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1主題内容與适用範圍
本标準規定瞭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據 。
本标準适用於鋼 、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引用标準
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量檢驗的一般規定
GB10095漸開線圓柱齒輪精度
ZB J17 003工業齒輪潤滑油選用方法
3主要代号
本标準中主要代号 、意義及單位見表1。
表1
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代号 |
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
S-N曲線方程常數
修正後的S-N曲線方程常數
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
端面内分度圓周上的名義切向力
載荷作用於E點彎曲力臂
載荷作用於單對齒齧合區上界點時的彎曲力臂
威布爾分布函數的形狀參數
使用系數
彎曲疲勞計算的齒間載荷分配系數
彎曲疲勞計算的齒向載荷分配系數
動載系數
齒輪模數
S-N曲線方程指數
修正後的S-N曲線方程指數
齒根應力循環基數
齒根應力循環次數
試驗點總數
B法試驗夾具跨齒數
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
循環特性系數
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矩平均值
實測試驗齒輪箱輸出轉矩平均值
實測試驗齒輪箱輸入轉矩最大值
徑向變位系數
載荷作用於單對齒齧合區上界點時的齒形系數
載荷作用於E點時齒形系數
相對齒根表面狀況系數
載荷作用於單對齒齧合上界點時的應力修正系數
載荷作用於E點時的應力修正系數
齒輪的應力修正系數
計算彎曲強度的尺寸系數
相對齒根圓角敏感系數
計算彎曲強度的螺旋角系數
齒數
載荷作用E點外的壓力角
上界點處的壓力角
單對齒齧合區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
對數正态公布函數母體對數平均值
抗拉強度
試驗齒輪齒根應力
循環特性系數r≠0時的齒根應力
GB3480的試驗齒輪彎曲疲勞極限
對數正态分布函數母體對數标準差
正态分布函數母體标準差 |
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採用齒輪台架運轉試驗（簡稱“A試驗法”），也可採用齒輪輪齒脈動加載試驗（簡稱“B試驗法”）。當A試驗法與B試驗法結果不同時，以A試驗法結果爲準 。
4.1A試驗法
将試驗齒輪副安裝在齒輪試驗機上進行負荷運轉試驗，直至輪齒出現彎曲疲勞失效或齒根應力循環次數達到規定的循環基數N。而未失效時（以下科稱“越出”），試驗終止並獲得輪齒在試驗應力下的一個壽命數據，當試驗齒輪及試驗過程均無異常時 ，通常将該數據稱爲“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，直至輪齒出現彎曲疲勞失效或越出，試驗終止並獲得輪齒在試驗應力下的一個壽命數據。試驗中，脈搏動載荷僅施加在試驗輪齒上 ，試驗齒輪不作齧合運轉 。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幹試驗點。
4.3試驗點的組合
根據不同的試驗目的，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常規成組法
常規成組法用於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，每個應力級不少於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次數不少於0.5×105，最高應力級與次高應力級的應力間隔爲總試驗應力範圍的40%～50%，随著應力的降低，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於測定S-N曲線或僅測定極限應力 ，試驗時試驗點總數爲7～16個。測定S-N曲線時 ，應力級爲4～10個，每個應力級取1～4個試驗點 。
測定極限應力時，可採用升降法。
採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σFlim。
5.1.1試驗條件
5.1.1.1功率流封閉式試驗機
採用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構的試驗機 ，試驗機的校驗見附錄A（補充件）。試驗機中心距一般爲90～150mm，試驗齒輪的線速度爲8～16m/s。試驗機的精度應不低於試驗齒輪所要求的精度，並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噴油系統；
c.有潤滑油溫度控制裝置，回油溫度應控制在60℃以下；
d.有循環次數記錄裝置，其記錄誤差不大於±0.1%。
5.1.1.2脈動疲勞試驗機
