齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法（GB/T14229-93）

一、主題內(nèi)容與適用范圍

    本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定漸開線圓柱齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，以確定齒輪接觸承載能力所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼、鑄鐵制造的漸開線圓柱齒輪由齒面點(diǎn)蝕損傷而失效的試驗(yàn)。其它金屬齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)可參照使用。

二、引用標(biāo)準(zhǔn)

GB1356漸開線圓柱齒輪基本齒廓

GB3480漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法

GB8539齒輪材料及熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的一般規(guī)定

GB10095漸開線圓柱齒輪精度

ZBJ17003工業(yè)齒輪潤滑油選用方法

三、主要代號(hào)

本標(biāo)準(zhǔn)中主要代號(hào)、意義及單位見表1。

表1

四、試驗(yàn)方法

   確定齒輪接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)在齒輪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)齒輪的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。當(dāng)齒面出現(xiàn)接觸疲勞失效或齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到規(guī)定的循環(huán)基數(shù)N。而未失效時(shí)（以下簡稱“越出”），試驗(yàn)終止并獲得齒面在試驗(yàn)應(yīng)力下的一個(gè)壽命數(shù)據(jù)。當(dāng)試驗(yàn)齒輪及試驗(yàn)過程均無異常時(shí)，通常將該數(shù)據(jù)稱為“試驗(yàn)點(diǎn)”。根據(jù)不同的試驗(yàn)?zāi)康?，選擇小列不同的試驗(yàn)點(diǎn)的組合，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理，確定試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞特性曲線及接觸疲勞極限應(yīng)力。

（1）常規(guī)成組法

    常規(guī)成組法用于測定試驗(yàn)齒輪的可靠度-應(yīng)力-壽命曲線（即R-S-N曲線），求出試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力。

試驗(yàn)時(shí)取4～5個(gè)應(yīng)力級(jí)，每個(gè)應(yīng)力級(jí)不少于5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（不包括越出點(diǎn)）。最高應(yīng)力有中的各試驗(yàn)點(diǎn)的齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)不少于1×10⁶。最高應(yīng)力級(jí)與次高應(yīng)力級(jí)的應(yīng)力間隔為總試驗(yàn)應(yīng)力范圍的40%～50%，隨著應(yīng)力的降低，應(yīng)力間隔逐漸減少。最低應(yīng)力級(jí)至少有一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)越出。

（2）少試驗(yàn)點(diǎn)組合法

    少試驗(yàn)點(diǎn)組合法通常用于測定S-N曲線或僅測定極限應(yīng)力。

試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)點(diǎn)總數(shù)為7～16個(gè)。測定S-N曲線時(shí)，應(yīng)力級(jí)為4～10個(gè)，每個(gè)應(yīng)力級(jí)取1～4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。

測定極限應(yīng)力時(shí)可采用升降法。

采用正交法進(jìn)行對比試驗(yàn)時(shí)，每個(gè)對比因素至少有3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。

五、試驗(yàn)條件及試驗(yàn)齒輪

（1）齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)按下述規(guī)定的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)齒輪進(jìn)行（對比試驗(yàn)的研究對象除外），上此可確定試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力σ_Hlim。

1、試驗(yàn)條件

A、試驗(yàn)機(jī)

試驗(yàn)應(yīng)使用功率流封閉式結(jié)構(gòu)的齒輪試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)的性能校核見表A（補(bǔ)充件）。試驗(yàn)機(jī)的中心距一般為90～150mm，試驗(yàn)齒輪線速度為8～16m/s。試驗(yàn)機(jī)的精度應(yīng)不低于試驗(yàn)齒輪所要求的精度，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有以下基本功能：

a.齒輪斷齒時(shí)自動(dòng)停機(jī)；

b.有保證齒輪良好潤滑的循環(huán)噴油潤滑系統(tǒng)；

c.有潤滑油油墨度控制裝置，回油溫度控制在60℃以下；

d.有循環(huán)次數(shù)記錄裝置，其記錄誤差不大于±0.1%。

5.1.1.2潤滑油

按ZB J17 003進(jìn)行潤滑油的選擇的保養(yǎng)。一般情況下試驗(yàn)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月應(yīng)進(jìn)行潤滑油的取樣檢查。

B、試驗(yàn)齒輪

試驗(yàn)齒輪模數(shù)的選擇應(yīng)保證在試驗(yàn)中不出現(xiàn)彎曲疲勞斷齒，通常取m=3～8mm。螺旋角β=0°,齒數(shù)比u=1.2～1.5(小齒輪為主動(dòng)輪)，試驗(yàn)齒輪副材料相同，工作齒寬b＞0.05a（中心距，mm），表面粗糙度R_Z=2～5μm，精度為GB10095的4～6級(jí)，基本齒廓應(yīng)符合GB1356的規(guī)定。

試驗(yàn)齒輪的材料、熱處理及加工檢測見附錄B（補(bǔ)充件）。

2、齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)也可在試驗(yàn)條件和試驗(yàn)齒輪參數(shù)與產(chǎn)品齒輪工況和參數(shù)一致或相近的條件下進(jìn)行。

六、接觸疲勞失效判據(jù)

一、失效判別方法

齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)是以齒面點(diǎn)蝕損傷程度作為接觸疲勞失效的判據(jù)。判別方法有以下兩種：

a.單齒點(diǎn)蝕面積率

R_S=A_S/A_SW…………………………（1）

式中：R_S——單齒點(diǎn)蝕面積率，%；

A_S——試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面上點(diǎn)蝕面積之和，mm²；

A_SW——試驗(yàn)齒輪單個(gè)齒面的工作表面積，mm²。

b.齒輪副點(diǎn)蝕面積率

R_T=A_1T/A_1TW+A_2T-/A_2TW…………………………（2）

式中：R_T——齒輪副點(diǎn)蝕面積率，%；

A_1T——試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和，mm²；

A_2T——試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪全部點(diǎn)蝕面積之和，mm²；

A_1TW——試驗(yàn)齒輪副主動(dòng)輪各齒工作表面積之和，mm²；

A_2TW——試驗(yàn)齒輪副被動(dòng)輪各齒工作表面積之和，mm².

