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| 标准编号 | GB/T 3480.3-2021 (GB/T3480.3-2021) | | 中文名称 | | | 英文名称 | Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 3: Calculation of tooth bending strength | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J17 | | 字数估计 | 54,570 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 3480.3-2021
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 3: Calculation of tooth bending strength
ICS 21.200
J17
中华人民共和国国家标准
部分代替GB/T 3480-1997
直齿轮和斜齿轮承载能力计算
第3部分:轮齿弯曲强度计算
(ISO 6336-3:2019,IDT)
2021-04-30发布
2021-11-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅴ
引言 Ⅵ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义、符号和缩略语 2
3.1 术语和定义 2
3.2 符号和缩略语 2
4 齿轮断齿和安全系数 7
5 基本公式 7
5.1 总述 7
5.2 弯曲强度安全系数(防止轮齿断齿)SF 7
5.3 弯曲应力计算值σF 8
5.3.1 总述 8
5.3.2 方法A 8
5.3.3 方法B 8
5.4 许用齿根弯曲应力σFP 9
5.4.1 总述 9
5.4.2 确定许用齿根弯曲应力σFP的方法的原理、条件假设和应用 9
5.4.3 许用齿根弯曲应力σFP:方法B 10
5.4.4 有限寿命和高周疲劳寿命下的许用齿根弯曲应力σFP:方法B 10
6 齿廓系数YF 11
6.1 总述 11
6.2 齿廓系数YF 的计算:方法B 12
6.2.1 总述 12
6.2.2 当量齿轮的参数 14
6.2.3 用滚刀生成的外齿轮的危险截面处的法向弦长SFn、齿根圆角半径ρF、弯曲力臂hFe 14
6.2.4 用插齿刀生成的外齿轮的危险截面处的法向弦长SFn、齿根圆角半径ρF、
弯曲力臂hFe 15
6.2.5 用插齿刀生成的内齿轮的危险截面处的法向弦长SFn、齿根圆角半径ρF、
弯曲力臂hFe 18
7 应力修正系数YS 18
7.1 基本用法 18
7.2 应力修正系数YS(方法B) 19
7.3 齿根有台阶的齿轮的应力修正系数 19
7.4 与试验齿轮尺寸相关的应力修正系数YST 20
8 螺旋角系数Yβ 20
8.1 总述 20
8.2 图解值 20
8.3 解析值 20
9 轮缘厚度系数YB 21
9.1 总述 21
9.2 图解值 21
9.3 解析值 21
9.3.1 外齿轮 21
9.3.2 内齿轮 22
10 齿高系数YDT 22
10.1 总述 22
10.2 图解值 22
10.3 解析值 22
11 弯曲耐久性极限 23
11.1 总述 23
11.2 方法A得到的耐久性极限 23
11.3 方法B得到的相关σFlim和σFE值的耐久性极限 23
12 弯曲强度寿命系数YNT 23
12.1 总述 23
12.2 寿命系数YNT:方法A 23
12.3 寿命系数YNT:方法B 24
12.3.1 总述 24
12.3.2 图解值 24
12.3.3 解析值 24
13 齿根圆角敏感系数YδT和相对齿根圆角敏感系数YδrelT 25
13.1 基本定义 25
13.2 各种齿根圆角敏感系数的定义 25
13.2.1 总述 25
13.2.2 方法A 25
13.2.3 方法B 25
13.3 方法B的相对齿根圆角敏感系数YδrelT 26
13.3.1 图解值 26
13.3.2 解析值 29
14 齿根表面状况系数YR、YRT和相对齿根表面状况系数YRrelT 31
14.1 表面状况的影响 31
