齒輪接(jie)觸疲(pi)勞(lao)強度試(shi)驗方法（GB/T14229-93）

一(yi)、主題内容(rong)與适(shi)用(yong)範(fan)圍

    本(ben)标(biao)準規定(ding)了測定(ding)漸(jian)開線(xian)圓柱齒(chi)輪接觸(chu)疲勞強(qiang)度(du)的試驗方(fang)法(fa)，以确定(ding)齒輪接觸(chu)承載能力(li)所需(xu)的基(ji)礎數據(ju)。

本(ben)标準(zhun)适用于鋼(gang)、鑄鐵制造的漸(jian)開線(xian)圓柱(zhu)齒輪(lun)由齒面點蝕損(sun)傷而(er)失效的試(shi)驗。其(qi)它(ta)金屬齒(chi)輪的接(jie)觸(chu)疲勞(lao)強度試驗(yan)可參(can)照使(shi)用(yong)。

二(er)、引用标(biao)準(zhun)

GB1356 漸開(kai)線(xian)圓柱齒(chi)輪基本(ben)齒廓

GB3480 漸開(kai)線圓柱(zhu)齒輪承載(zai)能力(li)計算(suan)方法

GB8539 齒輪材料(liao)及熱(re)處理(li)質量檢驗(yan)的一(yi)般規(gui)定

GB10095 漸(jian)開(kai)線圓柱(zhu)齒輪精度(du)

ZBJ17003 工業(ye)齒(chi)輪潤滑(hua)油選用方(fang)法

三(san)、主要代号(hao)

本(ben)标(biao)準中(zhong)主要(yao)代(dai)号、意義(yi)及單位見(jian)表1。

表(biao)1

代号(hao)	意義(yi)	單位
AS ASW A1T A2T A1TW A2TW ­ a b C C′ d1 Ft k KA KHα KV m	試(shi)驗(yan)齒輪(lun)單個(ge)齒(chi)面上點(dian)蝕面積之(zhi)和 試(shi)驗齒(chi)輪(lun)單(dan)個齒(chi)面的工作(zuo)表面(mian)積 試(shi)驗齒輪副(fu)主動輪全部點(dian)蝕面(mian)積之(zhi)和 試(shi)驗齒輪(lun)副(fu)被動(dong)輪全(quan)部(bu)點(dian)蝕面(mian)積之和(he) 試(shi)驗齒輪副主動輪各(ge)齒工作表(biao)面積(ji)之和(he) 試(shi)驗齒輪(lun)副被動輪(lun)各齒工作(zuo)表(biao)面積之(zhi)和 試驗(yan)齒(chi)輪箱(xiang)中心(xin)距 工作齒(chi)寬 威布爾分布函數(shu)的尺度參(can)數 S-N 曲(qu)線方(fang)程常(chang)數 修(xiu)正(zheng)後的S-N曲(qu)線方程(cheng)常數 試驗齒輪小輪分(fen)度圓直(zhi)徑 端面(mian)内分度圓周上(shang)的各(ge)義切(qie)向力(li) 威布(bu)爾(er)分(fen)布函(han)數的形狀參數(shu) 使用(yong)系數(shu) 接觸(chu)強度計算的齒(chi)間載(zai)荷分布系(xi)數 動載系(xi)數 齒(chi)輪模(mo)數(shu) S-N 曲(qu)線方(fang)程指數(shu)	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(xiu)正後(hou)的S-N曲(qu)線方程指(zhi)數 應力循(xun)環次(ci)數 試驗(yan)點總數(shu) 齒輪接觸疲勞(lao)區上(shang)臨(lin)界點的(de)循環(huan)次數(shu) 試驗齒輪(lun)齒面應力(li)循環次(ci)數(shu) 齒面(mian)應力(li)循環(huan)基數(shu) 可靠度(du) 單齒點(dian)蝕面(mian)積率(lü) 齒輪(lun)副點蝕面(mian)積率(lü) 微觀(guan)不(bu)平度10點(dian)高度 試驗有越(yue)出點(dian)時的失效(xiao)試驗點數 應力(li) 實測(ce)試(shi)驗齒輪(lun)箱輸入轉(zhuan)矩的(de)平均(jun)值(zhi) 實測試(shi)驗齒輪箱輸入(ru)轉矩(ju)的最(zui)大值(zhi) 實測(ce)試驗齒輪箱輸(shu)出(chu)轉矩的(de)平均值 齒(chi)數比 彈性(xing)系數 節點(dian)區域系(xi)數(shu) 潤滑(hua)油系(xi)數(shu) 粗(cu)糙度(du)系數 速(su)度系數(shu) 齒面(mian)工作硬化(hua)系數 接(jie)觸強度(du)計算(suan)的尺寸系(xi)數 接(jie)觸強度計(ji)算的螺(luo)旋(xuan)角系(xi)數 接(jie)觸強度計算的(de)重合度系(xi)數 GB3480 的(de)試(shi)驗(yan)齒輪接觸(chu)疲(pi)勞(lao)極限(xian) 循環次數(shu)爲5×107 時(shi)的R-S-N曲(qu)線應力計(ji)算值 試驗齒輪(lun)齒面(mian)接(jie)觸(chu)應力(li) 對數正(zheng)态(tai)分布函數的母體對(dui)數标準(zhun)差 正态(tai)分布(bu)函數(shu)的母(mu)體标(biao)準差 循環(huan)數爲(wei)N1 時(shi)R-S-N曲線應(ying)力計(ji)算值 對數(shu)正态分布函數(shu)的母體平(ping)均值(zhi) 正态(tai)分布函數(shu)的母體平(ping)均值(zhi) 試驗齒輪(lun)箱效(xiao)率 齒距累(lei)積誤(wu)碼差(cha) 齒向誤差(cha) 齒形誤(wu)差 基節(jie)偏差(cha)	% % μm N/mm2 ­ N·m N·m N·m N/mm2 N/mm2 N/mm2 % μm μm μm μm

