8 輪齒疲勞強度及其修正系數(shù)
8.1試驗齒輪的疲勞極限σHlim, σFlim
8.1.1 概述
σHlim和σFlim是指某種材料的齒輪經(jīng)長期持續(xù)的重復(fù)載荷作用后輪齒保持不失效時的極限應(yīng)力。其主要影響因素有：材料成分，力學(xué)性能，熱處理及硬化層深度、硬度梯度，結(jié)構(gòu)（鍛、軋、鑄），殘余應(yīng)力，材料的純度和缺陷等。
σHlim和σFlim可由齒輪的負荷運轉(zhuǎn)試驗或使用經(jīng)驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出。此時需闡明線速度、潤滑油粘度、表面粗糙度、材料組織等變化對許用應(yīng)力的影響所引起的誤差。
無資料時，可參考圖22～圖26根據(jù)材料和齒面硬度查取σHlim和σFlim值。
圖中的σHlim和σFlim值試驗齒輪的失效概率為1%時的輪齒接觸疲勞和彎曲疲勞極限。對于其他失效概率和疲勞極限值，可用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計分析方法得到。
圖中硬化齒輪的疲勞極限值對滲碳齒輪適用于有效硬化層深度（加工后的）δ≥0.15mn,對于氮化齒輪，其有效硬化層深度δ=0.4～0.6mm。
在σHlim和σFlim的圖中，給出了代表材料質(zhì)量等級的三條線，其對應(yīng)的材料處理要求見GB8539。
ML——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到最低要求時的疲勞極限取值線。
MQ——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到中等要求時的疲勞極限取值線。此中等要求是有經(jīng)驗的工業(yè)齒輪制造者以合理的生產(chǎn)成本能達到的。
ME——表示齒輪材料質(zhì)量和熱處理質(zhì)量達到很高要求時的疲勞極限取值線。這種要求只有在具備水平的制造過程可控能力時才能達到。
MX——表示對淬透性及金相組織有特殊考慮的調(diào)質(zhì)合金鋼的取值線。
在選取材料疲勞極限時，除了考慮上述等級對材料質(zhì)量熱處理質(zhì)量的要求是否有把握達到外，還應(yīng)注意所用材料的性能、質(zhì)量的穩(wěn)定性以及齒輪精度以外的制造質(zhì)量同圖列數(shù)值來源的試驗齒輪的異同程度。這在選取σFlim時尤為重要。要留心一些常不引人注意的影響彎曲強度的因素，如實際加工刀具圓角的控制，齒根過渡圓角表面質(zhì)量及因脫碳造成的硬度下降等。有可能出現(xiàn)齒根磨削臺階而計算中又未計Ysg時，在選取σFlim時也應(yīng)予以考慮。
8.1.2 試驗齒輪的接觸疲勞極限σH lim
σH lim是指某種材料的齒輪以長期持續(xù)的重復(fù)載荷作用（對大多數(shù)材料其應(yīng)力循環(huán)數(shù)為5×107）后，齒面不出現(xiàn)進展性點蝕時的極限應(yīng)力。
圖22a,23a,24a,25a,26a中提供的σH lim值是試驗齒輪在標(biāo)準的運轉(zhuǎn)條件下得到的。具體的條件如下：
中心距 a=100mm
螺旋角 β=0（Zβ=1）
模數(shù) m=3～5mm
齒面的微觀不平度10點高度 Rz=3μm(ZR=1)
圓周線速度 υ=10m/s(Zv=1)
潤滑劑粘度 v50=100mm2/s(ZL=1)
相嚙合齒輪的材料相同（ZW=1）
齒輪精度等級 4～6級（GB10095-88）
載荷系數(shù) KA=KV=KHβ=KHa=1
試驗齒輪的失效判據(jù)如下：
對于非硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的2%，或?qū)锡X占4%；
對于硬化齒輪，其大小齒輪點蝕面積占全部工作齒面的0.5%，或者對單齒占4%。
8.1.3 試驗齒輪的彎曲疲勞極限σFlim
σFlim是指某種材料的齒輪經(jīng)長期的重復(fù)載荷作用（對大多數(shù)材料其應(yīng)力循環(huán)數(shù)為3×106）后，齒根保持不破壞時的極限應(yīng)力。
圖22b,23b,24b,25b,26b中提供的σFlim值是試驗齒輪在標(biāo)準的運轉(zhuǎn)條件下得到的。具體的條件如下：
螺旋角 β=0（Yβ=1）
模數(shù) m=3～5mm（YX=1）
應(yīng)力修正系數(shù) YST=2
齒根圓角參數(shù) qs=2.5（Yδrel T=1）
齒根圓角表面的微觀不平度10點高度 Rz=10μm(Yδrel T =1)
齒輪精度等級 4～7級（GB10095-88）
基本齒廓按GB1356-87
齒寬 b=10～50mm
載荷系數(shù) KA=KV=KFβ=KFa=1
以上圖中的σFlim值適用于輪齒單向彎曲的受載狀況；對于受對稱雙向彎曲的齒輪（如中間輪、行星輪），應(yīng)將圖中查得σFlim值乘上系數(shù)0.7；對于雙向運轉(zhuǎn)工作的齒輪，其σFlim值所乘系數(shù)可稍大于0.7。
