ISO 63365 正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算 第五部分中文.docx
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ISO63365正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算第五部分中文
ISO6336正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算
第5部分：
材料的强度和质量
前言
说明
1范围
2参考标准
3术语、定义和符号
4容许应力数值的测定方法
4.1概述
4.2方法A
4.3方法B
4.4方法Bk
4.5方法Bp
5标准容许应力数值——方法B
5.1应用
5.2容许应力数值（触点），σHlim
5.3σFlim和σFE的弯曲应力数值
5.4σHlim和σFlim以及σFE的曲线图
5.5σHlim和σFlim的计算
5.6表面硬化齿轮的渗碳层深度
6材料质量和热处理要求
6.1总体内容
6.2正火低碳或铸钢，普通碳素、非合金钢（见图1和图2）
6.3黑心可锻铸铁（见图3和图4）
6.4其他材料（见图5和图16）
6.5试样
附录A（标准）通过淬火的齿轮装置的控制断面的尺寸的考虑
附录B（资料）硬度换算表
附录C（资料）用锉刀测试表面硬度
参考书目
1范围
ISO6336的本部分描述了接触和齿根应力，并为两套限定应力数都给出了数字值。
它规定了材料质量和热处理的要求并评价了它们对两套限定应力数的影响。
符合ISO6336本部分的值适于同ISO6336-2和ISO6336-3以及工业、高速公路和海运齿轮的应用标准中提供的计算程序一起使用。
它们适用于评测伞齿轮的载荷能力的ISO10300中提供的计算程序。
ISO6336的本部分适用于所有包含在那些标准中的齿轮装置，基本齿廓、齿廓的尺寸、设计等。
所得结果符合ISO6336-1范围里说明的其他范围使用的方法得出的结果。
2参考标准
以下参考文件对于本文件的应用是必不可少的。
对于有时效性的参考标准，只适用于引用的版本。
对于无时效性的参考标准，适用于参考文件的最新版（包括任何增补）。
ISO53:
1998，通用和重型机械制造业圆柱齿轮——标准基本齿条齿廓
ISO642:
1999，钢——端淬火可淬硬性试验（乔米尼淬透性试验）
ISO643:
—1），钢——铁素体或奥氏体晶粒度的显微测定
ISO683-1:
1987，可热处理钢，合金钢以及自由切削钢——第1部分：
不同黑色产品形式的直接淬硬非合金和低合金可锻钢
ISO683-9:
1988，可热处理钢，合金钢以及自由切削钢——第9部分：
可锻自由切削钢
ISO683-10:
1987，可热处理钢，合金钢以及自由切削钢——第10部分：
可锻氮化钢
ISO683-11:
1987，可热处理钢，合金钢以及自由切削钢——第11部分：
可锻表面硬化钢
ISO1122-1:
1998，齿轮术语词汇——第1部分：
几何形状相关的定义
ISO1328-1:
1995，圆柱齿轮——精确度的ISO体系——第1部分：
规定和允许的关于对应齿轮齿根面的偏差值
ISO2639:
2002，钢材——碳化以及表面渗碳硬化有效深度的测定和检验
ISO3754:
1976，钢材——煅烧后淬火或感应淬火有效深度的测定
ISO4948/2:
1981，钢材——分类——第2部分：
根据主要质量等级和主要性能或应用特性对非合金及合金钢的分类
ISO4967:
1998，钢材——非金属夹杂物含量的测定——使用标准图表的显微法
ISO6336-1:
—2），正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算—第1部分：
基本原理，说明和一般影响因素
ISO6336-2:
—2），正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算—第2部分：
表面耐久性计算（点蚀）
ISO6336-3:
—2），正齿轮和斜齿轮载荷能力的计算—第3部分：
齿弯曲强度计算
ISO9443:
1991，可热处理和合金钢——热轧圆钢条和盘条的表面质量等级——技术交付条件
ISO10474:
1991，钢材和钢产品——检测文件
ISO14104:
1995，齿轮——磨加工后表面回火腐蚀剂检测
