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1主題內(nèi)容與適用范圍

本標準規(guī)定了測定漸開線直齒圓柱齒輪輪齒彎曲疲勞強度的試驗方法，以確定齒輪彎曲承載能力所需的基礎數(shù)據(jù)。

本標準適用于鋼、鑄鐵制造的漸開線直齒圓柱齒輪在載荷作用造成輪齒彎曲疲勞失效的試驗，其它金屬齒輪的彎曲疲勞強度試驗可參照使用。

2引用標準

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(zhì)量檢驗的一般規(guī)定

GB10095漸開線圓柱齒輪精度

ZB J17 003工業(yè)齒輪潤滑油選用方法

3主要代號

本標準中主要代號、意義及單位見表1。

表1

代號	意義	單位
b   C C′ dE E Fmax Fmin Ft hFE hFe k KA KFa KV m   m′ N0 NL n   R RE Rz r rF γE γe S T1­ T2 T1max x YF YFE YRrelT YS­ YSE YST YX­ YδrelT Yβ Z αE αe αF αFE β η μlnN μN σb σF σF′ σFlim σlnN σN	齒寬 威布爾分布函安息的尺度參數(shù) S-N曲線方程常數(shù) 修正后的S-N曲線方程常數(shù) 脈動試驗載荷作用點的直徑 脈動試驗載荷作用點 脈動試驗載荷最大值 脈動試驗載荷最小值 端面內(nèi)分度圓周上的名義切向力 載荷作用于E點彎曲力臂 載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點時的彎曲力臂 威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù) 使用系數(shù) 彎曲疲勞計算的齒間載荷分配系數(shù) 彎曲疲勞計算的齒向載荷分配系數(shù) 動載系數(shù) 齒輪模數(shù) S-N曲線方程指數(shù) 修正后的S-N曲線方程指數(shù) 齒根應力循環(huán)基數(shù) 齒根應力循環(huán)次數(shù) 試驗點總數(shù) B法試驗夾具跨齒數(shù) 可靠度 載荷力作用點E的向徑 微觀不平度十點高度 試驗有越出點時的失效試驗點數(shù) 循環(huán)特性系數(shù) 載荷作用點E處的齒厚半角 上界點處的齒厚半角 應力 實測試驗齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩平均值 實測試驗齒輪箱輸出轉(zhuǎn)矩平均值 實測試驗齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩最大值 徑向變位系數(shù) 載荷作用于單對齒嚙合區(qū)上界點時的齒形系數(shù) 載荷作用于E點時齒形系數(shù) 相對齒根表面狀況系數(shù) 載荷作用于單對齒嚙合上界點時的應力修正系數(shù) 載荷作用于E點時的應力修正系數(shù) 齒輪的應力修正系數(shù) 計算彎曲強度的尺寸系數(shù) 相對齒根圓角敏感系數(shù) 計算彎曲強度的螺旋角系數(shù) 齒數(shù) 載荷作用E點外的壓力角 上界點處的壓力角 單對齒嚙合區(qū)上界點處的載荷作用點 載荷作用點E外的載荷作用角 螺旋角 試驗齒輪箱效率 對數(shù)正態(tài)公布函數(shù)母體對數(shù)平均值 抗拉強度 試驗齒輪齒根應力 循環(huán)特性系數(shù)r≠0時的齒根應力 GB3480的試驗齒輪彎曲疲勞極限 對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)母體對數(shù)標準差 正態(tài)分布函數(shù)母體標準差	mm       mm   N N N mm mm           mm             mm μm     （°）、rad （°）、rad N/mm2 N·m N·m N·m                       （°）、rad （°）、rad （°）、rad （°）、rad （°）、rad %     N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2

4試驗方法

確定齒輪彎曲疲勞強度應采用齒輪臺架運轉(zhuǎn)試驗（簡稱“A試驗法”），也可采用齒輪輪齒脈動加載試驗（簡稱“B試驗法”）。當A試驗法與B試驗法結(jié)果不同時，以A試驗法結(jié)果為準。

4.1A試驗法

將試驗齒輪副安裝在齒輪試驗機上進行負荷運轉(zhuǎn)試驗，直至輪齒出現(xiàn)彎曲疲勞失效或齒根應力循環(huán)次數(shù)達到規(guī)定的循環(huán)基數(shù)N。而未失效時（以下科稱“越出”），試驗終止并獲得輪齒在試驗應力下的一個壽命數(shù)據(jù)，當試驗齒輪及試驗過程均無異常時，通常將該數(shù)據(jù)稱為“試驗點”。

