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GBT 10062.1-2003 锥齿轮承载能力计算方法 第1部分概述和通用影响系数.pdf
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1、G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1N O吕 G B/T 1 0 0 6 2-2 0 0 3!锥齿轮承载能力计算方法 分为三部分:第 1 部分:概述和通用影响系数;第 2 部分:齿面接触疲劳(点蚀)强度计算;第 3 部分:齿根弯曲强度计算。本部分为G B/T 1 0 0 6 2-2 0 0 3 的第1 部分,对应于I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1(锥齿轮承载能力计算方法第1 部分:概述和通用影响系数)(英文版)。本部分代替G B/T 1 0 0 6 2-1 9 9 8,本部分等同采用I S O 1 0 3 0
2、0-1:2 0 0 1。为方便使用本部分作了下列编辑性修改:按照汉语习惯对一些编排格式进行修改;用小数点 代替作为小数点的 逗号,;删除了I S O 1 0 3 0 0-1 的前言和引言。本部分的附录A为规范性附录,附录B、附录C为资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国齿轮标准化技术委员会归口。本部分起草单位:郑州机械研究所。本部分主要起草人:张元国、王琦、杨星原、陈爱闽、王长路。本部分所代替标准的历次版本发布情况为:-G B/T 1 0 0 6 2-1 9 8 G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1 锥齿轮承载
3、能力计算方法第 1 部分:概述和通用影响系数范 围 G B/T 1 0 0 6 2 中的计算公式为直齿、斜齿、零度齿和弧齿锥齿轮(除准双曲面齿轮外)的接触和弯曲强度的计算提供了一个统一的适用方法。适用于等高齿、收缩齿 计算公式考虑了已知的影响轮齿点蚀与在齿根圆角处断裂的各主要系数。计算公式不适用于轮齿的下述损坏形式:塑性变形、微点蚀、表层压碎、焊合、磨损等。弯曲强度的计算公式适用于齿根圆角的断裂强度计算,但不适用于轮齿工作表面的弯曲强度计算,也不适用于轮缘或辐板、轮毅失效的强度计算。对于特种类型的锥齿轮的抗点蚀与弯曲强度承载能力可用恰当选择通用计算式中的各系数的数值来进行计算。G B/T 1
4、0 0 6 2 不适用于接触不良的锥齿轮。G B/T 1 0 0 6 2 适用于当量圆柱齿轮端面重合度。,.1 0 m.。时,G B/T 1 0 0 6 2的计算结果 应经过验证确定。2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过G B/T 1 0 0 6 2 的本部分的引用而成为本部分的条款,凡是注日 期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。G B/T 1 3 5 6-2 0 0 1 通用机械和重型机械用圆柱齿轮标准基本齿条齿廓(i d t I
5、S O 5 3:1 9 9 8)G B/T 2 8 2 1-2 0 0 3 齿轮几何要素代号(I S O 7 0 1:1 9 9 8,I D T)G B/T 3 3 7 4-1 9 9 2 齿轮基本术语(n e q I S O/R 1 1 2 2-1:1 9 8 3)G B/T 3 4 8 0-1 9 9 7 渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法(e q v I S O 6 3 3 6-1-6 3 3 6-3:1 9 9 6)G B/T 8 5 3 9-2 0 0 0 齿轮材料及热处理质量检验的一般规定(e q v I S O 6 3 3 6-5:1 9 9 6)G B/丁1 0 0 6 2.2-2
6、 0 0 3 锥齿轮承载能力计算方法第 2 部分:齿面接触疲劳(点蚀)强度计算(I S O 1 0 3 0 0-2:2 0 0 1,I DT)G B/T 1 0 0 6 2.3-2 0 0 3 锥齿轮承载能力计算方法第 3 部分:齿根弯曲强度计算(I S O 1 0 3 0 0-3:2 0 0 1,I D T)G B/T 1 0 0 9 5.1-2 0 0 1 渐开线圆柱齿轮 精度第 1 部分:轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值(i d t I SO 1 3 2 8-1.1 9 9 7)3 术语与定义G B/T 1 0 0 6 2 的本部分使用G B/T 1 3 5 6 和G B/T 3 3 7