 

四、試驗方(fang)法

 

   确(que)定齒輪接(jie)觸疲(pi)勞強度應(ying)在齒輪(lun)試(shi)驗機(ji)上進行(hang)試(shi)驗齒(chi)輪的負荷運轉試驗(yan)。當(dang)齒面出(chu)現接觸(chu)疲勞失效或齒面應力(li)循環(huan)次(ci)數(shu)達到規定(ding)的循環基(ji)數N。而(er)未失(shi)效時(shi)（以下(xia)簡稱“越出(chu)”），試驗終止(zhi)并獲得齒(chi)面(mian)在試驗(yan)應力(li)下(xia)的(de)一個(ge)壽命(ming)數(shu)據(ju)。當試(shi)驗齒輪(lun)及(ji)試驗(yan)過程(cheng)均無異常(chang)時，通(tong)常将(jiang)該數據稱爲“試驗點(dian)”。根據(ju)不(bu)同的試驗目(mu)的，選擇小(xiao)列不(bu)同(tong)的試驗點的(de)組合，經試(shi)驗數(shu)據的(de)統計(ji)處理，确(que)定(ding)試驗(yan)齒輪的接觸疲(pi)勞特(te)性曲線及(ji)接觸疲勞(lao)極限(xian)應力(li)。

（1） 常規(gui)成組(zu)法(fa)

    常(chang)規成(cheng)組法(fa)用于(yu)測定(ding)試驗齒輪(lun)的可(ke)靠(kao)度(du)-應力(li)-壽命曲線(xian)（即R-S-N曲(qu)線），求出試(shi)驗齒(chi)輪的接(jie)觸(chu)疲勞(lao)極限應力。

試驗(yan)時(shi)取4～5個應(ying)力級，每個(ge)應力(li)級不少于(yu)5個試(shi)驗點(dian)（不包括越(yue)出點(dian)）。最(zui)高(gao)應力有中(zhong)的各(ge)試驗(yan)點的(de)齒面(mian)應力循環次數不少(shao)于1×10⁶ 。最高應(ying)力級(ji)與次(ci)高應力級(ji)的應力間(jian)隔爲總試(shi)驗(yan)應力範(fan)圍的(de)40%～50%，随(sui)着(zhe)應力的降(jiang)低，應(ying)力間(jian)隔逐漸減(jian)少。最(zui)低應(ying)力級至少(shao)有一個試驗點越出(chu)。

