齿轮疲劳极限及许用应力检测方法

齿轮的许用应力[σ]是以试验齿轮在特定的条件下经持久疲劳试验测得的疲劳极限应力σlim，并考虑实际齿轮与试验条件的差别和应力循环次数的影响及可靠度要求，对σlim进行适当的修订而得出的。

本书用的试验齿轮的疲劳极限是用中心距a=100 mm，模数m=3～5 mm，压力角α=20°，齿宽b=10～50 mm，线速度v=10 m/s，齿面粗糙度Ra 为0.8 μm 的直齿圆柱齿轮副试件，在完全弹性范围内承受脉动循环变应力，按失效概率为1%，经永久疲劳试验而确定的。对一般的齿轮传动，因绝对尺寸、齿面粗糙度、圆周速度及润滑等对实际齿轮的疲劳极限的影响不大，通常都不予考虑，故只需要考虑应力循环次数的影响即可。

齿轮的齿面接触许用应力和齿根的弯曲许用应力，分别按下式进行计算：

齿面接触疲劳许用应力为

齿根弯曲疲劳许用应力为

式中　KHN、KFN——齿面接触疲劳寿命系数和齿根弯曲疲劳寿命系数，按应力循环次数N=60 njLh；其中，n 为齿轮转速，r/min；j 为齿轮转一转时同侧齿面的啮合次数；Lh 为齿轮的工作寿命，h，分别查图8.6 和图8.7；

图8.6　齿面接触疲劳寿命系数KHN（当N>NC 时，可根据经验在网纹区内选取KHN值）

1—允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；渗碳淬火的渗碳钢
2—结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁
3—灰铸铁；球墨铸铁（铁素体）；渗氮的渗氮钢；调质钢、渗碳钢
4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢

SH、SF——齿面接触疲劳安全系数和齿根弯曲疲劳安全系数，可查表8.2；(www.xing528.com)

表8.2　安全系数SH、SF

图8.7　齿根弯曲疲劳寿命系数KFN（当N>NC 时，可根据经验在网纹区内选取KFN值）

1—调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁
2—渗碳淬火的渗碳钢；全齿廓火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁
3—渗氮的渗氮钢；球墨铸铁（铁素体）；灰铸铁；结构钢
4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢

σHlim、σFlim——齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限，可分别查图8.8 和图8.9。若硬度超出图中线范围，可按外插法近似查取；当轮齿承受对称循环应力时，其弯曲疲劳极限应力应将图8.8 中的值乘以0.7。图中，极限应力均为齿轮材料品质和热处理质量达到中等要求时的取值线。由于材料的品质和加工过程不尽相同。对齿轮材料品质和热处理要求很高的疲劳强度极限可参考GB/T 3480—2008 的强度极限图进行取值。

图8.8　试验齿轮的接触疲劳极限σHlim

图8.9　试验齿轮的弯曲疲劳极限σFlim

夹布塑胶的齿面接触疲劳许用应力[σH]=50 MPa，齿根弯曲疲劳许用应力[σF]=50 MPa。