直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第20部分：胶合承载能力计算 闪温法

GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-201直齿轮和斜齿轮承载能力计算第20部分：胶合承载能力计算闪温法该基本概念适用于所有具有移动接触区的机械元件。闪温计算公式适用于带状或近似带状的赫兹接触区和特征为足够高的佩克莱特（Péclet）数的工ISO1122-1齿轮术语和定义第1部分：几何学定义（Vocabularyofgearterms—Part1:Definitionsrelatedtogeometoflanksofgearteeth）ofloadcapacityofspurandhelicalgears—Part1:Basicprinciples,introductionandgeneral1SO10825齿轮轮齿磨损和注：GB/T3481—1997齿轮轮齿磨损和损伤术语（ISO3.2符号和单位BM、cγ和XM单位出现了米和毫米或毫米和微米的混合使用。A aBMBM1GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-202BM2bCeffCf2J/(kg·K)J/(kg·K)N/(mm·µm)da1da2d1d2ErN/mm2E1N/mm2E2N/mm2FexNFnNFtNH1H2KA—KBα—KBβ—KHα KHβ—Kmp—Kv GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-3n1Pé1—Pé2 Ra1Ra2SB—SFZG u— N/mmN/mmXbut,Γ—Xbut,A—Xbut,E—XG—XJ—XL—XMXmp—XR—XS GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-204Xw—XαβXΓ—XΘ—z1 z2—°°°αwn°°°β°βb°βw°ΓA ΓAA—ΓAB—ΓAU—ΓB—ΓBB—ΓD ΓDD—ΓDE—ΓE—ΓEE—ΓEU—ΓM—Γy —— GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-5——mPa·sKKKKKKcµ—µm— —ρy1ρy2Φ°4胶合和磨损GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-206合后，由于振动而引起更大的动载荷，振动通常会导致进一步的胶合、点蚀或轮齿断本文件所描述的方法不适用于评价“冷胶合”，一般来说，冷胶合发生在低速（节圆线速度小于4在液体润滑油的条件下，全力的钢件接触滑动的润滑条件系数约为0.1，单位磨损率（即单位法向力、单位滑动距离下的体积磨损量）为10-2mm3/（N·m10-6mm3/（N·m）。当vg不大于S点处的滑动速度值且载荷Fn提高进入到Ⅱ区后，即转入第二种润滑状况。这种轻度磨损的润滑条件具有如下特征：摩擦系数为0.3～0.4，单位磨损率为1mm3/（N·m5mm3/（N·m）。）；GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-207擦系数等于0.4~0.5。与I区和Ⅱ区相比磨损率极高，为100mm3/（N·m面呈现严重的胶合。另外，如果滑动速度大于S点，大量的证据显示，A1-S-A3线的位置取决于润滑油的黏度[20]和赫兹接触应力[1使用了“边界弹流动压润滑”[17]这一机构等。这个转换图适用于四球试验和柱—环试验的结上升到接触温度498°C（此时vg=10m/s）。这个特性充分表明部分）弹流体润滑的破坏并不是在恒的增加，承载能力明显下降，这应该是粘度下降所致[20][22][23][24]度粘着磨损）与钢的材料相关，这可能涉及到材料的热弹性的不稳定性[26][274.3初期胶合的摩擦个温度是测量的本体温度28℃与计算的闪温470℃之和。在闪温的计算过程中，摩擦的值，即μ=0.35。若此法用于柱-环试验和齿轮传动设计，应保证接触温度临界值和闪温计算用摩擦系——按照润滑油的不同，当摩擦系数取值在μ=0.25和μ=0.35之间时，偏精确；以及此，每一种临界温度应由能够模拟齿轮装置实际运行状况的试验引言已有说明，接触温度是接触面的本体温度(ΘMi见5.4）和闪温(Θfl见5.2）之和，给出=ΘMi+Θfl···············GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-208Θflmax——Θfl的最大值，仅位于啮入或啮值可以从某个齿轮胶合测试中评估出来，也可以通过现场调查5.2闪温公式Blok[8][10][12][28]最普通的闪温公式，针对近似的μm——平均摩擦系数（见第6章XM——热弹系数（见附录A）XM=50KN-3/4·s-1/2·m-1/2·mm通常适用于钢材；XJ——啮入系数（见第8章Xγ——载荷分担系数（见第9章n1——小轮转速，单位为转每分钟（min-1GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-9ρrely——局部相对曲率半径，单位为毫米（mm计算按公式（6ely=··························ρy1——小轮齿面局部曲率半径，单位为毫米（mm计算按公式（7Py1 ρy2——大轮齿面局部曲率半径，单位为毫米（mm计算按公式（8.a.sinαwt··································································两个佩克莱特数必须足够高[如公式（9）和公式（10）]，才能适用所有发生莱特数较低时，热量从接触带流向整个轮齿，引起温度分布不均，此时公式（3公式ρM1——小轮材料密度，单位为千克每立方米（kg/m3ρM2——小轮材料密度，单位为千克每立方米（kg/m3λM1——小轮的热传导率，单位是牛顿每秒开尔文[N/(s·K)]；对于圆柱齿轮，sinγ1=sinγ2=1。