7載荷及一般影響系數(shù)
7.1名義切向力Fmt
錐齒輪的名義切向力Fmt作用于齒寬中點端面分度圓上，由其所傳遞的名義功率P確定。
名義切向力Fmt按式（1）計算：
Fmt=2000·T/dm(N)…………………………（1）
式中：dm——齒寬中點分度圓直徑，mm；
T——名義轉(zhuǎn)矩，N·m；
其中：
T=9549P/n(N·m)………………………………（2）
式中：P——名義功率，kW；
n——轉(zhuǎn)速，r/min。
通常，名義轉(zhuǎn)矩（或名義功率）是指工作機的額定轉(zhuǎn)矩（或額定功率）。如果原動機的額定轉(zhuǎn)矩（或額定功率）與從動的工作機相匹配的話，亦可作為確定名義轉(zhuǎn)矩（或名義功率）的根據(jù)。
7.2使用系數(shù)KA
使用系數(shù)KA是考慮由于齒輪嚙合外部因素引起的動力過載影響的系數(shù)。這種過載取決于原動機與工作機的工作特性、質(zhì)量比、聯(lián)軸器類型以及運行特態(tài)。
使用系數(shù)KA應(yīng)通過精密測量或?qū)鲃酉到y(tǒng)進行全面分析來確定。當精確分析不能實現(xiàn)時，可參考表2查取。
表2使用系數(shù)KA
|
原動機工作特性 |
工作機工作特性 |
|
均勻平穩(wěn) |
輕微振動 |
中等振動 |
強烈振動 |
|
均勻平穩(wěn)
輕微振動
中等振動
強烈振動 |
1.00
1.10
1.25
1.50 |
1.25
1.35
1.50
1.75 |
1.50
1.60
1.75
2.0 |
1.75
1.85
2.0
2.25 |
注：①表中數(shù)值僅適用于在非共振速度區(qū)運轉(zhuǎn)的齒輪裝置。對于在重載運轉(zhuǎn)，起動力矩大，間歇運行以及有反復(fù)振動載荷等情況，就需要校核靜強度和有限壽命強度。
②對于增速傳動，根據(jù)經(jīng)驗建議取上表值的1.1倍。
③當外部機械與齒輪裝置之間有撓性連接時，通常KA值可適當減小。
表2中原動機的工作特性可參考表3。工作機的工作特性可參考表4。
表3原動機工作特性示例
|
工作特性 |
原機動 |
|
均勻平穩(wěn)
輕微振動
中等振動
強烈振動 |
電動機（例如直流電動機）、均勻運轉(zhuǎn)的蒸汽輪機、燃汽輪機（小的，啟動力矩很�。�
蒸汽輪機、燃汽輪機、液壓裝置、電動機（經(jīng)常啟動、啟動扭矩較大）
多缸內(nèi)燃機
單缸內(nèi)燃機 |
表4工作機工作特性示例
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工作特性 |
工作機 |
|
均勻平穩(wěn) |
發(fā)電機、均勻傳送的帶式運輸機或板式運輸機、螺旋輸送機、輕型升降機、包裝機、機床
進刀傳動裝置、通風機、輕型離心機、離心泵、輕質(zhì)液體拌和機或均勻密度材料拌和機、剪
切機、沖壓機1）、回轉(zhuǎn)齒輪傳動裝置、往復(fù)移動齒輪裝置2） |
|
輕微振動 |
不均勻傳動（例如包裝件）的帶式運輸機或板式運輸機、機床的主驅(qū)動裝置、重型升降機、起
重機中回轉(zhuǎn)齒輪裝置、工業(yè)與礦用風機、重型離心機、離心泵、稠粘液體或變密度材料的拌和
機、多缸活塞泵、給水泵、擠壓機（普通型）、壓延機、轉(zhuǎn)爐、軋機3）（連續(xù)鋅條、鋁條以及
線材和棒料軋機） |
|
|
橡膠擠壓機、橡膠和塑料作間斷工作的拌和機、球磨機（輕型）、木工機械（鋸片、木車床）、
鋼坯初軋機3）、4）、提升裝置、單缸活塞泵 |
|
|
挖掘機（鏟斗傳動裝置、多斗傳動裝置、篩分傳動裝置、動力鏟）、球墨機（重型）、橡膠揉合
機、破碎機（石料、礦石）、重型給水泵、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機、剝皮滾筒、落砂機、帶
材冷軋機3）、5）、壓坯機、輪輾機 |
注；1）額定轉(zhuǎn)矩=最大切削、壓制、沖擊轉(zhuǎn)矩。
2）額定轉(zhuǎn)矩=最大啟動轉(zhuǎn)矩。
3）額定轉(zhuǎn)矩=長時工作的最大軋制轉(zhuǎn)矩。
4）用電流控制力矩限制器。
5）由于軋制帶材經(jīng)常斷裂，可提高KA至2.0。
7.3動載系數(shù)KA
動載系數(shù)KV是考慮大、小齒輪嚙合振動而產(chǎn)生的內(nèi)部附加動載荷影響的系數(shù)。
動載系數(shù)KV定義為齒輪副嚙合中最大作用力與純由外加載荷所產(chǎn)生的相應(yīng)作用力的比值。影響動載系數(shù)的因素有：
a.齒輪精度（周節(jié)極限偏差）；
b.大、小齒輪的回轉(zhuǎn)質(zhì)量（轉(zhuǎn)動慣量）；
c.輪齒剛度；
d.考慮使用系數(shù)KA后的切向力；
e.齒面接觸狀誤解；
f.軸及軸承的剛度；
g.潤滑情誤解；
h.系統(tǒng)阻尼特性。
如能通過實測或?qū)λ杏绊懸蛩刈魅娴膭恿W分析來確定包括內(nèi)部動載荷在內(nèi)的最大切向載荷時，可取KV=1。
上述方法不能實現(xiàn)時，可按本標準所提供的方法來確定動載系數(shù)KV.