採用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，並根據試驗要求及試驗齒輪參數設計夾具。試驗機的主要技術性能及測定見附錄B（補充件），夾具的設計及技術要求見附錄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。一般情況下 ，試驗機連續運轉三個月，應進行潤滑油的取樣檢查。
5.1.2試驗齒輪
5.1.2.1試驗齒輪的參數及精度
試驗齒輪的模數m=3～5mm，螺旋角β=0°，齒寬b=10～50mm，應力修正系數YST=2.0，齒根圓角參數qs=2.5，齒根圓角粗糙度Rz≤10μm，精度爲GB10095的4～7級。
齒廓線與齒根圓弧線必須是圓滑過渡，檢查試驗齒輪精度並記錄其實測數值。檢測全部試驗齒輪的表面硬度，基節偏差並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文件，其内容包括：材料牌号、冶煉方法、化學成分 、熱處理狀态、晶粒度、機械性能、金相組織和非金屬夾雜物等。各項指标均應符号GB8539常規檢驗的規定。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與産品齒輪工況和參數一緻或相近的條件下進行 。
6彎曲疲勞失效判據
試驗中，若出現下列情況之一時，均應判爲彎曲失效 。
a.輪齒齒根出現可見疲勞裂紋；
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條規定試驗條件時，應按附錄A或附錄B的規定對齒輪試驗機的性能進行校驗。
7.1.2清洗試驗齒輪後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 ，並對試驗齒輪及輪齒進行編号。
7.1.3試驗齒輪按試驗機的規定或夾具的設計要求進行安裝。
7.2預備性試驗
預備性試驗是爲瞭確定試驗的應力級，一般可通過測定一條S-N曲線來估計疲勞區的載荷範圍及極限應力，並根據第4.3.1條的要求確定應力級 。
7.3試驗過程的監控
按所需應力級逐點進行加載試驗。試驗期間要經常檢查試驗設備，出現異常應及時排除。準確記錄試驗點的失效循環壽命，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後應進行分布檢驗[見附錄D（補充件）]若分布函數的線性相關系數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：
式中各代号的意義及取值見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已確定的E點位置，按式（2）計算：
式中：YFE——載荷作用下E點時間的齒形系數；
YSE——載荷作用於E點時的應力修正系數；
其餘代号的意義及取值均按GB3480第2.2.2～2.2.3條；
YFE、YSE按GB3480給出的公式計算，公式中的αe、γe、αFe、hFe分别用αE、γE、αFE、hFE代入。
注：公式（1）和（2）計算的齒根彎曲應力已将試驗條件及試驗齒輪轉換成GB3480所要求的标準狀态。
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YRrelTj=1.0；YXj=1.0；YδrelTj則由GB3480表24所列公式計算或通過實測得到。
對結構鋼和調質鋼 、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵 ，當NL≤104(其它材料NL≤103)時，其應力可視爲靜應力。
8.4由於試驗機的限制，B試驗法中，循環特性系數rF=Fmin/Fmax≠0,應将實際齒根應力σF′抽象算爲rF=0時的脈動循環齒根應力σF，N/mm2,換算公式爲：
式中 ：σb——抗拉強度，N/mm2
循環特性系數r在試驗期間爲一常數且≤0.05。
9試驗數據的統計處理
9.1當試驗點總數爲n的應力級無越出點時，其壽命值排序爲：
NL1≤NL2≤…≤NLn-1≤NLn
當試驗點總數爲n的應力級有越出點，且失效的試驗點數爲r時，其壽命值的排序爲 ：
NL1≤NL2≤…≤NLr-1≤NLr
則對於某一壽命值NLi的壽命經驗分布函數值爲：
式中：n——試驗點總數；
i——試驗點按壽命由小到大排列的序号，當無越出點時 ，當有越出點時 。
9.2 B試驗還需中，若採用雙齒加載形式，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，壽命經驗分布函數值應按下列度算：
式中：n——試驗輪齒總數；n=2p
Ai——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時，一般採用正态分布，對數正态分布或二參數威布爾分布進行分布檢驗，確定分布類型，三種分布函數分别爲：
式中：NL——齒根應力循環次數；
μN——正态分布函數母體平均值；
σN——正态分布函數母體标準差；
μlnN——對數正态分布函數母體對數平均值；
σlnN——對數正态分布函數母體對數标準差；
b——威布爾分布函數的尺度參數；
k——威布爾分布函數的形狀參數。
9.4分布函數曲線的拟合及R-S-N曲線參數的確定見附錄D（補充件）。
10試驗報告
試驗報告應包括：
a.試驗目的及要求；
b.試驗方法
c.試驗條件及試驗齒輪；
d.試驗原始數據；
e.試驗數據的處理結果；
f.損傷分析；
g.試驗單位 、報告人 、審核人、日期。 |
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