（2） 少試(shi)驗點(dian)組合(he)法

    少(shao)試驗點組(zu)合法(fa)通常(chang)用于(yu)測定S-N曲(qu)線或僅(jin)測定極限應力。

試驗(yan)時試(shi)驗點總(zong)數爲7～16個(ge)。測定(ding)S-N曲(qu)線(xian)時，應(ying)力級(ji)爲4～10個，每個(ge)應力(li)級(ji)取(qu)1～4個試(shi)驗點。

測定極限(xian)應力(li)時可(ke)采用升(sheng)降(jiang)法。

采(cai)用(yong)正交法(fa)進行對(dui)比試驗(yan)時，每個(ge)對(dui)比因(yin)素至(zhi)少(shao)有(you)3個試(shi)驗點(dian)。

五、試(shi)驗條件(jian)及(ji)試驗(yan)齒輪(lun)

（1） 齒輪(lun)接觸疲勞(lao)強度(du)試驗按(an)下述規(gui)定的試驗條件和試(shi)驗(yan)齒(chi)輪進(jin)行（對比試(shi)驗的研究(jiu)對象除外(wai)），上此(ci)可确定試(shi)驗齒(chi)輪的接觸(chu)疲勞極(ji)限(xian)應力(li)σ_Hlim。

1、 試(shi)驗條件(jian)

A、 試(shi)驗機

試(shi)驗應使用(yong)功率流封閉式結構(gou)的(de)齒輪試(shi)驗機，試驗(yan)機的性能(neng)校核見表(biao)A（補充件）。試驗機(ji)的中(zhong)心距一般(ban)爲90～150mm，試(shi)驗齒輪線速度爲(wei)8～16m/s。試驗機(ji)的精度(du)應(ying)不低(di)于試驗(yan)齒輪所(suo)要求(qiu)的精(jing)度，試驗機應具有以(yi)下基本功(gong)能：

a. 齒(chi)輪(lun)斷(duan)齒時(shi)自動(dong)停機；

b. 有保(bao)證齒輪良(liang)好潤滑的(de)循環(huan)噴油(you)潤(run)滑(hua)系統(tong)；

c. 有潤(run)滑油油墨(mo)度控制裝(zhuang)置，回油(you)溫(wen)度控(kong)制在(zai)60℃以下；

d. 有循環(huan)次(ci)數記(ji)錄裝(zhuang)置，其(qi)記錄(lu)誤差不(bu)大于±0.1%。

5.1.1 .2 潤滑油

按ZB J17 003進(jin)行潤滑油(you)的選擇的保養(yang)。一般情況下試(shi)驗機(ji)連續(xu)運轉(zhuan)三個月應進行(hang)潤滑油(you)的(de)取樣(yang)檢查。

B、 試驗(yan)齒輪

試驗(yan)齒輪模數(shu)的選(xuan)擇應(ying)保證在試(shi)驗中不出現彎(wan)曲疲(pi)勞斷(duan)齒，通(tong)常取m=3～8mm。螺旋(xuan)角β=0°,齒(chi)數比(bi)u=1.2～1.5(小齒(chi)輪爲(wei)主動輪)，試(shi)驗齒(chi)輪副材料相同(tong)，工作(zuo)齒(chi)寬(kuan)b＞0.05a（中心(xin)距，mm），表面粗糙度(du)R_Z =2～5μm，精度(du)爲GB10095的(de)4～6級，基(ji)本齒廓(kuo)應(ying)符合(he)GB1356的規(gui)定。

試(shi)驗齒(chi)輪的(de)材料(liao)、熱處理及(ji)加工(gong)檢測(ce)見附錄B（補(bu)充件）。

2、 齒輪(lun)接觸(chu)疲勞強度(du)試驗(yan)也(ye)可在試驗條(tiao)件和(he)試驗(yan)齒輪參數與産品齒(chi)輪(lun)工(gong)況和(he)參數一緻(zhi)或相(xiang)近的(de)條(tiao)件(jian)下進(jin)行。

