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        業(yè)內資訊

        齒輪接觸疲勞強度試驗方法(GB/T14229-93)

        作者: 發(fā)布日期:2018-12-16 15:02:14 點(diǎn)擊:

        一、主題內容與適用范圍

            本標準規定了測定漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪接觸疲勞強度的試驗方法,以確定齒輪接觸承載能力所需的基礎數據。

        本標準適用于鋼、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。其它金屬齒輪的接觸疲勞強度試驗可參照使用。

        二、引用標準

        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算方法

        GB8539齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗的一般規定

        GB10095漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度

        ZBJ17003工業(yè)齒輪潤滑油選用方法

        三、主要代號

        本標準中主要代號、意義及單位見(jiàn)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(gè)齒面上點(diǎn)蝕面積之和

        試驗齒輪單個(gè)齒面的工作表面積

        試驗齒輪副主動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和

        試驗齒輪副被動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和

        試驗齒輪副主動(dòng)輪各齒工作表面積之和

        試驗齒輪副被動(dòng)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(xiàn)方程常數

        修正后的S-N曲線(xiàn)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(dòng)載系數

        齒輪模數

        S-N曲線(xiàn)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(xiàn)方程指數

        應力循環(huán)次數

        試驗點(diǎn)總數

        齒輪接觸疲勞區上臨界點(diǎn)的循環(huán)次數

        試驗齒輪齒面應力循環(huán)次數

        齒面應力循環(huán)基數

        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

        試驗有越出點(diǎn)時(shí)的失效試驗點(diǎn)數

        應力

        實(shí)測試驗齒輪箱輸入轉矩的平均值

        實(shí)測試驗齒輪箱輸入轉矩的最大值

        實(shí)測試驗齒輪箱輸出轉矩的平均值

        齒數比

        彈性系數

        節點(diǎn)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(huán)次數為5×107時(shí)的R-S-N曲線(xiàn)應力計算值

        試驗齒輪齒面接觸應力

        對數正態(tài)分布函數的母體對數標準差

        正態(tài)分布函數的母體標準差

        循環(huán)數為N1時(shí)R-S-N曲線(xiàn)應力計算值

        對數正態(tài)分布函數的母體平均值

        正態(tài)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

         

           確定齒輪接觸疲勞強度應在齒輪試驗機上進(jìn)行試驗齒輪的負荷運轉試驗。當齒面出現接觸疲勞失效或齒面應力循環(huán)次數達到規定的循環(huán)基數N。而未失效時(shí)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“越出”),試驗終止并獲得齒面在試驗應力下的一個(gè)壽命數據。當試驗齒輪及試驗過(guò)程均無(wú)異常時(shí),通常將該數據稱(chēng)為“試驗點(diǎn)”。根據不同的試驗目的,選擇小列不同的試驗點(diǎn)的組合,經(jīng)試驗數據的統計處理,確定試驗齒輪的接觸疲勞特性曲線(xiàn)及接觸疲勞極限應力。

        (1)常規成組法

            常規成組法用于測定試驗齒輪的可靠度-應力-壽命曲線(xiàn)(即R-S-N曲線(xiàn)),求出試驗齒輪的接觸疲勞極限應力。

        試驗時(shí)取4~5個(gè)應力級,每個(gè)應力級不少于5個(gè)試驗點(diǎn)(不包括越出點(diǎn))。最高應力有中的各試驗點(diǎn)的齒面應力循環(huán)次數不少于1×106。最高應力級與次高應力級的應力間隔為總試驗應力范圍的40%~50%,隨著(zhù)應力的降低,應力間隔逐漸減少。最低應力級至少有一個(gè)試驗點(diǎn)越出。

        (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(xiàn)或僅測定極限應力。

        試驗時(shí)試驗點(diǎn)總數為7~16個(gè)。測定S-N曲線(xiàn)時(shí),應力級為4~10個(gè),每個(gè)應力級取1~4個(gè)試驗點(diǎn)。

        測定極限應力時(shí)可采用升降法。

        采用正交法進(jìn)行對比試驗時(shí),每個(gè)對比因素至少有3個(gè)試驗點(diǎn)。

        五、試驗條件及試驗齒輪

        (1)齒輪接觸疲勞強度試驗按下述規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),上此可確定試驗齒輪的接觸疲勞極限應力σHlim。

        1、試驗條件

        A、試驗機

        試驗應使用功率流封閉式結構的齒輪試驗機,試驗機的性能校核見(jiàn)表A(補充件)。試驗機的中心距一般為90~150mm,試驗齒輪線(xiàn)速度為8~16m/s。試驗機的精度應不低于試驗齒輪所要求的精度,試驗機應具有以下基本功能:

        a.齒輪斷齒時(shí)自動(dòng)停機;

        b.有保證齒輪良好潤滑的循環(huán)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(huán)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進(jìn)行潤滑油的選擇的保養。一般情況下試驗機連續運轉三個(gè)月應進(jìn)行潤滑油的取樣檢查。

