8 轮齿疲劳强度及其修正系数

8.1试验齿轮的疲劳极限σ_Hlim, σ_Flim

8.1.1 概述

σ_Hlim和σ_Flim是指某种材料的齿轮经长期持续的重复载荷作用后轮齿保持不失效时的极限应力。其主要影响因素有：材料成分，力学性能，热处理及硬化层深度、硬度梯度，结构（锻、轧、铸），残余应力，材料的纯度和缺陷等。

σ_Hlim和σ_Flim可由齿轮的负荷运转试验或使用经验的统计数据得出。此时需阐明线速度、润滑油粘度、表面粗糙度、材料组织等变化对许用应力的影响所引起的误差。

无资料时，可参考图22～图26根据材料和齿面硬度查取σ_Hlim和σ_Flim值。

图中的σ_Hlim和σ_Flim值试验齿轮的失效概率为1%时的轮齿接触疲劳和弯曲疲劳极限。对于其他失效概率和疲劳极限值，可用适当的统计分析方法得到。

图中硬化齿轮的疲劳极限值对渗碳齿轮适用于有效硬化层深度（加工后的）δ≥0.15m_n,对于氮化齿轮，其有效硬化层深度δ=0.4～0.6mm。

在σ_Hlim和σ_Flim的图中，给出了代表材料质量等级的三条线，其对应的材料处理要求见GB8539。

ML——表示齿轮材料质量和热处理质量达到最低要求时的疲劳极限取值线。

MQ——表示齿轮材料质量和热处理质量达到中等要求时的疲劳极限取值线。此中等要求是有经验的工业齿轮制造者以合理的生产成本能达到的。

ME——表示齿轮材料质量和热处理质量达到很高要求时的疲劳极限取值线。这种要求只有在具备水平的制造过程可控能力时才能达到。

MX——表示对淬透性及金相组织有特殊考虑的调质合金钢的取值线。

在选取材料疲劳极限时，除了考虑上述等级对材料质量热处理质量的要求是否有把握达到外，还应注意所用材料的性能、质量的稳定性以及齿轮精度以外的制造质量同图列数值来源的试验齿轮的异同程度。这在选取σ_Flim时尤为重要。要留心一些常不引人注意的影响弯曲强度的因素，如实际加工刀具圆角的控制，齿根过渡圆角表面质量及因脱碳造成的硬度下降等。有可能出现齿根磨削台阶而计算中又未计Y_sg时，在选取σ_Flim时也应予以考虑。

8.1.2 试验齿轮的接触疲劳极限σ_{H lim}

σ_{H lim}是指某种材料的齿轮以长期持续的重复载荷作用（对大多数材料其应力循环数为5×10⁷）后，齿面不出现进展性点蚀时的极限应力。

图22a,23a,24a,25a,26a中提供的σ_{H lim}值是试验齿轮在标准的运转条件下得到的。具体的条件如下：

中心距    a=100mm

螺旋角    β=0（Z_β=1）

模数     m=3～5mm

齿面的微观不平度10点高度    R_z=3μm(Z_R=1)

圆周线速度    υ=10m/s(Z_v=1)

润滑剂粘度    v₅₀=100mm²/s(Z_L=1)

相啮合齿轮的材料相同（Z_W=1）

齿轮精度等级  4～6级（GB10095-88）

载荷系数    K_A=K_V=K_Hβ=K_Ha=1

试验齿轮的失效判据如下：

对于非硬化齿轮，其大小齿轮点蚀面积占全部工作齿面的2%，或对单齿占4%；

对于硬化齿轮，其大小齿轮点蚀面积占全部工作齿面的0.5%，或者对单齿占4%。

8.1.3 试验齿轮的弯曲疲劳极限σ_Flim

σ_Flim是指某种材料的齿轮经长期的重复载荷作用（对大多数材料其应力循环数为3×10⁶）后，齿根保持不破坏时的极限应力。

图22b,23b,24b,25b,26b中提供的σ_Flim值是试验齿轮在标准的运转条件下得到的。具体的条件如下：

螺旋角  β=0（Y_β=1）

模数     m=3～5mm（Y_X=1）

应力修正系数  Y_ST=2

齿根圆角参数  q_s=2.5（Y_{δrel T}=1）

齿根圆角表面的微观不平度10点高度    R_z=10μm(Y_{δrel T} =1)

齿轮精度等级  4～7级（GB10095-88）

基本齿廓按GB1356-87

齿宽 b=10～50mm

载荷系数    K_A=K_V=K_Fβ=K_Fa=1