齿轮许用应力的优化方案

齿轮传动的许用应力与失效形式、材料及应力循环次数有关，由计算载荷算得的齿面或齿根的危险部位应力（即齿面接触应力、齿根弯曲应力）不允许超过一个界限，如此期望齿轮在实际使用期限内不发生提前失效。因此，许用应力只有通过齿轮强度试验来确定才有实际意义。具体方法是用标准试验齿轮在一定的试验条件下进行加载运转试验，以分别获得齿面接触疲劳强度下的极限应力σHlim和齿根弯曲疲劳强度下的极限应力σFlim，然后根据实际设计的齿轮传动工作条件和要求对其进行修正并考虑一定的安全余量得到许用应力[σH]、[σF]。

1. 许用接触应力

式中 σHlim—— 失效概率为1%时，试验齿轮的接触疲劳极限，由图6.12根据齿轮材料、热处理方式及齿面硬度查取。

KHN—— 接触疲劳强度计算的寿命系数。可根据齿轮应力循环次数N由图6.13查取。图中N0为应力循环基数，与疲劳曲线指数、材料及热处理方式有关。

N—— 所设计齿轮的应力循环次数，根据齿轮的转速n(r/min)、齿轮每转一圈，同一齿面（单齿侧）啮合的次数j、齿轮的工作寿命Lh（h），由下式来确定：

SH—— 许用安全系数。接触强度计算时，由于点蚀破坏后只是引起噪声、振动增大，并不会立刻导致严重后果，故一般取SH =1。

图6.12　齿轮材料接触疲劳极限σHlim

图6.13和图6.14中，每种材料共给出三条线（ME、MQ、ML），分别代表三个等级。其中ME代表材料品质和热处理质量很高时的极限应力线；MQ代表中等；ML代表达到最低要求。若没有特别说明材质状况和热处理质量，为安全起见，一般在MQ和ML之间取值。

若齿面硬度超过图中表示范围，可按外插法查取。

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图6.13　齿面接触疲劳强度寿命系数KHN

注：1—— 钢正火、调质或表面硬化，球墨铸铁、可锻铸铁，允许有局限性点蚀。
2—— 钢正火、调质或表面硬化，球墨铸铁、可锻铸铁。
3—— 钢气体氮化，灰铸铁。
4—— 钢调质后液体氮化。

2. 许用弯曲应力

式中 σFlim—— 齿根弯曲疲劳极限，由图6.15根据齿轮材料、热处理方式及齿面硬度查取。

KFN—— 齿根弯曲疲劳强度计算的寿命系数，可由图6.14查取。

图6.14　齿根弯曲疲劳强度寿命系数KFN

注：1—— 结构钢，调质钢，灰铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁。
2—— 渗碳硬化钢。
3—— 气体氮化钢。
4—— 钢调质后液体氮化。
SF —— 齿根弯曲疲劳强度计算的安全系数。因为一旦发生断齿，后果严重，故作弯曲疲劳强度计算时，一般取SF =1.25～1.5。

图6.15中为脉动循环时的弯曲极限应力，若实际弯曲应力按对称循环变化，则极限应力取图中查取值的 70%。

图6.15　齿轮材料弯曲疲劳极限σFlim