        B、試驗齒輪

        試驗齒輪模數的選擇應保證在試驗中不出現彎曲疲勞斷齒,通常取m=3~8mm。螺旋角β=0°,齒數比u=1.2~1.5(小齒輪為主動(dòng)輪),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,精度為GB10095的4~6級,基本齒廓應符合GB1356的規定。

        試驗齒輪的材料、熱處理及加工檢測見(jiàn)附錄B(補充件)。

        2、齒輪接觸疲勞強度試驗也可在試驗條件和試驗齒輪參數與產(chǎn)品齒輪工況和參數一致或相近的條件下進(jìn)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(diǎn)蝕損傷程度作為接觸疲勞失效的判據。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——試驗齒輪單個(gè)齒面上點(diǎn)蝕面積之和,mm2;

        ASW——試驗齒輪單個(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——試驗齒輪副主動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和,mm2;

        A2T——試驗齒輪副被動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和,mm2;

        A1TW——試驗齒輪副主動(dòng)輪各齒工作表面積之和,mm2;

        A2TW——試驗齒輪副被動(dòng)輪各齒工作表面積之和,mm2.

        二、失效判別準則

        1、非表面硬化齒輪,點(diǎn)蝕一般總是在所有齒面上出現。當試驗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)

        當試驗齒輪齒輪副點(diǎn)蝕面積率達到式(3)的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí),即判定該齒面失效。

         

        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(diǎn)蝕一般在少數齒上出現。它們的點(diǎn)蝕損傷極限為:

        RS=4%………………………………(4)

        RT=0.5%…………………………(5)

        當試驗齒輪點(diǎn)蝕面積率達到式(4)或式(5)的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí),即判定該齒面失效。

        3、非表面硬化的試驗齒輪循環(huán)基數N0=5×107。表面硬化的試驗齒輪循環(huán)基數N0≥5×107。當齒面應力循環(huán)次數達到循環(huán)基數N0-,而齒面點(diǎn)蝕損傷速度未達到點(diǎn)蝕損傷極限時(shí),試驗停止,判定該試驗點(diǎn)越出。

        七、試驗步驟

        7.1試驗前準備

        7.1.1按5.1條進(jìn)行試驗時(shí),試驗前應按附錄A(補充件)的規定進(jìn)行齒輪試驗機的性能校驗。

        7.1.2清洗試驗齒輪后目測檢查,齒面不得有腐蝕,銹蝕或其它形式的損傷。對試驗齒輪、輪齒及齒面進(jìn)行編號。

        7.1.3試驗齒輪安裝后應檢查齒面接觸情況,按5.1條進(jìn)行試驗時(shí),試驗機加載至試驗載荷,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預備性試驗

        預備性試驗是為了確定試驗的應力級,一般可通過(guò)測定一條S-N曲線(xiàn)來(lái)估計疲勞區的應力范圍和極限應力,并根據4.1條的要求確定應力級。

        7.3試驗過(guò)程的監控

        7.3.1試驗中應經(jīng)常檢查試驗機的運轉情況并控制油溫。對靜態(tài)加載的試驗機應根據卸載情況確定重新加載的時(shí)間間隔,并作詳細記錄。

        7.3.2根據試驗齒輪的接觸應力大小確定齒面檢查時(shí)間間隔。試驗初期限可用10倍放大鏡觀(guān)察齒面,發(fā)現齒面點(diǎn)蝕損傷后應及時(shí)根據損傷形貌及擴展趨勢縮短檢查的時(shí)間間隔,以便準確記錄達到齒面點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)的循環(huán)次數,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到齒面失效時(shí)的時(shí)間。

        7.3.3對點(diǎn)蝕損傷的形貌,在齒面上的位置、該齒面的齒序號及應力循環(huán)次數進(jìn)行跟蹤檢查,并作描述和記錄。必要時(shí)進(jìn)行復膜或照相。

        7.3.4在試驗過(guò)程中,若沒(méi)有出現齒面點(diǎn)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,并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(shí),應判為非接觸疲勞失效,該數據不能作為試驗點(diǎn)。

        7.4補充試驗點(diǎn)

        同一應力級的試驗點(diǎn)做完后應時(shí)行分布檢驗[見(jiàn)附錄C(補充件)],若分布函數的線(xiàn)性相關(guān)系數不能滿(mǎn)足最小值的要求時(shí),需補充試驗點(diǎn)。

        7.5失效分析

        八、試驗齒輪接觸應力計算


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