8 輪齒疲勞強度及其修正系數

8.1試驗齒輪的疲勞極限σ_Hlim, σ_Flim

8.1.1 概述

σ_Hlim和σ_Flim是指某種材料的齒輪經長期持續的重復載荷作用后輪齒保持不失效時的極限應力。其主要影響因素有：材料成分，力學性能，熱處理及硬化層深度、硬度梯度，結構（鍛、軋、鑄），殘余應力，材料的純度和缺陷等。

σ_Hlim和σ_Flim可由齒輪的負荷運轉試驗或使用經驗的統計數據得出。此時需闡明線速度、潤滑油粘度、表面粗糙度、材料組織等變化對許用應力的影響所引起的誤差。

無資料時，可參考圖22～圖26根據材料和齒面硬度查取σ_Hlim和σ_Flim值。

圖中的σ_Hlim和σ_Flim值試驗齒輪的失效概率為1%時的輪齒接觸疲勞和彎曲疲勞極限。對于其他失效概率和疲勞極限值，可用適當的統計分析方法得到。

圖中硬化齒輪的疲勞極限值對滲碳齒輪適用于有效硬化層深度（加工后的）δ≥0.15m_n,對于氮化齒輪，其有效硬化層深度δ=0.4～0.6mm。

在σ_Hlim和σ_Flim的圖中，給出了代表材料質量等級的三條線，其對應的材料處理要求見GB8539。

ML——表示齒輪材料質量和熱處理質量達到最低要求時的疲勞極限取值線。

MQ——表示齒輪材料質量和熱處理質量達到中等要求時的疲勞極限取值線。此中等要求是有經驗的工業齒輪制造者以合理的生產成本能達到的。

ME——表示齒輪材料質量和熱處理質量達到很高要求時的疲勞極限取值線。這種要求只有在具備水平的制造過程可控能力時才能達到。

MX——表示對淬透性及金相組織有特殊考慮的調質合金鋼的取值線。

在選取材料疲勞極限時，除了考慮上述等級對材料質量熱處理質量的要求是否有把握達到外，還應注意所用材料的性能、質量的穩定性以及齒輪精度以外的制造質量同圖列數值來源的試驗齒輪的異同程度。這在選取σ_Flim時尤為重要。要留心一些常不引人注意的影響彎曲強度的因素，如實際加工刀具圓角的控制，齒根過渡圓角表面質量及因脫碳造成的硬度下降等。有可能出現齒根磨削臺階而計算中又未計Y_sg時，在選取σ_Flim時也應予以考慮。

8.1.2 試驗齒輪的接觸疲勞極限σ_{H lim}

σ_{H lim}是指某種材料的齒輪以長期持續的重復載荷作用（對大多數材料其應力循環數為5×10⁷）后，齒面不出現進展性點蝕時的極限應力。

圖22a,23a,24a,25a,26a中提供的σ_{H lim}值是試驗齒輪在標準的運轉條件下得到的。具體的條件如下：

中心距    a=100mm

螺旋角    β=0（Z_β=1）

模數     m=3～5mm

齒面的微觀不平度10點高度    R_z=3μm(Z_R=1)

圓周線速度    υ=10m/s(Z_v=1)

潤滑劑粘度    v₅₀=100mm²/s(Z_L=1)

相嚙合齒輪的材料相同（Z_W=1）

齒輪精度等級  4～6級（GB10095-88）

載荷系數    K_A=K_V=K_Hβ=K_Ha=1

試驗齒輪的失效判據如下：

對于非硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的2%，或對單齒占4%；

對于硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的0.5%，或者對單齒占4%。

8.1.3 試驗齒輪的彎曲疲勞極限σ_Flim

σ_Flim是指某種材料的齒輪經長期的重復載荷作用（對大多數材料其應力循環數為3×10⁶）后，齒根保持不破壞時的極限應力。

圖22b,23b,24b,25b,26b中提供的σ_Flim值是試驗齒輪在標準的運轉條件下得到的。具體的條件如下：

螺旋角  β=0（Y_β=1）

模數     m=3～5mm（Y_X=1）

應力修正系數  Y_ST=2

齒根圓角參數  q_s=2.5（Y_{δrel T}=1）

齒根圓角表面的微觀不平度10點高度    R_z=10μm(Y_{δrel T} =1)

齒輪精度等級  4～7級（GB10095-88）

基本齒廓按GB1356-87

齒寬 b=10～50mm

載荷系數    K_A=K_V=K_Fβ=K_Fa=1