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GB／T 3480.5-2021 直齿轮和斜齿轮承载能力计算 第5部分：材料的强度和质量.pdf接触疲劳极限和弯曲疲劳极限是由基准试验齿轮在基准条件下的台架试验得到，弯曲疲劳极限也 可由脉动试验得到，并要考虑实际经验。5.2和5.3中上述极限值正是这样确定的， 疲劳极限分为ME、MQ和ML三个等级。恰当的等级选择可根据产品类型和质量控制经验，依照 第6章的表述
接触疲劳极限通过滚子接触疲劳试验方法而得到。应该注意，这种试验数据往往高于轮齿的按 劳极限。
弯曲疲劳极限通过带有缺口试样的试验得到。应注意两点：一是试样缺口半径与厚度之比应近 于齿根危险截面圆角半径与齿根危险截面弦长之比，二是试样表面状态也应接近齿根圆角处的表 态。在评估试验数据时，需要说明的是试验件通常只承受单一脉动弯曲应力，而实际轮齿的齿根圆 承受复合的弯曲、剪切和压应力。各种材料的强度值可从试验获得，或从参考文献中查阅
曲独皮 约影响JJF(闽) 1060-2014 电机定子试验装置校准规范，计算中应包括实际缺口形状及缺口系数。由于这些因素的变化，疲劳极限值（许用应力值)会有 很大差异。不同材料的强度数据可查阅已有试验数据或参考文献
疲劳极限值可以从图1～图16得到，或由公式（2)加表1计算得出 图1～图16所示接触疲劳极限和弯曲疲劳极限的前提是已经根据齿轮尺寸正确地选择了材料 热处理工艺及检测方法。
对于某些材料，如果有可用的试验数据，也可以此代替图1～图16中的值。 本文件中所用数据全部经过试验和实用验证。 本文件中的数据是在1%失效概率下得到的。其他失效概率下的数据，可在此基础上通过统计分 析处理进行修正。但这种修正应特别谨慎，或者要求进行附加的验证试验，或者应提供详实的数据来 源，以支持该失效概率下的数据置信度。 如要得到其他失效概率（可靠度）下的数据，应对αHlim、OFlim和のFe以适合的“可靠度系数”进行修 正。经过修正的强度值，在符号下加角标以表示相应的失效概率（例如10%失效概率时的应力值表示 为Hlimlo）。疲劳试验结果的统计分析见参考文献[9]。 图9和图10给出的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限是基于有效硬化层深度为0.15m。至0.2m。的精 加工齿轮。 对于沿齿廓感应淬火、渗氮、碳氮共渗及氮碳共渗的齿轮，表面硬度值对于强度的影响还不能准确 判定，但齿面上其他与材料和热处理有关的因素对强度的影响却是肯定的。 在某些情况下，本文件并未覆盖全部硬度范围，其应用区域在图1～图16中由线的长度标示。 表面硬化钢（图9～图16)以HV硬度为基准坐标，而以HRC作为参考坐标。两种硬度值的换算 关系表见ISO18265
5.2接触疲劳极限Guir
当齿面损伤达到下列情况时，试验轮齿可判为失效：对于调质齿轮，损伤面积达到所有工作齿面的 2%；对于表面硬化齿轮，损伤面积达到所有工作齿面的0.5%或单个工作齿面的4%。该判据只用于试 验分析，而不针对齿轮产品
5.3弯曲疲劳极限6m和cm
5.3.1试验齿轮的弯曲疲劳极限Grlim
表1Culim和6rlim的计算
表1Cmm和rim的计算（续）
H lim 接触疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm"）； HBW 表面硬度。
标引序号说明： F lim 试验齿轮的弯曲疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm²）； 9FE 齿轮材料的弯曲疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm"） HBW 表面硬度
图2正火低碳锻钢和铸钢的6rlim和6（质量要
低碳锻钢和铸钢的crm和cm（质量要求见6.2）
D）球墨铸铁（见表2）
3铸铁材料铸铁的Gum（质量要求见6.3利
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标引序号说明： 接触疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm²）； HBW——表面硬度。 注：当HBW<180时，表明组织中存在较多的铁素体，不推荐用作齿车
