5齒面接觸強度計算

5.1基本計算式

進行齒輪齒面接觸強度驗算時，須分別計算大、小齒輪的許用傳遞功率，其值必須大于要求的當量功率，即

5.2系數(shù)C_H1

C_H1是考慮小齒輪轉速n₁和齒數(shù)比u對接觸疲勞強度的影響。

C_H1=52.4×10^-3n₁u/(u±1)……………………（9）

式中的“+”用于外嚙合傳動，“-”用于內嚙合傳動。

C_H1的圖解線圖見圖1、圖2。圖1用于外嚙合傳動，圖2用于內嚙合傳動。

5.3系數(shù)C_H2

C_H2是考慮節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z_H、重合度系數(shù)Z_ε及螺旋角系數(shù)Z_β對接觸疲勞強度的影響。

C_H2=1/（Z_HZ_εZ_β）²……………………（10）

當α_n=20時，C_H2的圖解線圖見圖3。

圖1系數(shù)C_H1（外嚙合）

圖2系數(shù)C_H1（內嚙合）

圖3系數(shù)C_H2

5.4系數(shù)C_H3

C_H3是考慮齒輪的主要尺寸齒寬b、小輪的分度圓直徑d₁和齒向載荷分布系數(shù)K_Hβ及齒間載荷分配系數(shù)K_Hα對接觸強度的影響。

C_H3=bd₁²10^-3/(K_HβK_Hα)……………………（11）

C_H3的圖解線圖見圖4至圖7。

圖4和圖5適用于K_AK_VF_t/b≥400N/mm的軟齒面齒輪及軟硬齒面配對齒輪；當K_AK_VF_t/b＜400N/mm時，應將由圖中查得的C_H3值乘以修正系數(shù)C_K、C_K由圖8查�。▓D中齒輪精度為第Ⅱ公差組5、6、7、8、9級精度）。

圖6和圖7適用于K_AK_VF_t/b≥800N/mm的硬齒面齒輪；當K_AK_VF_t/b＜800N/mm時，應將由圖中查得的C_H3值乘以修正系數(shù)C_K、C_K由圖9查�。▓D中齒輪精度為第Ⅱ公差組5、6、7、8、9級精度）。K_Hα按表5查取。

表5齒間載荷分配系數(shù)K_Hα

圖4用于軟齒面齒輪及軟、硬功夫齒面配對齒輪的C_H3

實線——5級精度經跑合；虛線——8級精度未經跑合；

其他精度等級的齒輪需用插值法確定；若大、小齒輪精度

等級不同，則按兩者中較低的精度等級查圖

圖5用于軟齒面齒輪及軟、硬齒面配對齒輪的C_H3值

實線——5級精度經跑合；虛線——8級精度未經跑合；

其他精度等級的齒輪需用插值法確定；若大、小齒輪精度等級不同，

則按兩者中較低的精度等級查圖

圖6硬齒面齒輪的C_H3值

實線——5級精度經跑合；虛線——8級精度未經跑合；

其他精度等級的齒輪需用插值法確定；若大、小齒輪精度等級不同，

則按兩者中較低的精度等級查圖

圖7硬齒面齒輪的C_H3值

實線——5級精度經跑合；虛線——8級精度未經跑合；

其他精度等級的齒輪需用插值法確定；若大、小齒輪精度等級不同，

則按兩者中較低的精度等級查圖

圖8 C_H3修正系數(shù)C_K（軟齒面及軟硬齒面配對齒輪）

圖9 C_H3的修正系數(shù)C_K（硬齒面齒輪）

5.5系數(shù)C_H4

齒面間的潤滑狀況影響齒面的承載能力。C_H4是考慮潤滑油的粘度、節(jié)點線速度和齒面粗糙度對形成潤滑油膜的影響。

C_H4=（Z_LZ_VZ_R）²………………………………（12）

C_H4的圖解線圖見圖10，圖11、圖10用于硬齒面齒輪；圖11用于軟齒面和短時間氣體或液體氮化齒輪。圖10及圖11中齒輪精度為Ⅱ組精度。

圖10硬齒面齒輪的C_H4值

圖11軟齒面和短時氣體或液體氮化齒輪的C_H4值

5.6試驗齒輪的接觸疲勞極限σ_Hlim

試驗齒輪的接觸疲勞極限σ_Hlim可按圖12查取。圖中的σ_Hlim值是試驗齒輪在持久壽命期內失效概率為1%時的齒面接觸疲勞極限。圖中

ML表示對用于齒輪的材料和熱處理質量的量低要求；

MQ表示可以由有經驗的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產成本來達到的中等質量要求；

ME表示制造最高承載能力齒輪對材料和熱處理的質量要求。

ML、MQ、ME級質量要求的材料性能以及熱處理要求，見GB8539。

對于工業(yè)齒輪，通常按MQ級質量要求選取σ_Hlim值。

圖12試驗齒輪的接觸疲勞極限σ_Hlim

5.7齒面工作硬化系數(shù)Z_W

Z_W是考慮經光整加工的硬齒面小齒輪在運轉過程中對調質鋼大齒輪面產生冷作硬化，從而使大齒輪的許用接觸應力得到提高的系數(shù)。

對硬度范圍為130≤HB≤470的調質鋼或結構鋼的齒輪與齒面光滑（R_a≤1μm或Rz≤6.3μm）的硬化小齒輪相嚙合時，Z_W按式（13）計算或按圖13查取。

Z_W=1.2-(HB-130)/1700……………………（13）

當不符合上述條件時，取Z_W=1。

圖13工作硬化系數(shù)Z_W

5.8接觸強度計算的尺寸系數(shù)Z_X

Z_X是考慮齒輪的尺寸大小等因素對齒面接觸強度的影響。其值可按圖14查取。

圖14接觸強度計算的尺寸系數(shù)Z_X

a—調質鋼、正火鋼波勞強度，靜強度所有材料；b—短時間液體或氣體氮化、長時間氣體氮化鋼；c—滲碳淬火、感應或火焰淬火表面硬化鋼

5.9接觸強度計算的壽命系數(shù)Z_NT

Z_NT是考慮當齒輪只要求有限壽命（N_L＜N∞）時，齒輪許用接觸應力可以提高的系數(shù)。

Z_NT由圖15查取。

對變載荷，應力循環(huán)次數(shù)N_L應為當量應力循環(huán)次數(shù)。見附錄A（參考件）。

圖15壽命系數(shù)Z_NT

5.10彈性系數(shù)Z_E

Z_E是考慮材料彈性模量E和泊松比v對赫茲應力的影響。其值見表6。

表6常用齒輪材料配對的Z_E值

5.11接觸疲勞強度的最小安全系數(shù)S_Hlim

在使用本標準推薦的最小安全系數(shù)時，應滿足下列條件：

5.11.1齒輪應合乎質量要求（齒輪精度、材料質量及熱處理質量）。

5.11.2應清楚使用條件（如：實際載荷、裝配精度、驅動與被驅動之間的聯(lián)接、潤滑及維修保養(yǎng)、控制裝置）。

5.11.3齒輪的失效概率1%。

在危險性較大及可靠性要求較高的情況下應選取較大的安全系數(shù)。

最小安全系數(shù)的確定，建議由設計制造部門與用商定。

本標準推薦取最小安全系數(shù)：