1概述
1.1 適用范圍
本標準適用于鋼、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。
本標準包括齒面接觸強度和輪齒彎曲強度兩種校核計算方法。 本標準相對應的齒輪精度標準為JB179-83。對于采用其他精度標準的齒輪,當采用本標準的簡化方法計算有關載荷系數(shù)時,則應折算成相應的精度等級。 本標準是各部門和行業(yè)制訂齒輪承載能力計算方法標準和規(guī)范的基礎。 1.2 可靠性與安全系數(shù)
在設計齒輪時,不同的使用場合,對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.齒輪設計壽命較短,對可靠性要求不高。這類齒輪多為易于更換的不重要齒輪。
b.齒輪的設計壽命較長,但對可靠性要求不高。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)機齒輪的可靠度為90%就可以了。
c.齒輪設計壽命不很長,但對可靠性要求很高。例如直升飛機主傳動齒輪,不僅要求材質(zhì)好,制造精度高,并且要求按設計壽命進行一定數(shù)量的試驗。這種齒輪的可靠度要求大于99%,甚至高達99.99%。
d.要求在很長的使用壽命內(nèi)有較高的可靠性。例如工業(yè)蒸汽輪機和燃氣輪機的傳動齒輪,這種齒輪的線速度高,而且要求長期連續(xù)運轉(zhuǎn)及較長的維修間隔,因此重要程度高。所以,通常要求在1010,應力循環(huán)次數(shù)的設計壽命內(nèi)可靠度應大于98%。又如高速軋鋼機,其可靠度一般為99%至99.5%?紤]到計算結果和實際情況有一定偏差,為保證所要求的可靠性,必須使計算允許的承載能力有必要的安全裕量。顯然,計算方法越精確,與實際情況的偏差越小,所需的安全裕量就可以越小,經(jīng)濟性和可靠性就更加統(tǒng)一。
目前,可靠性理論已開始用于機械設計,并且表明只用安全系數(shù)并不反映可靠性水平,但是將各設計參數(shù)作為隨機變量處理,尚缺乏必要的資料。因此,本標準還是將設計參數(shù)作為確定值處理,仍然用安全系數(shù)或許用應力作為判據(jù),而在選取安全系數(shù)時,應考慮可靠性要求。具體選擇安全系數(shù)時,須注意以下幾點:
a)本標準所推薦的疲勞極限(見3.13 條)是在失效概率為l%時得到的?煽慷纫蟾邥r,安全系數(shù)應取大些;反之,則可取小些。如無可用的資料時,可參考附錄選取。
b)計算時所用的原始數(shù)據(jù)和附加變量(如制造偏差,材料及其熱處理性能,潤滑和載荷情況等)愈接近實際,則安全系數(shù)愈可取得小些;反之則應取大些。
c)不同的使用場合評定齒輪失效的準則是不同的。例如:車輛的低速齒輪一般設計的應力循環(huán)數(shù)小于105,通常允許少量的塑性變形、點蝕和磨粒磨損。低速軟齒面的齒輪允許一定量非擴展性的點蝕。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)由于斷齒破壞比點蝕破壞具有更嚴重的后果,所以通常設計齒輪時,彎曲強度的安全系數(shù)應大于接觸強度的安全系數(shù)。 e)安全系數(shù)的具體數(shù)值,也可由設計制造部門與用戶商定。
1.3系數(shù)的分類與計算順序
本標準所用的影響系數(shù)大體可分為兩類:
a.由幾何關系或常規(guī)確定的系數(shù)。這些系數(shù)需按所提供的公式計算。
b.受多種因素影響但被獨立處理的系數(shù)。這些因素雖然在一定程度上是相關的,但目前尚難作精確的定量計算。例如,修正載荷的系數(shù)KA 、Kv、KFβ(KHβ)、KHα、(KFα)以及影響許用應力的諸因素。
于影響載荷的諸系數(shù),最理想的方法是通過精密實測或?qū)鲃酉到y(tǒng)作全面的力學分析得到,也可從大量的現(xiàn)場經(jīng)驗來確定。這時,應對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。
當由于技術或經(jīng)濟上的原因,上述方法難以實現(xiàn)時,可按本標準提供的兩種方法(即一般方法和簡化方法)來確定Kv、KHβ(KFβ)和KHα、(KFα)。在對計算結果有爭議時,以一般方法為準。對于要求計算精確度較高的齒輪,各個系數(shù)應優(yōu)先采用一般方法或更為精確的其他方法計算。各載荷系數(shù)與其相應的端面內(nèi)分度圓上切向力有關,因此要按以下順序計算:
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 本標準量值的單位均采用國際單位。 1.5 主要代號
本標準的主要代號及其意義和單位見表1。
表l 主要代號
代 號 |
意 義 |
單 位 |
a
a′ |
中心距,標準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
計算齒寬 |
mm
mm |
C
Ca
Cay
cγ
c′ |
節(jié)點: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)
一對輪齒的單位齒寬的最大剛度(單對齒剛度) |
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時的維氏硬度
F=98.1N時的維氏硬度
齒高
載荷作用于齒頂時的彎曲力臂
載荷作用于單對齒嚙合區(qū)外界點時的彎曲力臂
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)
彎曲強度計算的齒間載荷分配系數(shù)
彎曲強度計算的齒間載荷分配系數(shù)
接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)
接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)
動載系數(shù) |
|
L |
長度 |
mm |
M
m
mn
mred
mt |
彎矩
模數(shù);當量品質(zhì)
法向模數(shù)
誘導品質(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 |
輪廓表面算術平均偏差
表面微觀不平度10點高度
半徑,分度圓半徑 |
μm
μm
mm |
SF
SF min
SH
SH min
s
sFn |
彎曲強度的計算安全系數(shù)
彎曲強度的最小安全系數(shù)
接觸強度的計算安全系數(shù)
接觸強度的最小安全系數(shù)
齒厚;尺寸
危險截面上的齒厚 |
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 |
載荷作用于單對齒嚙合區(qū)外界點時的齒形系數(shù)
載荷作用于齒頂時齒表系數(shù)
彎曲強度計算的壽命系數(shù)
相對齒根表面狀況系數(shù)
載荷作用于單對齒嚙合區(qū)外界點時的應力修正系數(shù)
載荷作用于齒頂時的應力修正系數(shù)
試驗齒輪的應力修正系數(shù)
彎曲強度計算的尺寸系數(shù)
彎曲強度計算的螺旋角系數(shù)
相對齒根圓角敏感系數(shù)
彎曲強度計算的重合度系數(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,大輪單對齒嚙合系數(shù)
彈性系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
潤滑劑系數(shù)
接觸強度計算的壽命系數(shù)
粗糙度系數(shù)
速度系數(shù)
齒面工作硬化系數(shù)
接觸強度計算的尺寸系數(shù)
接觸強度計算的螺旋角系數(shù)
接觸強度計算的重合度系數(shù)
小輪、大輪的齒數(shù)
斜齒輪的當量齒數(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
單對齒嚙合區(qū)外界點處法向載荷作用角
單對齒嚙合區(qū)外界點處端面載荷作用角
齒頂法向壓力角
齒頂端面壓力角
單對齒嚙合外界點處的法向壓力角
單對齒嚙合外界點處的端面壓力角
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
單對齒嚙合區(qū)外界點處螺旋角 |
°,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)動慣量 |
kg·mm2 |
υ |
潤滑油運動粘度
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 |
抗拉伸強度
計算齒根應力
計算齒根應力基本值
許用齒根應力
試驗齒輪的彎曲疲勞極限
計算接觸應力
計算接觸應力基本負
許用接觸應力
試驗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 | |