图3铸铁材料—铸铁的Guim（质量要求见6.3和表2）（续）
D）球墨铸铁（见表2
铸铁材料铸铁的6m和6m（质量要求见6
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图6调质锻钢的6rlim和6（质量要求见表3）
图7调质铸钢的cmm（质量要求见表
图8调质铸钢的6rlim和（质量要求见表4
图9渗碳锻钢的Gmuim（质量要求见表5）
图10渗碳锻钢的Flm和E（质量要求见表：
图11火焰或感应淬火锻钢和铸钢的Giim（质量
OFE 齿轮材料的弯曲疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm²）； HRC 表面硬度； HV 表面硬度。 注：仅适用于齿根圆角处硬化的齿轮，应有适当的硬化层深度。齿根圆角处未硬化的数据未提供 图12火焰或感应淬火锻钢和铸钢的6rlim和6m（质量要求见表6）
）渗氢钢·调质后气体渗氟
b)调质钢：调质后气体渗氮
参氮钢和渗氨调质钢（锻钢）的cmm（质量要求见
）渗氨钢：调质后气体渗氟
b）调质钢.调质后气体渗氛
Flim 试验齿轮的弯曲疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm）； FE 齿轮材料的弯曲疲劳极限，单位为牛顿每平方毫米（N/mm）； HRC 表面硬度； HV 表面硬度。 注1：仅适用于图a)：对于齿面硬度>750HV1，当白亮层厚度超过10μm时，由于脆性Fe会减低。要求有合适的 硬化层深度，见5.6.3。 注2：仅适用于图a）：含Al渗氮钢NitralloyN，Nitralloy135等类似钢材，只能用于ML及MQ级，齿根弯曲疲劳极 限aFlim的最大值为250N/mm（ML）和340N/mm²（MQ)； 注3：仅适用于图b）：应有适当的硬化层深度，见5.6.3
图15氮碳共渗锻钢的cmm（质量要求见
5.6表面硬化齿轮的渗层深度
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图16氨碳共渗锻钢的6rm和6（质量要求见表8）
表面硬化齿轮的轮齿需要适当的硬化层深度以承受外加载荷，该深度的最小值和最大值都应在图 低上标明。在确定最小硬化层深度时，要注意弯曲强度与接触强度对应的最佳硬化层深度值应分别计 草，且没必要相同。规定的最大硬化层深度值不应被超过，否则齿项有脆裂的危险，且弯曲强度也会 隆低”
5.6.2渗碳淬火齿轮的硬化层深度4
5.6的数据不适用于锥齿轮。 4）硬化层深度的定义见表5第9项
标引序号说明： CHD 硬化层深度，单位为毫米（mm）； m, 法向模数，单位为毫米（mm）
日17仅考虑表面承载能力的最佳硬化层深度推荐值CHDept和 综合考虑弯曲强度和表面承载能力的最大硬化层深度CHD.
综合考虑弯曲强度和表面承载能力的最大硬化层深度CHD
防止断齿失效的硬化层深度推荐值CHDFopt：CHDFopt是磨齿后在许用弯曲应力下能达至 寿命的最佳硬化层深度，检测位置在齿宽中部齿根圆角处30°切线（外齿）或60°切线（内齿） 垂直方向上。
0.1m.≤CHDFan≤0.2m
防止齿面剥落的硬化层深度推荐值CHDc：CHDc是磨齿后分度圆上基于接触载荷引起的 大剪应力深度而确定的最小有效硬化层深度。 注：对于齿面剥落，目前尚无标准计算方法。 作为预防剥落破坏的指导性推荐值，CHDc可由如下公式计算。不过，当接触应力值 1400N/mm时以下公式尚未被验证。
U: cosB 21+ 2
氏中： dw一一小轮节圆直径，单位为毫米（mm）； αwt一一端面节圆压力角，单位为度(°）； U=66000N/mm（对于质量等级MQ和ME)； U=44000N/mm（对于质量等级ML）。 有效硬化层深度最小极限值和最大极限值：CHDmin/max是磨齿后分度圆上的有效硬化层深度 的最小/最大值（见图17）CHDmi≥0.3mm，CHDm≤0.4m，（≤6mm）。