ASTM3）A388-01，重钢锻件超声波检测的标准方法
ASTME428-00，超声波检测中使用的钢材参考试块的制作和控制的标准方法
ASTMA609-91，浇注、碳素、低合金以及马氏体不锈钢、超声波检验的标准方法
ASTME1444-01，磁粉检验的标准方法
注1）即将发布（ISO643：
1983的修订版）。
注2）准备中（分别为ISO6336-1:
1996，ISO6336-2:
1996和ISO6336-3:
1996的修订版）
注3）美国试验和材料协会
3术语、定义和符号
出于本文件的目的，使用ISO1122-1中提供的术语和定义以及ISO6336-1中提供的符号。
4容许应力数值的测定方法
4.1概述
应测定每种材料和材料环境的容许应力数值，最好通过齿轮运行试验的方法。
试验条件和部件尺寸应（尽量切实可行的）与待测齿轮的运行条件和尺寸相同。
当对由现场试验得到的实验结果或数据进行评估时，总是有必要确定是否已经包括了对容许应力的专项影响以及评估过的数据比如在表面耐久的情况中，润滑的效果、表面粗糙度和齿轮的几何形状；在测量齿抗弯强度的情况中，内圆角半径、表面粗糙度和齿轮几何形状。
如果适合，当计算容许应力时1.0应由相关影响因素代替。
4.2方法A
接触和弯曲的容许应力数值从在与预计运行条件非常相近的条件下对具有与待测齿轮的尺寸非常相近的尺寸的齿轮进行的耐久性测试得出。
4.3方法B
接触和弯曲的容许应力数值从在参考测试条件下对参考测试齿轮进行的耐久性测试中得出。
齿根容许应力数值也可从脉动测试得出。
应考虑实际经验。
5.2和5.3条中规定的标准容许应力基于此类试验和经验。
容许应力数值有三个不同等级（ME,MQ和ML）。
如第6项所描述的，将会根据产品类型和采取的质量控制选择恰当的等级。
4.4方法Bk
弯曲容许应力数值从测试缺口试件的结果得出。
试件缺口半径与厚度比最好应与内圆半径与中心部分的齿根弦长比相似且表面情况应与齿根的表面情况相似。
当评估试验数据时，应理解试件收到的弯曲应力通常是纯净且交替变化的而齿轮的齿根曲面所受到的是复合弯曲、剪应力以及压缩应力。
各种材料的有关数据可以通过自主试验、经验或文字资料中获得，
4.5方法Bp
弯曲容许应力数值从测试无缺口试件的结果中得出。
见4.4中对测试结果评估的说明。
为了把缺口灵敏度的效果纳入考虑中，有必要对实际的缺口形式和缺口因素进行计算；因此它们的结果会受到这些因素的极限不确定性的影响。
各种材料的相关数据可以从以知的实验设备或文字资料中获得（见参考书目）。
5标准容许应力数值—方法B
5.1应用
图1到图16中所示的容许应力数值建立在假设所选择的材料成分、热处理和检测方法都很适合于齿轮的尺寸的基础上。
如果专门材料的实验值可用，则可以用来代替图1到图16中的值。
ISO6336本部分中所使用的数据是通过实验和实际经验证实过的。
所选值只有1%的破坏概率。
为了与其他的破坏概率相对应统计分析可以调整这些值。
当需要其他破坏概率（可靠性）时，σHlim，σFlim，和σFE的值可以通过一个适当的“可靠性因素”进行调整。
当进行这种调整时，应增加一个脚注来说明相应的百分比（例如10%破坏概率为σHlim10）。
所得的图9和图10中说明的容许应力数值是对应于精加工齿轮上大约0.15mn到0.2mn的有效渗碳层。
表面硬度等级的范围影响经过表面轮廓硬化、渗氮、碳氮共渗和氮碳共渗的齿轮，对其进行的规定可靠性不高。
与其他表面有关的材料因素和热处理具有明显高得多的影响。
有些情况中，没有包括所有的硬度范围。
所包含的范围通过图1到图16中各线的长度来说明。
对于表面淬硬钢（图9到图16），选择HV刻度做基准轴线。
为了比较HRC刻度也包括在内。
附录B包括了定义韦氏和洛氏硬度数值之间关系的换算表。
5.2容许应力数值（接触），σHlim
容许应力数值（σHlim）从一个可能为了规定的周期数且无进展性点蚀发生而维持的触点压力得出。
对于有些材料，5×107应力周期被认为是长寿命强度范围的开端（见ISO6336-2中的寿命因素）。
图1，3，5，7，9，11，13和15中说明的σHlim值是适合于参考运行条件和参考测试齿轮的尺寸的，如下4）：
——中心距α=100mm
——螺旋角β=0（Zβ=1）
——模件m=3mm到5mm（Zx=1）
——齿根面的平均峰谷粗糙度Rz=3μm（ZR=1）
——切向速度v=10m/s（ZV=1）
——润滑粘度V50=100mm²/s（ZL=1）