7、4中给出的名词术语和定义4 代号与缩写词G B/T 1 0 0 6 2的本部分的代号是基于 G B/T 2 8 2 1的代号基础之上的,同时也包括了 G B/T 1 0 0 9 G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3 八S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1给出的代号。G B/T 1 0 0 6 2中使用的代号与缩写词见表 1.表 1 G B/T 1 0 0 6 2中的第 1,2,3 部分的代号与缩写词代号意义单位a丫当量圆柱齿轮中心距m ma切当量圆往齿轮在法截面上的中心距刀l mb齿宽m mb计算有效齿宽m mb,有效齿宽n】n】A b,大端齿宽的增加量m m么 b,大
8、端有效齿宽的增加量们】mA b;小端齿宽的增加量m m4 b 小端有效齿宽的增加量m mC.无量纲参数C 了啮合刚度N/(m m),m)四平均啮合刚度N/(m m,a m)户单对齿刚度(见G B/T 3 4 8 0)N/(m m t m)c o 单对齿刚度N/(m m p.)d大端节圆直径n】r l ld中点节圆直径了 盯nld当量圆柱齿轮分度圆直径幻飞 md当量圆柱齿轮顶圆直径m md-当量圆柱齿轮在法截面上的顶圆直径n n】4e当量圆柱齿轮基圆直径们】幻1d A.当量圆柱齿轮在法截面上的基圆直径m md,当量圆柱齿轮在法截面上的分圆度直径nl l l】f至接触线的距离盯】n lf至中间接触
9、线的距离f f.齿廓形状偏差拜 m几ax至中间接触线的最大距离m m九齿距偏差拜 mf a i i有效齿距偏差卜 m介载荷修正系数g句确定最薄弱截面的设定的距离m mg钧当量圆柱齿轮啮合线长度m mK e 当 量 圆 柱 齿 轮 在 法 截 面 上的 啮 各 线 长 度m mgx L刀具刃边半径的中心与齿轮中心线(沿刀具的分度面测量)之间的距离nl G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位gy b刀齿顶刃半径的中 心至冠轮节面(垂直干节面方向测量)的距离m m9-计算接触强度系数的中间变量m m9.b计算接触
10、强度系数的中间变量nl 们)g1计算接触强度系数的中间变量m n】g,计算接触强度系数的中间变量m mgk瞬时接触线在齿长方向的投影长度m mg,在接触椭圆内啮合线长度刀 们飞go冠轮(刀具)齿槽中心线至刀具顶刃圆弧半径中心的距离(在中点法截面内测量)nl l】1g o 从中点截面至压力中心的距离(沿齿长方向测量)n】r l lh.大端齿顶高m n:h.m中点齿顶高nl】nh.,基本齿条齿廓的齿顶高m mh刀具齿顶高m mh,大端齿根高nl nlh,基本齿条齿廓的齿根高刀、mh:.中点齿根高m mh.刀具齿根高n i nl人“齿根应力的弯矩力臂(载荷作用于齿顶m:nh 载荷距危险截面的高度】飞
11、 l r nk累加的索引号k 定位常数t o接触线的长度m 们1!n.中点接触线的长度m mh。二中点接触线的投影长度m n】刀之 曰大端端面模数mm力盆 m n中点法向模数m m刀汗 m t中点端面模数m m刀才.d诱导质量(转化到动态等效圆柱齿轮啮合线上每毫米齿宽的质量)k g/m m执 甘单个齿轮转化到啮合线上的单位齿宽当量质量k g/m m”转速r/mi n月E l小齿轮临界转速r/mi nP尖峰载荷N/mmP r刀具的凸台nl nlP.最大尖峰载荷:J/G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位P参考
12、尖峰载荷P.当量圆往齿轮端面基圆齿距m m4加工余量m mq计算式中的纵向曲率因子的幂q 昌缺 口参数q,r试验齿轮的缺口参数r 困刀具半径m mr 中点截面的齿根圆角半径m mr r o到载荷作用点的中点端面半径m ma ,4中点的法截面内节圆至载荷作用点的距离n】r l l人l背锥端面齿厚m m万.m n中点法向齿顶厚度n、nls m中点法向弧齿厚r 了】r l ls刀具凸台量m ms m(中点端面弧齿厚n)ms 价 计 算 截 面 的 齿 根 弦 长mm万 N危险截面的一半齿厚m mu锥齿轮齿数比U,当量圆柱齿轮齿数比从 民分锥大端的切向速度m/s勺“m 皿最大节线速度m/sU 七齿宽中