六(liu)、接觸(chu)疲勞失(shi)效判據(ju)

一、失效判(pan)别方(fang)法

齒(chi)輪接(jie)觸疲(pi)勞強(qiang)度試(shi)驗是(shi)以齒(chi)面點蝕損(sun)傷程度作(zuo)爲接(jie)觸疲(pi)勞失效的判據。判别(bie)方(fang)法(fa)有以(yi)下兩種：

a. 單(dan)齒點(dian)蝕面(mian)積率(lü)

R_S =A_S /A_SW ………………………… （1）

式中(zhong)：R_S ——單齒(chi)點蝕(shi)面積(ji)率，%；

A_S —— 試驗齒(chi)輪單(dan)個齒面上(shang)點蝕面積(ji)之和(he)，mm²；

A_SW —— 試驗齒輪(lun)單個齒(chi)面的工作表(biao)面(mian)積，mm²。

 

b. 齒輪(lun)副點(dian)蝕面(mian)積率

R_T =A_1T /A_1TW +A_2T ­/A_2TW ………………………… （2）

式(shi)中：R_T ——齒輪(lun)副點(dian)蝕面積率(lü)，%；

A_1T —— 試驗(yan)齒輪副主動輪(lun)全部(bu)點蝕面積(ji)之和(he)，mm²；

A_2T —— 試驗(yan)齒輪(lun)副被動輪全部點蝕面積之和(he)，mm²；

A_1TW —— 試(shi)驗(yan)齒輪(lun)副主(zhu)動輪各齒(chi)工作表面積之(zhi)和，mm²；

A_2TW —— 試驗齒(chi)輪副被動輪各齒工(gong)作表面積(ji)之和，mm².

二、失效判别準則

1、 非表面(mian)硬化(hua)齒輪(lun)，點蝕一般(ban)總是在所有齒面上(shang)出現。當試(shi)驗齒輪副的硬度相(xiang)等(deng)或(huo)相近(jin)時，它(ta)們的(de)點蝕(shi)損傷(shang)極(ji)限爲：

R_T =2%………………………… （3）

當(dang)試驗齒輪(lun)齒(chi)輪副點(dian)蝕面積率(lü)達到式（3）的(de)點蝕損傷(shang)極限時，即(ji)判定該齒面(mian)失效。

 

2、 表(biao)面硬(ying)化齒輪，包(bao)括滲(shen)碳、滲(shen)氮、碳氮共滲、火(huo)焰或(huo)感應(ying)淬火的齒(chi)輪，點(dian)蝕一般在(zai)少數(shu)齒上出現(xian)。它們(men)的點蝕損傷極(ji)限爲：

R_S =4%……………………………… （4）

或

R_T =0.5%………………………… （5）

當(dang)試驗(yan)齒(chi)輪(lun)點蝕面積(ji)率達(da)到式(shi)（4）或式（5）的點(dian)蝕損傷極限時，即判(pan)定該齒(chi)面(mian)失效。

3、 非表面硬(ying)化的試(shi)驗(yan)齒輪(lun)循環基數(shu)N₀=5×10⁷。表面(mian)硬化的試驗齒(chi)輪循(xun)環基數N₀≥5×10⁷。當(dang)齒面(mian)應(ying)力循環(huan)次數(shu)達到(dao)循環(huan)基數N₀­，而(er)齒(chi)面點(dian)蝕損(sun)傷速度未(wei)達到點蝕損傷(shang)極限(xian)時(shi)，試驗停(ting)止，判定該(gai)試驗(yan)點越出。

七(qi)、試驗(yan)步驟(zhou)

7.1 試驗前(qian)準(zhun)備

7.1.1 按5.1條進行試驗時，試驗前應(ying)按附錄A（補(bu)充件）的規(gui)定進行齒(chi)輪試(shi)驗機(ji)的性能校(xiao)驗。

7.1.2 清(qing)洗試驗齒(chi)輪後目測(ce)檢查(cha)，齒面(mian)不得(de)有(you)腐(fu)蝕，鏽(xiu)蝕或其它形式(shi)的損傷。對試驗(yan)齒輪、輪(lun)齒(chi)及齒(chi)面進行編号。