wBt=KA.KV.KBβ.KBα.Kmp.FtFt——节圆上的名义切向力，单位为牛顿（NKA——使用系数（根据ISO6336-1Kv——动载系数（根据ISO6336-1KBβ=KHβ KBα——齿间载荷分配系数（根据ISO6336-1计算KBα=KHα ——对于具有np（np≥3）个行星齿轮的行星齿轮传动，计算按公式（14——在满载的情况下，具有轴扭转角Φ的双联齿轮，计算按公式（15GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20 Kmp=1+Kmp=1 ——在每一个热源中，流体摩擦取决于各种运行条件下的润滑油黏度；——所有的热源的热量都是相互关联的，通——热网络类比法[14]。接触面的本体温度(ΘMi）可以适当地取两个接触轮齿的整体本体温度ΘM1和θM2的平均值。公式·······························ΘM=Θoil+0.47.XS.Xmp.Θflm··························································(20)XS——对于附加喷油润滑冷却的润滑，取1XS——对于为了达到足够的冷却而将齿轮浸没在油中时，取0.2；Xmp=···································GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20一些重要的影响因素，例如，用于确定啮入黏度和润滑状态平均摩擦系数(µm）取决于啮合线的几何参数、注：平均摩擦系数被定义为沿啮合线的局部摩擦系数的平均值。虽然在有些很小的影响量可能被略去，影响量的数目可能如果在计算开始时还不知道本体温度，通常加工条件下的平均摩擦系数可通过公式（23）来计算：=0.060.0.2.XL.XR················································wBt——端面单位载荷[见公式（11）]，单位为vgΣC——节点的切向速度之和，单位为vgΣC=2.vt.sinαwt····································································(24)ρrely——端面相对曲率半径，单位为毫米（mm见公式（6Γγ=0−0.05GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20ηoil——油温Θoil下的动力黏度XR——粗糙度系数，计算见公式（260.25·····························Ra1——跑合前的小轮的齿面表面粗糙度（Ra单位为微米(μm充分跑合后，Ra1可以降低到Ra2——跑合前的大轮的齿面表面粗糙度（Ra单位是微米(μm充分跑合后，Ra2可以降低到啮合线上的点由无量纲线性参数Γy表示，啮合线与小轮基圆的切点的Γy值为-1，节点[29−1···········································································−1···············································其中，齿顶压力角由公式（32）和公式（3GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-·························································≥0时XJ=1 当Γy＜0时，且XJ≥1XJ=1+当Γy≤0时XJ≥1 当Γy＞0时，且XJ≥1XJ=1+Ceff——最佳齿顶修缘量（见附录B单位为微米(µmCa1——小轮的齿顶修缘量，单位为微米(µm）；Ca2——大轮的齿顶修缘量，单位为微米(µm9载荷分担系数，XΓ有端面单对齿啮合区。由于动载荷不规则的位置变化可能引起端面单对齿啮合区的扩担系数与支撑系数（Xbut,Γ)一起考虑。GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20图4齿廓未修形且公差等级A≤7的直齿轮的载荷分担系数≤Γy<ΓB时，≤Γy≤ΓD时， 当ΓD<Γy≤ΓB时，载荷分担系数（Xг)见图6～图8，计算按公式（41公式（53）。GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-≤Γy≤ΓB时，当ΓB<Γy<ΓD时， 当ΓD≤Γy≤ΓE时，图7大轮齿顶和/或小轮齿根有适当齿当ΓA≤Γy≤ΓAB时，当ΓAB<ry<ΓB时，当ΓB≤Γy<ΓD时， 当ΓD≤Γy≤ΓDE时，当ΓDE<Γy≤ΓE时，GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20当ΓA≤Γy≤ΓAB时，当ΓAB≤Γy≤ΓB时，当ΓB<Γy<ΓD时， 当ΓD<Γy≤ΓDE时，当ΓDE<Γy≤ΓE时，9.4支撑系数（Xbut,Γ)图9支撑系数（Xbut,Γ)支撑系数以Xbut,Γ表示（见图9AU点和EU点计算按公式（54Xbut,Γ计算按公式（55公式ΓAU−ΓA=ΓE−ΓEU=0.2mm.sinβb····················································(54)及当εβ≥1.0时GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20X=X=1.3but,Abut,E·············································当εβ<1.0时Xbut,A=Xbut,E=1+0.3.εβ·········································Xbut,AU=Xbut,EU=1.0··当ΓA≤ry<ΓAU时，Xbut,Xbut,A−·····················································当ΓAB≤Γy≤ΓEU时，Xbut,Γ=1.0当ΓEU<Γy≤ΓE时，Xbut,Xbut,E−·····················································GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20载荷分担系数是通过将第9章中的XΓ与9.4中的支撑系数β1X=.XΓεαbut,Γ······························································小轮的齿顶修缘在DE-E（相对于A-AB）范围内减少XΓ,在AB-DE范围内（见图15～图17）增加XΓ。