14.2 表面状况系数和相对表面状况系数 31
14.2.1 总述 31
14.2.2 方法A 31
14.2.3 方法B 31
14.3 相对表面状况系数YRrelT:方法B 31
14.3.1 图解值 31
14.3.2 解析值 32
15 尺寸系数YX 33
15.1 总述 33
15.2 方法A的尺寸系数YX 33
15.3 方法B的尺寸系数YX 33
15.3.1 总述 33
15.3.2 耐久性极限和静强度下的图解值 33
15.3.3 解析值 34
附录A (规范性附录) 许用齿根弯曲应力σFP---分别通过缺口试样或平滑试样取得 36
附录B (资料性附录) 平均应力影响系数YM 的参考值 43
附录C (资料性附录) 确定直齿轮法向载荷的推导公式 45
附录NA (资料性附录) 相关国家标准、国际标准对照 46
参考文献 47
前言
GB/T 3480《直齿轮和斜齿轮承载能力计算》分为下列5部分:
---第1部分:基本原理、概述及通用影响系数;
---第2部分:齿面接触强度(点蚀)计算;
---第3部分:轮齿弯曲强度计算;
---第5部分:材料的强度和质量;
---第6部分:变载荷条件下的使用寿命计算。
本部分为GB/T 3480的第3部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 3480-1997《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》中的部分内容。
本部分和GB/T 3480-1997相比,主要技术变化如下:
---本部分采用ISO 6336-3:2019,仅规定轮齿弯曲强度计算,而不涉及ISO 6336-1所规定的基本
原理、概述及通用影响系数和ISO 6336-2所规定的齿面接触强度(点蚀)计算;
---修改了一些名词,如“齿向”改为“螺旋线”,“齿形”改为“齿廓”,“纵向”改为“轴向”等;
---增加了均载系数Kγ[见式(3)];
---修改了与弯曲疲劳强度相关的螺旋角系数Yβ计算式[见式(66)];
---正文结构和附录内容有很大调整。
本部分使用翻译法等同采用ISO 6336-3:2019《直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第3部分:齿轮弯
曲强度计算》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 3480.1-2019 直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第1部分:基本原理、概述及通用影响
系数(ISO 6336-1:2006,IDT);
---GB/T 3480.5-2008 直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第5部分:材料的强度和质量
(ISO 6336-5:2003,IDT)。
本部分还做了下列编辑性修改:
---将ISO 6336-3:2019表2中的“χ*K”改为“χ*k”;
---删除ISO 6336-3:2019式(3)的符号σFP的解释;
---将ISO 6336-3:2019式(A.2)中的“σPlim”改为“σplim”。
---增加了资料性附录NA。
本部分由全国齿轮标准化技术委员会(SAC/TC52)提出并归口。
本部分起草单位:郑州中机轨道交通装备科技有限公司、中机生产力促进中心、郑州机械研究所有
限公司、西安法士特汽车传动有限公司、湖南大学、郑州江宇机械有限公司、山东华成中德传动设备有限
公司、苏州绿控传动科技股份有限公司、郑州高端装备与信息产业技术研究院有限公司、江苏中工高端
装备研究院有限公司。
本部分主要起草人:刘忠明、王伟、王志刚、封楠、李海霞、刘义、周长江、丁炜、鞠国强、李金峰、杨海华、
孙毅博、王盈颖、范瑞丽、管洪杰、张坤、张敬彩、王长路、侯圣文、郑明、曹敬煜、张元国、王从福、丁军、
李峰。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 3480-1983、GB/T 3480-1997。
引 言
ISO 6336(所有部分)是由总标题为“直齿轮和斜齿轮承载能力计算”的标准(GB)、技术规范(TS)