——相同材料的配套齿轮（ZW=1）
——齿轮精确度等级4到6根据ISO1328-1
——齿宽b=10mm到20mm
——载荷影响系数KA=KV=KHβ=KHα=1
试验齿轮被认为应该由于点蚀而失效当满足以下条件时：
当完整淬硬的齿轮的总工作齿根面面积的2%或表面硬化齿轮的总工作齿根面面积的5%或一个独齿的工作齿跟面面积的4%因点蚀而损坏时。
百分比用于实验评估参考；它们的目的不是作为齿轮产品的限制。
注4）调整在不同测试条件下得到的数据是为了与参考条件一致。
重点应注意σHlim不是持续载荷下的触点压力而是按照ISO6336-2得出的规定载荷周期数的触点压力的上限，该触点压力可以在没有进展性点蚀破坏的条件下保持。
5.3σFlim和σFE弯曲应力数值
5.3.1名义应力数值（弯曲），σFlim
名义应力数（弯曲），σFlim是由测试参考实验齿轮（见ISO6336-3）测定的。
它是与实验齿轮齿根面的材料、热处理和表面粗糙度的影响相对应的弯曲应力限定值。
5.3.2容许应力数值（弯曲），σFE
容许应力数值（弯曲），σFE（σFE的定义见ISO6336-3）是在假设材料情况（包括热处理）为完全弹性载荷的无缺口试件的基本弯曲强度：
σFE=σFlimYST
对于参考实验齿轮，应力修正系数YST=2.0。
对于大多数材料，3×106应力周期被认为是耐久强度范围（见ISO6336-3中寿命因素）的开始。
表2，4，6，8，10，12，14和16中说明的σFlim和σFE值适合于参考运行条件和参考实验齿轮的尺寸，如下所示（见5.2，脚注3）：
——螺旋角β=0（Yβ=1）
——模件m=3mm到5mm（YX=1）
——应力修正系数YST=2.0
——缺口参数qST=2.5（YδrelT=1）
——齿根过度曲面的平均峰谷粗糙度Rz=10µm（YRrelT=1）
——齿轮精确度等级4到7根据ISO1328-1
——基本齿条根据ISO53
——齿宽b=10mm到50mm
——载荷系数KA=KV=KFβ=KFα=1
5.3.3反向弯曲
图2，4，6，8，10，12，14和16中说明的容许应力数值适合于重复的和单向的齿载荷。
当发生完全载荷反向时，要求一个减少的σFE值。
在最严重的情况（比如每个载荷周期全部载荷都发生反向的空转齿轮）中，σFlim和σFE值应减少为单向值的0.7倍。
如果载荷反向的数值小于该数值的频率，可以根据在齿轮使用寿命中预期的反向数值来选择一个不同的系数。
关于该项的准则，见ISO6336-3:
—2），附录B。
5.4σHlimσFlim和σFE的图表
超过图1到16中的最小和最大硬度值的硬度值的容许应力数值在已有经验的基础上受到制造商和采购商之间的协议的制约。
5.5σHlim和σFlim的计算
容许应力数值σHlim和名义容许应力数值σFE可以用以下等式计算：
其中
X是表面硬度HBW或HV；
A,B是常数（见表1）
硬度范围由表1中提供的最小和最大硬度值限定。
表1——σHlim和σFlim的计算
编号
材料
应力
类型
缩写
质量
A
B
硬度
最小硬度
最大硬度
1
正火低碳钢/铸钢a
触点
可锻正火低碳钢
钢
1a）
ML/MQ
ME
1,000
1,520
190
250
HBW
110
110
210
210
2
3
铸钢
钢（浇铸）
1b）
ML/MQ
ME
0,986
1,143
131
237
HBW
140
140
210
210
4
5
弯曲
可锻正火低碳钢
钢
2a）
ML/MQ
ME
0,455
0,386
69
147
HBW
110
110
210
210
6
7
铸钢
钢（浇铸）
2b）
ML/MQ
ME
0,313
0,254
62
137
HBW
140
140
210
210
8
9
铸铁材料
触点
黑色可锻铸铁
GTS（perl.）
3a）
ML/MQ
ME
1,371
1,333
143
267
HBW
135
175
250
250
10
11
球墨铸铁
GGG
3b）
ML/MQ
ME
1,434
1,500
211
250
HBW
175
200
300
300
12
13
灰铸铁
GG
3c）
ML/MQ
ME
1,033
1,465
132
122
HBW
150
175
240
275
14
15
弯曲
黑色可锻铸铁
GTS（perl.）
4a）
ML/MQ
ME
0,345
0,403
88
128
HBW
135
175
250
250
16
17
球墨铸铁
GGG