二、失效判別準(zhǔn)則

1、非表面硬化齒輪，點(diǎn)蝕一般總是在所有齒面上出現(xiàn)。當(dāng)試驗(yàn)齒輪副的硬度相等或相近時(shí)，它們的點(diǎn)蝕損傷極限為：

R_T=2%…………………………（3）

當(dāng)試驗(yàn)齒輪齒輪副點(diǎn)蝕面積率達(dá)到式（3）的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，即判定該齒面失效。

2、表面硬化齒輪，包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、火焰或感應(yīng)淬火的齒輪，點(diǎn)蝕一般在少數(shù)齒上出現(xiàn)。它們的點(diǎn)蝕損傷極限為：

R_S=4%………………………………（4）

或

R_T=0.5%…………………………（5）

當(dāng)試驗(yàn)齒輪點(diǎn)蝕面積率達(dá)到式（4）或式（5）的點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，即判定該齒面失效。

3、非表面硬化的試驗(yàn)齒輪循環(huán)基數(shù)N₀=5×10⁷。表面硬化的試驗(yàn)齒輪循環(huán)基數(shù)N₀≥5×10⁷。當(dāng)齒面應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到循環(huán)基數(shù)N₀-，而齒面點(diǎn)蝕損傷速度未達(dá)到點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)，試驗(yàn)停止，判定該試驗(yàn)點(diǎn)越出。

七、試驗(yàn)步驟

7.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備

7.1.1按5.1條進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)前應(yīng)按附錄A（補(bǔ)充件）的規(guī)定進(jìn)行齒輪試驗(yàn)機(jī)的性能校驗(yàn)。

7.1.2清洗試驗(yàn)齒輪后目測檢查，齒面不得有腐蝕，銹蝕或其它形式的損傷。對試驗(yàn)齒輪、輪齒及齒面進(jìn)行編號(hào)。

7.1.3試驗(yàn)齒輪安裝后應(yīng)檢查齒面接觸情況，按5.1條進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)加載至試驗(yàn)載荷，齒面沿工作齒寬方向接觸斑點(diǎn)不小于90%，沿齒高方向接觸斑點(diǎn)不小于80%。

7.2預(yù)備性試驗(yàn)

預(yù)備性試驗(yàn)是為了確定試驗(yàn)的應(yīng)力級(jí)，一般可通過測定一條S-N曲線來估計(jì)疲勞區(qū)的應(yīng)力范圍和極限應(yīng)力，并根據(jù)4.1條的要求確定應(yīng)力級(jí)。

7.3試驗(yàn)過程的監(jiān)控

7.3.1試驗(yàn)中應(yīng)經(jīng)常檢查試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況并控制油溫。對靜態(tài)加載的試驗(yàn)機(jī)應(yīng)根據(jù)卸載情況確定重新加載的時(shí)間間隔，并作詳細(xì)記錄。

7.3.2根據(jù)試驗(yàn)齒輪的接觸應(yīng)力大小確定齒面檢查時(shí)間間隔。試驗(yàn)初期限可用10倍放大鏡觀察齒面，發(fā)現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕損傷后應(yīng)及時(shí)根據(jù)損傷形貌及擴(kuò)展趨勢縮短檢查的時(shí)間間隔，以便準(zhǔn)確記錄達(dá)到齒面點(diǎn)蝕損傷極限時(shí)的循環(huán)次數(shù)，若檢查齒面時(shí)點(diǎn)蝕面積率已超過點(diǎn)蝕損傷極限，則取該段時(shí)間隔的一半作為該間隔達(dá)到齒面失效時(shí)的時(shí)間。

7.3.3對點(diǎn)蝕損傷的形貌，在齒面上的位置、該齒面的齒序號(hào)及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)進(jìn)行跟蹤檢查，并作描述和記錄。必要時(shí)進(jìn)行復(fù)膜或照相。

7.3.4在試驗(yàn)過程中，若沒有出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕面出現(xiàn)了其它損傷，如非正常磨損、膠合等，則應(yīng)仔細(xì)記錄它們的變化情況，并應(yīng)改善潤滑條件及運(yùn)轉(zhuǎn)條件。當(dāng)出現(xiàn)中等磨損、中等膠合工出現(xiàn)輪齒斷齒時(shí)，應(yīng)判為非接觸疲勞失效，該數(shù)據(jù)不能作為試驗(yàn)點(diǎn)。

7.4補(bǔ)充試驗(yàn)點(diǎn)

同一應(yīng)力級(jí)的試驗(yàn)點(diǎn)做完后應(yīng)時(shí)行分布檢驗(yàn)[見附錄C（補(bǔ)充件）]，若分布函數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)不能滿足最小值的要求時(shí)，需補(bǔ)充試驗(yàn)點(diǎn)。

7.5失效分析

八、試驗(yàn)齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算