和技术报告(TR)所构成,见表1。其中:
---标准提供了基于广泛接受并经过验证的计算方法;
---技术规范提供了仍需进一步发展的计算方法;
---技术报告提供了有效数据,如算例。
ISO 6336系列第1部分至第19部分的内容涵盖齿轮承载能力计算时的疲劳分析;第20部分至第
29部分的内容主要涉及润滑条件下齿面接触的摩擦性能;第30部分至第39部分的内容是算例。
ISO 6336系列未来可以增加新的部分对某些标准使用者反映的情况进行说明。
根据ISO 6336系列标准(见表1)进行规范的计算仅可用于标准中规定的零件,不可用于特殊零
件。当需要进一步计算时,需要指明ISO 6336系列的相关章条或部分。当使用技术规范作为特殊设计
的验收标准时,需要提前得到制造商和买方的同意。
表1 ISO 6336系列(截至本部分出版前的状态)
直齿轮和斜齿轮承载能力计算 标准 技术规范 技术报告
第1部分:基本原理、概述及通用影响系数 √
第2部分:齿面接触强度(点蚀)计算 √
第3部分:轮齿弯曲强度计算 √
第4部分:齿面断裂承载能力计算 √
第5部分:材料的强度和质量 √
第6部分:变载荷条件下的使用寿命计算 √
第20部分:胶合承载能力计算(也适用于斜齿轮和准双曲面齿轮)
闪温法(代替ISO/T R13898-1)
第21部分:胶合承载能力计算(也适用于斜齿轮和准双曲面齿轮)
积分法(代替ISO/T R13898-2)
第22部分:微点蚀承载能力计算(代替ISO/T R15144-1) √
第30部分:ISO 6336第1、2、3、5部分应用算例 √
第31部分:微点蚀承载能力计算算例(代替ISO/T R15144-2) √
齿轮齿根处(沿齿高方向)的最大拉应力不应超过材料许用弯曲应力,这是判定轮齿弯曲强度的
基础。这种拉应力发生在工作齿侧的“拉伸圆角”处。若载荷引发裂纹,通常会首先出现在产生压应
力的圆角内,即非工作齿侧的“压缩圆角”内。当加载方向为单向且为一般齿廓时,这种受压裂纹很
少扩展而引起齿轮失效。而源于拉伸圆角处的初始裂纹,最有可能发生裂纹扩展,最终引起齿轮
失效。
在齿轮运转过程中,轮齿承受双向载荷(如“惰轮”)时,可承受的载荷小于其可承受的单向载荷。在
这种情况下,整个应力变化范围是加载齿侧齿根圆角的拉应力的两倍以上,在确定其许用应力时应考虑
到这一点(见ISO 6336-5)。
当齿轮轮缘较薄,齿根处的厚度变窄(尤其是对于某些内齿轮)时,初始裂纹通常会出现在压缩
侧的圆角。由于在这种情况下,轮缘本身可能会发生疲劳断裂,因此有必要进行专门的研究。
见第1章。
几种计算临界齿根应力和评估相关影响系数的方法已有说明,见ISO 6336-1。
直齿轮和斜齿轮承载能力计算
第3部分:轮齿弯曲强度计算
重要提示---使用GB/T 3480本部分的用户应注意,当采用本部分的方法对大螺旋角(β >30°)和
大法向压力角(αn >25°)的齿轮进行计算时,计算结果需要凭经验确认,如方法A。
1 范围
GB/T 3480的本部分规定了具有一定轮缘厚度(外齿SR >0.5ht和内齿SR >1.75mn)的渐开线
圆柱内、外直齿轮和斜齿轮的弯曲应力计算的基本公式。本部分考虑了所有由齿轮传递的载荷所引起
的、能够定量评估的影响齿根应力的因素。在实际中,内齿轮可能会产生不同于齿轮弯曲疲劳的失效形
式,如裂纹从齿根圆开始沿径向向外扩展。本部分的计算结果不能确保对非弯曲疲劳失效形式具有足
够的安全性评估。
本部分包括了Hirt[11]、Strasser[14]和Brossmann[10]等人所进行的试验测试和理论研究内容。计算
结果与其他方法一致(参考文献[5]、[6]、[7]和[12])。本部分给出的公式适用于符合 GB/T 1356中由
基本齿条型刀具加工的圆柱齿轮齿廓,也可用于当量齿轮端面重合度εαn小于2.5并可与其他基本齿条
共轭的齿廓。
根据许用弯曲应力得出的承载能力称为“轮齿弯曲强度”。该强度的这种计算方法与其他类似的方
法结果一致,这一点在ISO 6336-1中的“范围”中已有说明。
如果本部分不适用,参考ISO 6336-1:2019的第4章。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡......
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