13、点分锥的切向速度m/szh 印齿宽中点齿高变位系数J,n齿宽中点切向变位系数J卜小轮接触强度系数r l】nl1 0相对于光滑抛光试验件的齿距误差的跑合量1 1 1 1 1、Y i啮合线上最大弯曲应力的载荷作用点的位置m m,啮合线上载荷作用点的位置m my妞齿距偏差的跑合量u mZ齿数Z1当量圆柱齿轮的齿数乞 vn当量圆柱齿轮在法截面上的齿数A动载系数的辅助系数Am载荷分配系数的辅助值G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位A;载荷分配系数的辅助值mmA-大端齿厚允差m mA 户载荷分配系数的辅助值mmB动载
14、系数的辅助系数C质量等级C,齿顶修缘量胖 mC,非平均条件下的轮齿刚度的修正系数C F非平均条件下的轮齿刚度的修正系数C Z L,C Z R,C n确定油膜的系数E弹性模量(杨氏模量)N/-mE,G,H齿廓形状系数的辅助系数F中间区域系数的辅助系数F m齿宽中点分锥上的名义切向力NF m H齿宽中点分锥上的作用的切向力NHB布氏硬度K常数,轮齿载荷系数Kv动载系数Kq使用系数K弯曲强度计算的纵向曲率系数Ke a弯曲强度计算的齿间载荷分配系数K e a弯曲强度计算的齿向载荷分布系数K.接触强度计算的齿间载荷分配系数K n a接触强度计算的齿向载荷分布系数Kx a-.支承系数L应力修正计算公式中的
15、经验常数L修正系数的辅助系数M应力修正计算公式中的经验常数N临界转速比N,载荷循环次数O应力修正计算公式中的经验常数尸名义功率k WPd大端径节I/i nRa=C L A=A A算术平均粗糙度拼 mR外锥距m G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位Rm中点锥距m mRz平均粗糙度尸 mRz T试验齿轮的平均粗糙度拜mRZ,p rt n=1 0 m m的齿轮副的平均粗糙度拼mS F弯曲强度的安全系数5 而n弯曲强度的最小安全系数S接触强度的安全系数S H o 1接触强度的最小安全系数丁名义转矩:V mY齿形系
16、数Y,惯性系数Y,应力集中与应力修正系数Y惯性系数Y B弯曲应力系数Y c压缩应力系数YF载荷作用于齿顶时的齿形系数Y F S展成齿轮的复合齿形系数Y,锥齿轮几何系数(方法B 2)YK锥齿轮系数Y,S弯曲强度计算的载荷分担系数Y N T标准试验齿轮的寿命系数YF复合几何系数Y R光滑试样的表面系数Y R T粗糙度R Z T 二1 0 p m的试验齿轮的表面状况系 数Y R rd T相对表面状况系数Y载荷作用干齿顶时的应力修正系数YS T标准试验齿轮的应力修正系数l Y x齿根应力的尺寸系数Y,实际齿轮的动态敏感系数Y x T标准试脸齿轮的动态敏感系数Yr re,T相对敏感系数Y弯曲强度计算的重
17、合度系数Z速度 系数Z F弹性系数G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位Z区域系数Z R接触强度计算的锥齿轮系数Z L润滑剂系数Z:载荷分担系数Z m-e中间区域系数Z N T标准试验齿轮的寿命系数Z R接触强度计算的粗糙度系数Z x尺寸系数Z w齿面工作硬化系数Z o接触强度计算的螺旋角系数an轮齿中心线上载荷作用点的法向压力角(.)庄n法向压力角(。)口、,当量圆往齿轮的法向压力角(一a n)(.)a丫 当量圆柱齿轮的端面压力角C )awt端面工作压力角(。)口F.n当量直齿轮齿顶载荷作用角(。)口L齿
18、面上载荷作用于某点的法向压力角(。)荡中点螺旋角(。)尽e当量圆柱齿轮基圆螺旋角(。)Y.齿形和轮齿修正系数的辅助角(。)S节锥角(0)S.顶锥角(.)S,根锥角(。)E.a当量圆柱齿轮的端面重合度C,.n法截面内当量圆柱齿轮的端面重合度E.p当量圆柱齿轮的纵向重合度E.y总重合度e N载荷分配率叹齿顶角(。)6,齿根角(.)夸确定薄弱截面的设定角(。)弥载荷作用点处法向弧齿厚所对应圆心角的一半(。)P密度k g/m m po刀刃的半径m G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1表 1(续)代号意义单位尸,圆柱齿轮基本齿条齿根圆角半
19、径r n幻1P.a相对曲率半径m n飞P F3 0。切线切点的圆角半径m mP滑移层厚度m m口B抗拉强度N/-m口F齿根应力N/mm口F砚 l m试验齿轮的弯曲疲劳极限N/mm0F E材料的弯曲疲劳极限N/mm口F P许用齿根应力N/mm口印齿根应力基本值N/mm口日接触应力N/mmox u m试验齿轮的疲劳极限N/mm口HP许用接触应力N/mm 2口曰 0接触应力基本值N/mm0 02残余变形。.2%时的应力N/mmT齿根最薄弱点的切线与轮齿中心线的夹角(。)0齿形和轮齿修正系数的辅助系数F泊松比践。,F s o4 0 和5 0 时油的名义动态猫度mm/s角速度r a d/sX缺口根部相对