假设接触路径两端的A-AB和DE-E的齿顶修缘的长度相等，并使空载齿轮的端面重合度εα=1GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-对于ΓA≤Γy≤ΓAB，对于ΓAB<Γy≤ΓDE，····················对于ΓDE<Γy≤ΓE，对于ΓA≤Γy≤ΓAB，对于ΓAB<Γy≤ΓDE，······························对于ΓDE<Γy≤ΓE，.Xbut,GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20ΓA≤Γy≤ΓAB，.Xbut,ΓAB<Γy≤ΓDE，········································ΓDE<Γy≤ΓE，9.90.8<εβ＜1.2的斜齿轮<εβ＜1.2的斜齿轮，XΓ应在εβ=0.8（齿廓无修形时见9.5，齿廓有修形时见9.6）的载荷分担系数XΓ和—润滑剂—材料”组成的单元的一个特征值。该值是由采用相同的“材料—润滑剂10.2组织系数ΘS=ΘMT+XW.ΘflmaxT·································································(72)θMT——试验齿轮的本体温度，单位是摄氏度(°CGB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20XW——组织系数（见表3）。XW10.3接触暴露时间=························2=······················对于tmax<tcΘS=ΘSc+XΘ.XW.(tc−tmax) 对于tmax≥tc ΘSc——长接触时间下的胶合温度，单位是摄氏度(℃);XΘ——胶合温度的梯度，单位为开尔文每微秒（K/µsXW——组织系数；tc——曲线拐点处的接触暴露时间，单位为微秒(µstmax——啮合齿的接触暴露时间，单位为微秒(µs）。GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-2010.4齿轮试验的胶合温度胶合温度能在齿轮试验中确定，如Ryder[33]、FZG-Ryder[34]、FZGL-42、······Θ=80+(0.85+1.4.XW).XL.(SFZG)2······································XW——组织系数（见表3XL——润滑系数[见公式（26）]；SFZG——FZGA/8.3/90试验的载荷级，这里指的是发生胶合的载荷级。然而，油的参数变化容易引起SFZG更大的变化，假设在换油间隔期间油品有一定程度的变质，载10.5安全范围选择合适的安全范围时，宜谨慎确定，尤其是节线速度较高的齿轮传在接触暴露时间（tmax）很短的情况下，安全条件是基于胶合温度的增加(ΘS>ΘSc见10.3接触暴露时间（tmax）不应增加，除非适时降低传动ΘS——胶合温度，单位为摄氏度(℃);ΘBmax——最大接触温度，单位为摄氏度(℃);Θoil——油温，单位为摄氏度(℃)。GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20A.1概述），），为了确定最大闪温点/值，实际的椭圆接触区可以用一个带状接触区代替，带状接触区某些情况下，对于细长的点接触，应使用赫件下，对于实际足够长的椭圆接触，希望实际最大闪温发生在接近短轴的一个点上。对于替代带状接触且切向速度方向不同时，Blok[8][10][12][28]的闪温公式见公式（A.1GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20µm——平均摩擦系数；XJ——啮入系数（见第8章XΓ——载荷分担系数（见第9章）；wBn——法向单位载荷，单位为牛顿每毫米（N/mm见公式wBn=·······························αwn——法面啮合角，单位为度(°),见公式（A.3）：αwn=arcsin(sinαwt.cosβb)···························(A.3)βw——啮合螺旋角，单位为度(°),见公式（A.4）：=arctan·······························bH——赫兹接触半宽，单位为毫米（mm）；vg1——小轮切向速度，单位为米每秒（m/svg2——大轮切向速度，单位为米每秒（m/sγ1——小轮切向速度的方向角，单位为度(°);γ2——大轮切向速度的方向角，单位为度(°)。适用于圆柱齿轮传动的闪温公式，如公式（A注：为了避免旋转频率单位的不正确表达，公式用节线速度和中心距表示，而不是更符合逻辑的旋转.XM.XJ.XG.0.75.····················XM）；XJ——啮入系数（见第8章XG——几何系数；GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20），XG=0.51.Xαβ0.5.·····················XΓ——载荷分担系数（见第9章），Xαβ=1.22.(sinαwt)0.25.(cosαwt)−0.然而，角度系数Xαβ接近于1（见表A.1），其近似值可取为1.00。β=0°β=10°β=20°β=30°18°20° 22°24°26°28°———A.4热弹系数XM=E.25.··················Er——当量弹性模量，单位为牛每平方毫米（N/mm2），如公式（A.10）所示：GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20··························E1——小齿轮材料的弹性模量，单位为牛顿每平方毫米（N/mm2E2——大齿轮材料的弹性模量，单位为牛顿每平方毫米（N/mm2M10.5······························(M20.5······························(A.12)E0.25····································E0.25····································对于马氏体钢，λM的范围为41N/(s·K)～52N/(s·K)，ρM·cM大约是3.8N/(mm2·K)，所以N/(mm·s1/2·K)，不会引入太大的误差。