4b）
ML/MQ
ME
0,350
0,380
119
134
HBW
175
200
300
300
18
19
灰铸铁
GG
4c）
ML/MQ
ME
0,256
0,200
8
53
HBW
150
175
240
275
20
21
完全淬硬可锻钢b
触点
碳素钢
V
5
ML
MQ
ME
0,963
0,925
0,828
283
360
432
HV
135
135
135
210
210
210
22
23
24
合金钢
V
5
ML
MQ
ME
1,313
1,313
2,213
188
373
260
HV
200
200
200
360
360
390
25
26
27
弯曲
碳素钢
V
6
ML
MQ
ME
0,250
0,240
0,283
108
163
202
HV
115
115
115
215
215
215
28
29
30
合金钢
V
6
ML
MQ
ME
0,423
0,425
0,358
104
187
231
HV
200
200
200
360
360
390
31
32
33
完全淬硬铸钢
触点
碳素钢
V（浇铸）
7
ML/MQ
ME
0,831
0,951
300
345
HV
130
130
215
215
34
35
合金钢
V（浇铸）
7
ML/MQ
ME
1,276
1,350
298
356
HV
200
200
360
360
36
37
弯曲
碳素钢
V（浇铸）
8
ML/MQ
ME
0,224
0,286
117
167
HV
130
130
215
215
38
39
合金钢
V（浇铸）
8
ML/MQ
ME
0,364
0,356
161
186
HV
200
200
360
360
40
41
表面硬化可锻钢c
触点
Eh
9
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
1300
1500
1650
HV
600
660
660
800
800
800
42
43
44
弯曲
核心硬度：
≥25HRC，较低≥25HRC
较高≥30HRC
Eh
10
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
312
425
461
500
525
HV
600
660
660
660
660
800
800
800
800
800
45
46
47
48
49
火焰或感应淬火可锻和铸钢
触点
IF
11
ML
MQ
ME
0,740
0,541
0,505
602
882
1013
HV
485
500
500
615
615
615
50
51
52
弯曲
IF
12
ML
MQ
ME
0,305
0,138
0,000
0,271
76
290
369
237
HV
485
500
570
500
615
570
615
615
53
54
55
56
渗碳可锻钢/氮化钢d/完全淬硬钢b氮化的
触点
氮化钢（a）
NT（nitr.）
13a）
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
1125
1250
1450
HV
650
650
650
900
900
900
57
58
59
完全淬硬钢（b）
NV（nitr.）
13b）
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
788
998
1217
HV
450
450
450
650
650
650
60
61
62
弯曲
氮化钢（a）
NT（nitr.）
14a）
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
270
420
468
HV
650
650
650
900
900
900
63
64
65
完全淬硬钢（b）
NV（nitr.）
14b）
ML
MQ
ME
0,000
0,000
0,000
258
363
432
HV
450
450
450
650
650
650
66
67
68
可锻钢氮碳化的e
触点
完全淬硬钢
NV
（nitr-car.）
15
ML
MQ/ME
0,000
1,167
0,000
650
425
950
HV
300
300
450
650
450
650
69
70
71
弯曲
完全淬硬钢
NV
（nitr-car.）
16
ML
MQ/ME
0,000
