試驗齒輪的材料、热处理及加工检测见附录B(补充件)。

2、齿轮接触疲劳强度试验也可在試驗條件和試驗齒輪参数与产品齿轮工况和参数一致或相近的条件下进行。

六、接觸疲勞失效判據

一、失效判別方法

齒輪接觸疲勞強度試驗是以齒面點蝕損傷程度作爲接觸疲勞失效的判據。判別方法有以下兩種:

a.單齒點蝕面積率

RS=AS/ASW…………………………(1)

式中:RS——單齒點蝕面積率,%;

AS——試驗齒輪單個齒面上點蝕面積之和,mm2

ASW——試驗齒輪單個齒面的工作表面積,mm2

 

b.齒輪副點蝕面積率

RT=A1T/A1TW+A2T?/A2TW…………………………(2)

式中:RT——齒輪副點蝕面積率,%;

A1T——試驗齒輪副主動輪全部點蝕面積之和,mm2

A2T——試驗齒輪副被動輪全部點蝕面積之和,mm2

A1TW——試驗齒輪副主動輪各齒工作表面積之和,mm2

A2TW——試驗齒輪副被動輪各齒工作表面積之和,mm2.

二、失效判別准則

1、非表面硬化齿轮,点蚀一般总是在所有齿面上出现。当試驗齒輪副的硬度相等或相近时,它们的点蚀损伤极限为:

RT=2%…………………………(3)

当試驗齒輪齒輪副點蝕面積率达到式(3)的点蚀损伤极限时,即判定该齿面失效。

 

2、表面硬化齒輪,包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、火焰或感應淬火的齒輪,點蝕一般在少數齒上出現。它們的點蝕損傷極限爲:

RS=4%………………………………(4)

RT=0.5%…………………………(5)

当試驗齒輪点蚀面积率达到式(4)或式(5)的点蚀损伤极限时,即判定该齿面失效。

3、非表面硬化的試驗齒輪循环基数N0=5×107。表面硬化的試驗齒輪循环基数N0≥5×107。当齿面應力循環次數达到循环基数N0?,而齒面點蝕損傷速度未達到點蝕損傷極限時,試驗停止,判定該試驗點越出。

七、試驗步驟

7.1試驗前准備

7.1.1按5.1条进行试验时,试验前应按附录A(补充件)的规定进行齿轮試驗機的性能校验。

7.1.2清洗試驗齒輪后目测检查,齿面不得有腐蚀,锈蚀或其它形式的损伤。对試驗齒輪、轮齿及齿面进行编号。

7.1.3試驗齒輪安装后应检查齿面接触情况,按5.1条进行试验时,試驗機加载至试验载荷,齿面沿工作齒寬方向接触斑点不小于90%,沿齿高方向接触斑点不小于80%。

7.2預備性試驗

預備性試驗是为了确定试验的應力级,一般可通过测定一条S-N曲线来估计疲劳区的應力范围和极限應力,并根据4.1条的要求确定應力级。

7.3試驗過程的監控

7.3.1试验中应经常检查試驗機的运转情况并控制油温。对静态加载的試驗機应根据卸载情况确定重新加载的时间间隔,并作详细记录。

7.3.2根据試驗齒輪的接触應力大小确定齿面检查时间间隔。试验初期限可用10倍放大镜观察齿面,发现齿面点蚀损伤后应及时根据损伤形貌及扩展趋势缩短检查的时间间隔,以便准确记录达到齿面点蚀损伤极限时的循环次数,若检查齿面时点蚀面积率已超过点蚀损伤极限,则取该段时间隔的一半作为该间隔达到齿面失效时的时间。

7.3.3对点蚀损伤的形貌,在齿面上的位置、该齿面的齿序号及應力循環次數进行跟踪检查,并作描述和记录。必要时进行复膜或照相。

7.3.4在試驗過程中,若沒有出現齒面點蝕面出現了其它損傷,如非正常磨損、膠合等,則應仔細記錄它們的變化情況,並應改善潤滑條件及運轉條件。當出現中等磨損、中等膠合工出現輪齒斷齒時,應判爲非接觸疲勞失效,該數據不能作爲試驗點。

7.4補充試驗點

同一應力级的试验点做完后应时行分布检验[见附录C(补充件)],若分布函数的线性相关系数不能满足最小值的要求时,需補充試驗點。

7.5失效分析

八、試驗齒輪接触應力计算


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