对于由代表性钢制XM=50.0K.N-3/4.s1/2.m-1/2.mm························(A.14)GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20如果齿廓需要修形，应通过设计和制造会得到合适的修形量，以满足均载要求。如图6所示。小轮和大轮的最佳齿顶修缘量的近似计算如公Ceff=·······················Ceff=·································KA——使用系数；Kmp——分支系数（见5.3Ft——切向力，单位为牛（N）；b——齿宽，单位为毫米（mmαt——端面压力角，单位为度(°);cγ——啮合刚度，单位为牛每毫米微米[N/(mm·µm)]。εα＜1例如计算εα时假定的齿顶圆直径等于修缘区开始的直径）。为齿顶修缘量和相啮齿轮的偏向齿体内的齿根修形量之和，见公式（B.2）和公式（B.3+Cf22····························=Ca2+Cf12····························对于圆柱形齿轮，见公式（B.4）和公式）：.············(B.4)−.···············(B.5)mn——法向模数，单位为毫米（mmda1——小轮的齿顶圆直径，单位为毫米（da2——大轮的齿顶圆直径，单位为毫米（a——中心距，单位为毫米（mmαwt——端面啮合角，单位为度(°);ΓE——啮合线上E点的参数。GB/Z3480.20—XXXX/ISO/TS6336-20[1]ISO53Cylindricalgearsforgeneralandheavyengineering—Standardbasicracktoothprofile[2]ISO701:1998Internationalgearnotation—Symbolsforgeometricaldata[3]ISO6336-2Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgears—Part2:Calcu[4]ISO6336-3Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgears—Part3:Calcbendingstrength[5]ISO6336-5Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgears—Part5:Strengthandqualityofmaterials[6]ISO6743-6Lubricants,industrialoilsandrelatedproducts(classL)—Classification—Pa[7]ISO14635-1Gears—FZGtestprocedures—Part1:FZGtestmethodA/8,3/90forrelativescuffingload-carryingcapacityofo[8]BlokH.Lestempératuresdesurfacedanslesconditionsdegraissagesouspressionsextrêmes.Proc.2ndWorldPetroleumCongress,Paris,1937,sect[9]BlokH.,Measurementoftemperatureflashesongearteethunderextremepressureconditions.Proc.[10]BlokH.,Theoreticalstudyoftemperatureriseatsurfacesofactualcontactunderoilinesslubricatingconditions.Proc.GeneralDisc.Lub[11]BlokH.,Surfacetemperaturemeasurementsongearteethunderextremepressurelubricatingconditions.PowerTr[12]BlokH.Lubricationasageardesignfactor.Proc.Int.Conf.onGearing,London,1[13]BlokH.Thepostulateabouttheconstancyofscoringtemperature.Interdisciplinaryapproachtothelubricationofconcentratedcontacts.Proc.NASASymp.Interdiscipl.approachtothel[14]BlokH.Thermalnetworkforpredictingbulktemperaturesingeartransmissions.Proc.7thRoundtranslationintoFrench,seeBulletinno.59,3-13,Soc[15]BlokH.Thermalinstabilityofflowinelasto-hydrodynamicfilmsasacauseforcavitation,collapseandscuffing.Leeds-LyonSymp.,Univ.ofLeeds,1974.[16]SalomonG.,Failurecriteriai[17]CzichosH.,Failurecriteriainthinfilmlubrication;investigationsofthedifferentstagesoffilmfailur[18]BegelingerA.,deGeeA.W.J.,LubricationofslidingpointcontactsofAISI52100steel-theinfluence[19]BolaniG.,FailurecriteriainthinfilmlubricationwithE[20]BegelingerA.,deGeeA.W.J.,ThinfilmlubricationofslidingpointcontactsofAISI52100steel.Wear,[21]FowleT.I.Gearlubrication:relatin[22]BegelingerA.,deGeeA.W.J.,Failureofthinfilmlubrication-adetailedstudyofthelubricantfilm[23]CzichosH.,Influenceofasperitycontactconditionsonthefailureofslidingelastoh[24]Schi