7.1.3 試(shi)驗齒(chi)輪安(an)裝後(hou)應檢查齒(chi)面接觸情況，按(an)5.1條進(jin)行(hang)試(shi)驗時，試驗(yan)機加(jia)載至(zhi)試驗載荷(he)，齒面(mian)沿工(gong)作齒寬方(fang)向接(jie)觸(chu)斑(ban)點不(bu)小于(yu)90%，沿(yan)齒(chi)高方(fang)向接觸斑(ban)點不(bu)小于(yu)80%。

7.2 預備(bei)性試驗

預(yu)備性(xing)試驗(yan)是爲(wei)了确(que)定試驗的(de)應力(li)級(ji)，一般可(ke)通過測定(ding)一條S-N曲線來估計疲(pi)勞區的(de)應力範圍和極限應力(li)，并根(gen)據4.1條(tiao)的要求确(que)定(ding)應(ying)力級(ji)。

7.3 試驗過程(cheng)的監(jian)控

7.3.1 試(shi)驗中應經常檢查試驗機的運(yun)轉情況(kuang)并(bing)控制(zhi)油溫。對靜态加(jia)載的(de)試(shi)驗機應(ying)根據(ju)卸載(zai)情況(kuang)确定(ding)重(zhong)新(xin)加載的時(shi)間(jian)間隔，并(bing)作詳(xiang)細記錄。

7.3.2 根據(ju)試驗齒(chi)輪的(de)接觸應力(li)大小(xiao)确定(ding)齒面(mian)檢查(cha)時(shi)間(jian)間隔(ge)。試驗初期(qi)限可(ke)用10倍放大(da)鏡觀(guan)察齒面(mian)，發(fa)現齒(chi)面點蝕(shi)損(sun)傷後(hou)應及(ji)時根據損(sun)傷形貌及擴展(zhan)趨勢(shi)縮短(duan)檢查(cha)的時(shi)間間隔，以便準确(que)記錄達(da)到齒(chi)面點(dian)蝕損傷極限(xian)時(shi)的循(xun)環次(ci)數(shu)，若檢查(cha)齒面時點(dian)蝕面(mian)積率(lü)已(yi)超(chao)過點(dian)蝕損(sun)傷極(ji)限，則(ze)取該(gai)段時(shi)間隔(ge)的一(yi)半(ban)作爲該(gai)間隔達(da)到(dao)齒面(mian)失效(xiao)時的時間(jian)。

7.3.3 對點(dian)蝕損(sun)傷的(de)形貌，在齒(chi)面上的位(wei)置、該(gai)齒面(mian)的齒(chi)序号(hao)及應力循環次(ci)數進(jin)行(hang)跟蹤檢(jian)查，并(bing)作描(miao)述和(he)記錄(lu)。必要(yao)時進(jin)行複(fu)膜或照相(xiang)。

7.3.4 在試驗過(guo)程中(zhong)，若(ruo)沒(mei)有出(chu)現齒面點蝕面(mian)出現了(le)其它損(sun)傷，如(ru)非(fei)正常磨(mo)損、膠合(he)等(deng)，則應(ying)仔細記錄它們(men)的變(bian)化情況，并(bing)應改善潤(run)滑條(tiao)件及運轉(zhuan)條件。當出(chu)現中等磨(mo)損、中等膠(jiao)合工出現(xian)輪(lun)齒斷齒(chi)時，應判爲(wei)非接觸疲勞失效，該(gai)數據不能(neng)作爲試驗(yan)點(dian)。

7.4 補(bu)充試驗(yan)點(dian)

同一(yi)應力級的(de)試驗點(dian)做完後應時(shi)行分(fen)布檢(jian)驗[見附錄(lu)C（補充件）]，若分布函數(shu)的線(xian)性相(xiang)關系數不(bu)能滿(man)足最(zui)小值的要(yao)求時，需補(bu)充(chong)試驗點(dian)。

7.5 失效(xiao)分析

八(ba)、試驗齒(chi)輪接觸應力計(ji)算