20、应力差mm一 X i试验齿轮缺口根部的相对应力差mm-,艺轴交角(。)其他角标0,1,2刀具、小齿轮、大齿轮X动态等效的圆柱齿轮A,B,B1,B 2,C由A,B,B 1,B 2 和C 法确定的值(1),(2)插值尝试法与 从 m n(除,外)有关的值5 应用5.1 方法5.1.1 通则 G B/T 1 0 0 6 2 主要用于计算从图纸或测量(重新计算)中获得必要数据的锥齿轮。在初步设计阶G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 0 1段,所获得的数据是有限的,对于某些系数可采用近似或经验的数值。此外,在某些应用场合或粗略计算中,某些系数可
21、设定为“1”或某个常数。但此时应选用保守的安全系数(见5,2)。无论何种情况,如果 A,B,C法的结果不一致,则优先选择实际尺寸、全负荷试验。如果 A法的精确度与可靠度已被证明,与B法比较优先选用 A法,同样 B法与C法比较则优先选用B法。5.1.2 实际尺寸、全负荷试验 齿轮传动设计实际尺寸、全负荷的试验是预测整个齿轮系统性能(齿轮承载能力)的最有效的方法。试验方法不需要用 A,B,C法中任一种计算来校验。然而,对于锥齿轮,习惯上用B法或C法进行初始设计,然后用试验方法来改进,以达到最佳的轮齿接触、工作的平衡性以及可调节性。5.1.3 A法 从其他类似的齿轮传动结构的运行中获得丰富的经验,从
22、试验结果或现场数据的推论中获得满意的指导资料。包括在上述推论中的系数要用精确测试和传动系统的深人的数学分析或运行现场的经验等来评价。为使用A法,要知道齿轮载荷的全部数据,这些数据要清楚被描述并提供全部数学分析与试验的前提条件、边界条件、影响到结果的各种特征等。例如,这种方法的精确度要通过公认的齿轮测试来证实。对于这种方法,用户和供应者协商一致。5.1.4 B法 从其他类似的齿轮传动结构的运行中获得丰富的经验,从试验结果与现场数据的推论中获得满意的指导资料。推荐本计算方法用于设计方案的比较。此外,对某些系数给出了近似的方法及其评价的相关假定。对于给定工作条件下的相关假定的有效性要予以检验。5.1
23、.5 C法 在评价某些系数时,如不能获得适当的试验结果或类似设计的现场经验,则要采用进一步简化的计算方法。上述简化计算方法对于特定的使用条件或某些特定的前提(例如,与验收试验相关的前提条件)是适用的5.2 安全系数 当选择安全系数时,允许的齿轮失效概率应小心地权衡,以平衡可靠度与成本之间的关系。如果在实际载荷条件下用试验齿轮箱的方法能精确鉴别齿轮的性能,则可采用较低的安全系数。安全系数由计算强度除以工作应力来确定。除上述总 的要求 以及与表面接触疲劳强度(点蚀)和齿根弯 曲强度(G B/T 1 0 0 6 2.2,G B/T 1 0 0 6 2.3)有关的特殊的 要求以外,只有当仔细考虑了材料
24、数据的可靠度、计算所用载荷值的可靠度后才能确定安全系数。在给定的失效概率条件下,用于计算的材料的疲劳极限才是有效的(G B/T8 5 3 9 材料的疲劳极限在失效概率为1%的情况下有效)。当安全系数增加时,则失效的危险降低,反之亦然。如果载荷或系统对振动的响应是估算的而不是测试所得的,则应采用较大的安全系数。在确定安全系数时,要考虑下述的变化:由于制造公差引起的齿轮几何参数变化;一 一 对中度的变化;由于化学成分、纯净度与微观结构的变化(材料质量与热处理)引起的材料变化;润滑与齿轮使用寿命期间维护的变化。安全系数取值的合理性取决于计算中的假定的可靠性(例如:计算的载荷假定)以及齿轮本身所要求的
25、可靠性(可能发生的齿轮失效)。齿轮产品应具有接触强度的最小安全系数 S.-i f 弯曲强度的最小安全系数S F m ln=1.3对弧齿锥齿轮)I S F-1.5(对于直锥齿轮或汤镇5。的 斜齿锥齿轮)。对于点蚀损坏与断齿的最小安全系数,供应者与用户应协商一致。5.3 强度系数5.3.1 试验 对齿轮箱的性能的考验,最有效的方法是实际尺寸、全负荷的试验然而,这个方法受到高成本的 G B/T 1 0 0 6 2.1-2 0 0 3/I S O 1 0 3 0 0-1:2 0 D 1限制当类似的设计有丰富的经验并能获得有关数据时,那么可从上述经验与数据中通过推断分析获得满意结果。另一方面,当不能获得
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