由于錐齒輪齒面是非漸開線齒廓，齒形誤差難以測定；在確定動載系數(shù)KV時，僅以周節(jié)極限偏差fpt反映齒輪精度對KV的影響。
本標準所提供的方法將嚙合中阻尼取為一名義平均值，同時，忽略了軸承和聯(lián)軸器等阻尼因素，并且略去了軸承和箱體變形的影響。故所求得的KV值（除在共振區(qū)外），通常比實際的略大一些。
7.3.1臨界轉(zhuǎn)速比N
按本標準所提供的方法確定動載系數(shù)KV時，應(yīng)首先確定臨界轉(zhuǎn)速比N。
臨界轉(zhuǎn)速比N定義為小輪轉(zhuǎn)速n1與臨界轉(zhuǎn)速nE1的比值，即：
N=n1/ nE1…………………………（3）
臨界轉(zhuǎn)速nE1由公式（4）計算，或由圖1查�。�
式中：z1——小齒輪齒數(shù)；
cr——嚙合剛度，N/（mm·μm），見7.6條；
mred——誘導質(zhì)量，kg/mm；按下式計算：
式中：m1、m2——小輪、大輪轉(zhuǎn)化到嚙合線上的單位齒寬當量質(zhì)量，kg/mm。
在設(shè)計階級，精確確定小、大錐齒輪的當量質(zhì)量m1及m2是困難的。對常見的錐齒輪結(jié)構(gòu)�？山频匾詣恿Ξ斄繄A柱齒輪（見圖2）質(zhì)量來代替。于是，m1和m2可按公式（6）、（7）計算。
式中；ρ——材料密度，kg/mm3；
αn——齒形角，（°）；
u——齒數(shù)比。
對于αn=20°的鋼制齒輪，材料密度ρ=7.86×10-6kg/mm3，則：
以臨界轉(zhuǎn)速比N可將整個轉(zhuǎn)速劃分為四個區(qū)段：
a.亞臨界區(qū)：N≤0.85；
b.主共振區(qū):0.85＜N＜1.15；
c.過渡區(qū)：1.15＜N＜1.5；
d.超臨界區(qū)：N≥1.5。
7.3.2動載系數(shù)KV的計算公式
動載系數(shù)KV的計算公式見表5。
在表5各式中：
c′——單對齒剛度，N/（mm·μm），見7.6條；
fpt——周節(jié)極限偏差，μm，通常按大輪查取；
yα——跑合量，μm，見7.3.3條；
KA·Fmt/beH——單位齒寬載荷，限用條件為：KA·Fmt/beH≥100N/mm；
CV1～CV7——系數(shù)，按表6確定。其中CV12=CV1+CV2,CV56=CV5+CV6。
表5動載系數(shù)KV的計算公式
7.3.3跑合量yα
跑合量yα定義為通過跑合使運轉(zhuǎn)之初的嚙合齒距誤差減小的量。如無實測數(shù)據(jù)時，可由表7各式計算或由圖3、圖4查取。
表7跑合量yα
當小輪與大輪材料不同時，用小、大齒輪材料分別確定的yα1、yα2來計算yα:
7.4齒向載荷分布系數(shù)KHβ、KFβ
齒向載荷分布系數(shù)是考慮齒向載荷分布不均勻?qū)佑|應(yīng)力（以KHβ計）和齒根應(yīng)力（以KFβ計）產(chǎn)生影響的系數(shù)。
若不能對齒向載荷分布系數(shù)的影響因素，如嚙合齒距誤差、跑合量、輪齒剛度和軸系變形等作出精確估計時，可按本標準所提供的計算方法確定KHβ和KFβ。
7.4.1接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)KHβ
KHβ可按下式計算：
KHβ=1.5KHβbe…………………………（29）
上式中的常數(shù)1.5，是鼓形齒嚙合（點接觸）時局部齒面接觸壓強相對于非鼓形齒增大的倍數(shù)。