0,653
0,000
224
94
388
HV
300
300
450
650
450
650
72
73
a按照ISO4948-2
b按照ISO683-1
c按照ISO683-11
d按照ISO683-10
e按照ISO683-1，ISO683-10或ISO683-11
a）可锻正火低碳钢b）铸钢
图1—可锻正火低碳钢和铸钢的容许应力数值（触点）（注意6.2条中的质量要求）
a）可锻正火低碳钢b）铸钢
图2—可锻正火低碳钢和铸钢的名义和容许应力数值（弯曲）（注意6.2条中对质量的要求）
a）黑色可锻铸铁（见6.3）b）球墨铸铁（见表2）
c）灰铸铁（见表2）
注布氏硬度HBW＜180说明结构中存在高含量的铁素体。
对于齿圈，不推荐这种情况。
图3——铸铁材料——铸铁材料的容许应力数值（触点）
（注意6.3条和表2中的质量要求）
a）黑色可锻铸铁（见6.3条）b）球墨铸铁（见表2）
c）灰铸铁（见表2）
注布氏硬度HBW＜180说明结构中存在高含量的铁素体。
对于齿圈，建议不要出现这种情况。
图4——铸铁材料——铸铁材料的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意6.3条和表2中的质量要求）
表面硬度HV（HBW）
注1名义碳含量≥0.20%。
注2ISO6336-5第一版中的合金钢的MX线由ME线代替。
图5——完全淬硬可锻钢的容许应力数值（触点）
（注意表3中的质量要求）
注名义碳含量≥0.20%。
图6——完全淬硬可锻钢的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表3中的质量要求）
图7——完全淬硬铸钢的容许应力数值（触点）
（注意表4中的质量要求）
图8——完全淬硬铸铁的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表4中的质量要求）
注要求足够的渗碳层深度，见5.6.1条。
图9——表面硬化可锻钢的容许应力数值（触点）
（注意表5中的质量要求）
a中心硬度≥30HRC。
b中心硬度≥25HRC乔米尼可淬硬性在J=12mm时≥HRC28。
c中心硬度≥25HRC乔米尼可淬硬性在J=12mm时＜25。
注1要求足够的渗碳层深度，见5.6.2条。
注2见6.6条。
图10——表面硬化可锻钢的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表5中对质量的要求）
注要求足够的渗碳层深度。
图11——火焰或感应淬火可锻以及铸钢的容许应力数值（触点）
（注意表6中对质量的要求）
注只有硬化齿根面。
没有提供没有硬化的齿根面的值。
要求足够的渗碳层深度。
图12——火焰或感应淬火可锻以及铸铁的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表6中的质量要求）
a）氮化钢：
硬化、回火并且氮化b）完全淬硬钢：
硬化、回火并且氮化
注建议为了工艺的可靠度进行试制。
要求足够的渗碳层深度，见5.6.3条。
图13——氮化可锻钢/渗氮钢/完全淬硬氮化钢的容许应力数值（触点）
（注意表7中的质量要求）
a）氮化钢：
硬化、回火和氮化。
b）完全淬硬钢：
硬化、回火和氮化。
注为了工艺的可靠性建议进行试制。
对于齿侧硬度HV1＞750，当白色层厚度超过10μm时，容许应力数值可能会由于脆化而降低。
要求足够的渗碳层深度，见5.6.3条。
注为了工艺的可靠性建议进行试制。
要求足够的渗碳层深度，见5.6.3.
图14——氮化可锻钢/氮化钢/完全淬硬氮化钢的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表7中的质量要求）
注为了工艺的可靠性建议进行试制。
要求足够的渗碳层深度，见5.6.3.
图15——可锻氮碳化钢的容许应力数值（触点）
（注意表8中的质量要求）
注为了工艺的可靠性建议进行试制。
要求足够的渗碳层深度，见5.6.3条。
图16——可锻氮碳化钢的名义和容许应力数值（弯曲）
（注意表8中的质量要求）
5.6表面硬化齿轮的渗碳层深度
5.6.1概述
表面硬化齿轮齿要求足够的渗碳层深度以抵抗载荷齿里的应力状态。
图纸上应显示渗碳层深度的最小和最大值。
当规定最小渗碳层深度时，
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