4.2 B試驗法

在脈動疲勞試驗機上利用專門的夾具，對試驗齒輪的輪齒進行脈動加載，直至輪齒出現(xiàn)彎曲疲勞失效或越出，試驗終止并獲得輪齒在試驗應力下的一個壽命數(shù)據(jù)。試驗中，脈搏動載荷僅施加在試驗輪齒上，試驗齒輪不作嚙合運轉(zhuǎn)。所選取的試驗輪齒，與加過載荷的輪齒（包括支承齒）至少應間隔一個輪齒。每個試驗齒輪可得若干試驗點。

4.3試驗點的組合

根據(jù)不同的試驗目的，按下列不同的試驗點組合測定試驗齒輪彎曲疲勞特性曲線及彎曲疲勞極限應力。

4.3.1常規(guī)成組法

常規(guī)成組法用于測定試驗齒驗的可靠度-應力-壽命曲線（即R-S-N曲線），求出試驗齒輪的彎曲疲勞極限應力。

試驗時取4～5個應力級，每個應力級不少于5個試驗點（不包括越出點）。最高應力級中的各試驗點的彎曲應力循環(huán)次數(shù)不少于0.5×10⁵，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%，隨著應力的降低，應力間隔逐漸減小。最低應力級中至少有一個試驗點越出。

4.3.2少試驗點組合法

少試驗點組合法通常用于測定S-N曲線或僅測定極限應力，試驗時試驗點總數(shù)為7～16個。測定S-N曲線時，應力級為4～10個，每個應力級取1～4個試驗點。

測定極限應力時，可采用升降法。

采用正交法做對比試驗時，每個對比因素應至少有3個試驗點。

5試驗條件及試驗齒輪

5.1齒輪彎曲疲勞強度試驗應按下述規(guī)定的試驗條件和試驗齒輪進行（對比試驗的研究對象除外），由此可確定試驗齒輪的彎曲極限應力σ_Flim。

5.1.1試驗條件

5.1.1.1功率流封閉式試驗機

采用A試驗法，測定輪齒彎曲疲勞強度時，應使用功率流封閉式結(jié)構(gòu)的試驗機，試驗機的校驗見附錄A（補充件）。試驗機中心距一般為90～150mm，試驗齒輪的線速度為8～16m/s。試驗機的精度應不低于試驗齒輪所要求的精度，并應具有以下基本功能：

a.斷齒時自動停機；

b.有保證齒輪良好潤滑的循環(huán)噴油系統(tǒng)；

c.有潤滑油溫度控制裝置，回油溫度應控制在60℃以下；

d.有循環(huán)次數(shù)記錄裝置，其記錄誤差不大于±0.1%。

5.1.1.2脈動疲勞試驗機

采用B試驗法測定齒輪彎曲疲勞強度時，應使用脈動疲勞試驗機，并根據(jù)試驗要求及試驗齒輪參數(shù)設計夾具。試驗機的主要技術(shù)性能及測定見附錄B（補充件），夾具的設計及技術(shù)要求見附錄C（補充件）。

5.1.1.3潤滑油

按ZB J17 003進行潤滑油的選擇和保養(yǎng)。一般情況下，試驗機連續(xù)運轉(zhuǎn)三個月，應進行潤滑油的取樣檢查。

5.1.2試驗齒輪

5.1.2.1試驗齒輪的參數(shù)及精度

試驗齒輪的模數(shù)m=3～5mm，螺旋角β=0°，齒寬b=10～50mm，應力修正系數(shù)Y_ST=2.0，齒根圓角參數(shù)q_s=2.5，齒根圓角粗糙度R_z≤10μm，精度為GB10095的4～7級。

齒廓線與齒根圓弧線必須是圓滑過渡，檢查試驗齒輪精度并記錄其實測數(shù)值。檢測全部試驗齒輪的表面硬度，基節(jié)偏差并剔除不合格的試驗齒輪。同一組的試驗齒輪，其加工設備及加工工藝必須相同。

5.1.2.2試驗齒輪的材料及熱處理

試驗齒輪的材料必須有正式技術(shù)文件，其內(nèi)容包括：材料牌號、冶煉方法、化學成分、熱處理狀態(tài)、晶粒度、機械性能、金相組織和非金屬夾雜物等。各項指標均應符號GB8539常規(guī)檢驗的規(guī)定。有條件時應對試驗齒輪材料進行無損檢測。

5.2齒輪彎曲疲勞強度試驗也可在試驗條件和試驗齒輪參數(shù)與產(chǎn)品齒輪工況和參數(shù)一致或相近的條件下進行。

6彎曲疲勞失效判據(jù)