考慮齒面接觸區(qū)長短對齒面應(yīng)力的影響，在設(shè)計中通常取有效齒寬beH等于0.85b(b為兩輪中較小齒寬)。對具有不同的偏移敏感性的齒傳輸線，也可以取較大或較小的齒面接觸區(qū)長度作為有效齒寬時行計算（如取beH=0.6b）。例如，對某些已生產(chǎn)的錐齒輪進行驗算時，經(jīng)檢測滿載時齒面接觸區(qū)不在齒寬中點而是偏向輪齒的一端；這時，應(yīng)取beH等于接觸區(qū)的實際長度。而且，應(yīng)以實際接觸區(qū)中點處的當量圓柱齒輪和切向力進行驗算。
式（29）中軸承系數(shù)KHβbe定義為考慮軸承布局和軸變形對齒向載荷分布產(chǎn)生影響的系數(shù)，按表8選取。
表8軸承系數(shù)KHβbe
|
應(yīng)用 |
小輪和大輪的支承 |
|
兩者都是兩端支承 |
一個兩端支承一個懸臂 |
兩者都是懸臂 |
|
飛機
車輛
工業(yè)用，船舶用 |
1.00
1.00
1.10 |
1.10
1.10
1.25 |
1.25
1.25
1.50 |
注：在動轉(zhuǎn)條件下有最佳接觸印痕時方可取用表值。
對于非鼓形直齒錐齒輪，應(yīng)將由式（29）求得的KHβ值適用增大。
7.4.2彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù)KFβ
KFβ按下式計算：
KFβ= KHβ=1.5 KHβbe…………………………（30）
此時，有效齒寬為：
beF=beH
7.5齒間載荷分配系數(shù)KHα、KFα
齒間載荷分配系數(shù)是考慮同時嚙合的各對輪齒間載荷分配不均勻?qū)佑|應(yīng)力（以KHα計）和彎曲應(yīng)力（以KFα計）產(chǎn)生影響的系數(shù)。
影響齒間載荷分配系數(shù)的因素有：
a.輪齒嚙合剛度；
b.齒輪精度；
c.考慮KA、KV和KHβ后的切向力；
d.輪齒修形及齒廓跑合狀誤解；
e.輪齒尺寸與嚙合參數(shù)（齒寬、重合度等）。
應(yīng)優(yōu)選采用精密實測或?qū)λ杏绊懸蛩刈魅婢_分析來確定齒間載荷分配系數(shù)。一般情誤解下，本標準所提供的方法對KHα（KFα）的確定已經(jīng)具有足夠的精確度。
7.5.1齒間載荷分配系數(shù)KHα（KFα）的確定
上述兩式中：
εvγ——總重合度，見附錄A；
cr——嚙俁剛度，N/（mm·μm），見7.6條；
fpt——周節(jié)極限偏差，μm；取兩輪中較大值，對跑合后的齒輪應(yīng)按設(shè)計精度提高一級確定；
yα——跑合量，μm，見7.3.3條；
KA·KV·KHβ·Fmt/beH——單位齒寬切向力，限用條件為：KA·Fmt/beH≥100N/mm。
7.3.2KHα、KFα的極限值
按式（31）及式（32）計算時：
上述式中：
Zε——接觸強度計算的重合度系數(shù)，見8.5條；
Yε——彎曲強度計算的重合度系數(shù)，見9.5條。
對于斜齒和弧齒錐齒輪，如計算KHα過大時，應(yīng)調(diào)整設(shè)計參數(shù)及精度，使KHα及KFα不大于其當量圓柱齒輪法截面上的端面重合度εvαn。
7.6輪齒剛性系數(shù)c′、cr
輪齒剛性系數(shù)（或剛度）定義為使一對或幾對同時嚙合的輪齒在1mm齒寬上產(chǎn)生1μm撓度所需的載荷。
單對齒剛度c′為單齒嚙合狀態(tài)下一對輪齒的剛度。
嚙合鋼度cr為端截面內(nèi)輪齒總剛度的平均值。
由于錐齒輪的幾何及嚙合特性，在無法實測或精確計算輪齒剛度時，對于齒圈及輪輻剛性較大的錐齒輪的c′及cr可取下值：
c′=14N/（mm·μm）
cr=20 N/（mm·μm）