試驗中，若出現(xiàn)下列情況之一時，均應判為彎曲失效。

a.輪齒齒根出現(xiàn)可見疲勞裂紋；

b.載荷或頻率下降5%～10%；

c.沿齒根斷齒。

7試驗步驟

7.1試驗前準備

7.1.1按5.1條規(guī)定試驗條件時，應按附錄A或附錄B的規(guī)定對齒輪試驗機的性能進行校驗。

7.1.2清洗試驗齒輪后目測檢查齒根過渡圓弧不得有加工刀痕或其它形式的損傷，并對試驗齒輪及輪齒進行編號。

7.1.3試驗齒輪按試驗機的規(guī)定或夾具的設計要求進行安裝。

7.2預備性試驗

預備性試驗是為了確定試驗的應力級，一般可通過測定一條S-N曲線來估計疲勞區(qū)的載荷范圍及極限應力，并根據(jù)第4.3.1條的要求確定應力級。

7.3試驗過程的監(jiān)控

按所需應力級逐點進行加載試驗。試驗期間要經(jīng)常檢查試驗設備，出現(xiàn)異常應及時排除。準確記錄試驗點的失效循環(huán)壽命，每個試驗點均應有完整的試驗記錄。記錄表見墜毀錄E（參考件）。

保留試驗齒輪及斷齒，以備進行失效分析。

7.4補充試驗點

同一應力級的試驗點做完后應進行分布檢驗[見附錄D（補充件）]若分布函數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)不能滿足最小值要求時，需補充試驗點。

7.5失效分析

8試驗齒輪齒根應力計算

8.1A試驗法

A試驗法，其試驗齒輪的齒根應力按式（1）計算：

式中各代號的意義及取值見GB3480第2.2.2～2.2.3條。

8.2B試驗法

首先確定載荷作用點E的準確位置，其方法見附錄C（補充件），試驗齒輪的齒根應力應根據(jù)已確定的E點位置，按式（2）計算：

式中：Y_FE——載荷作用下E點時間的齒形系數(shù)；

      Y_SE——載荷作用于E點時的應力修正系數(shù)；

其余代號的意義及取值均按GB3480第2.2.2～2.2.3條；

Y_FE、Y_SE按GB3480給出的公式計算，公式中的α_e、γ_e、α_Fe、h_Fe分別用α_E、γ_E、α_FE、h_FE代入。

注：公式（1）和（2）計算的齒根彎曲應力已將試驗條件及試驗齒輪轉(zhuǎn)換成GB3480所要求的標準狀態(tài)。

8.3計算輪齒彎曲靜強度時，齒根應力仍按（1）式或（2）式計算，但此時應取Y_RrelTj=1.0；Y_Xj=1.0；Y_δrelTj則由GB3480表24所列公式計算或通過實測得到。

對結(jié)構(gòu)鋼和調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵，當N_L≤10⁴(其它材料N_L≤10³)時，其應力可視為靜應力。

8.4由于試驗機的限制，B試驗法中，循環(huán)特性系數(shù)r_F=F_min/F_max≠0,應將實際齒根應力σ_F′抽象算為r_F=0時的脈動循環(huán)齒根應力σ_F，N/mm²,換算公式為：

式中：σ_b——抗拉強度，N/mm²

循環(huán)特性系數(shù)r在試驗期間為一常數(shù)且≤0.05。

9試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理

9.1當試驗點總數(shù)為n的應力級無越出點時，其壽命值排序為：

N_L1≤N_L2≤…≤N_Ln-1≤N_Ln

當試驗點總數(shù)為n的應力級有越出點，且失效的試驗點數(shù)為r時，其壽命值的排序為：

N_L1≤N_L2≤…≤N_Lr-1≤N_Lr

則對于某一壽命值N_Li的壽命經(jīng)驗分布函數(shù)值為：

式中：n——試驗點總數(shù)；

      i——試驗點按壽命由小到大排列的序號，當無越出點時，當有越出點時。

9.2 B試驗還需中，若采用雙齒加載形式，其失效順序用平均順序法計算，當對P對輪齒加載時，有r個齒失效（r≤P）。取n=2P，壽命經(jīng)驗分布函數(shù)值應按下列度算：

式中：n——試驗輪齒總數(shù)；n=2p

      A_i——試驗點按壽命值由小到大排列的平均順序。

式中i——失效果試驗點單獨排序。

9.3在未知試驗齒輪的壽命分布函數(shù)時，一般采用正態(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布或二參數(shù)威布爾分布進行分布檢驗，確定分布類型，三種分布函數(shù)分別為：