dw一一小轮节圆直径，单位为毫米（mm）； α一端面节圆压力角，单位为度（°）； U=66000N/mm²（对于质量等级MQ和ME）； U=44000N/mm（对于质量等级ML）。 有效硬化层深度最小极限值和最大极限值：CHDmin/mx是磨齿后分度圆上的有效硬化层深 的最小/最大值（见图17）CHDmi≥0.3mm，CHDm≤0.4m，（≤6mm）
5.6.3渗氨齿轮的硬化层深度切
a）渗氮层深度推荐值NHD：见图18
图18渗氛层深度推荐值NHD
防止齿面剥落的渗氮层深度推荐值NHDc：NHDc指渗氮齿轮硬化层深度的最小值，是基于 接触载荷引起的最大剪切应力深度。如果NHDc值小于图18中的渗氮层深度NHD，则采 用图18中所示的最小值。 注：对于齿面剥落且目前尚无标准计算方法
防止齿面剥落的渗氮层深度推荐值NHDc：NHDc指渗氮齿轮硬化层深度的最小值，是基 接触载荷引起的最大剪切应力深度。如果NHDc值小于图18中的渗氮层深度NHD，则 用图18中所示的最小值。 注：对于齿面剥落，目前尚无标准计算方法
VHDc= Uc *oH *dwl * SInαw 1.14 X 10°. cosBh 21 +
式中： Uc——心部硬度系数， Uc=a+b·oH+C·oH+d·H” 见图19。
5）渗氢层深度的定义按照表7第7项
Uc 心部硬度系数； 61 接触应力，单位为牛顿每平方毫米（N/mm）； ~6 曲线编号，系数a、b、c和d的值见表B.1。 注：对于一般设计，采用心部硬度带的上区，可以获得较深的硬化层；而对于高质量材料，可采用下区
6材料质量及热处理工艺要求
图19渗氮齿轮的心部硬度系数U。
图19渗氮齿轮的心部硬度系数U
图1至图16中所示的ML、MQ和ME三个材料质量等级是按照B法‘确定的疲劳极限值来区分 的，见4.3、5.2及5.3。 ML表示对齿轮加工的材料和热处理工艺的一般质量要求； 一MQ表示对有经验的制造者在一般成本控制下能够达到的质量等级： 一ME表示应经过高可靠度的制造过程控制才能够达到的质量等级 注：本文件中的疲劳极限图不允许外延。 通常，采用特殊质量的材料，如用真空感应冶炼（VIM)和真空电弧重熔（VAR)冶炼，来保证高可靠 生或高承载能力。 当采用常规焊接工艺拼焊齿轮，拼焊后应做消除应力处理。 6.2至6.4所给出的内容已经过实用验证，可用作指导性文件。当采用这些应力极限值时，材料等 级的各项要求应得到保证。如果表中没有规定，必要时可以通过对每个要求进行专门的认证，或者通 过实践来提出符合实际的要求。本文件并不要求所有质量项目都一一检验，应按照生产实际的可控性 制定检验方案来对产品质量进行检验。由于相对标准值的偏差对性能的影响不易评估，因而未给出中
间值。对于零件齿顶圆以下一定范围内的轮齿材料质量要求，见表2～表7。当然生产者也可根据各自 的经验，采用其他的方法或数据。供需双方对细节应达成协议，尤其是针对大型齿轮。另外，对于未能 达到所有条款要求的缺陷产品，供需双方应就让步接收或返修达成一致
5.2正火低碳锻钢或铸钢、普通碳素钢（见图1和图2)
由于这些钢材对化学成分没有规定，冶炼方法也不明确，因此MQ线位置较低，与ML线重合。 氏碳钢只用于轻载齿轮和非关键齿轮。当钢材质量很高或经过实践验证时，亦可按照ME等
6.3黑心可锻铸铁[见图3a)和图4a）
热处理工艺控制得当时，可以得到高质量材料；但是由于这种材料通常用于小型轻载齿轮，从可 考虑，MQ线位置较低，与ML线重合。若经过实践验证，亦可按照ME等级应用。
其他材料[见图3b）图3c)图4b）、图4c)和图
其他材料的质量及热处理工艺要求列于表2～表8。
2铸铁材料（灰口与球
GB 1886.159-2015 食品安全国家标准 食品添加剂 异戊酸 3-己烯酯表3非表面硬化调质锻钢（锻造或车制钢材）（见图5和图6）（续）
参照表1数据，小齿轮与大齿轮的硬度宜相差40HV以
本文件第1版（1995年版）曾经采用的材料等级MX，在2003年版本中已修改为ME。 注意：对于0℃以下工作的齿轮： 考虑低温夏比（冲击）性能的测试： 考虑断口形貌转变或脆性转变温度； 考虑采用高镍合金钢： 考虑将碳含量降至0.4%以下； 一考虑采用加热元件提高润滑剂温度。 纯净度等级和超声波检测要求，只适用于最终齿顶圆到至少2倍全齿高的深度。齿轮生产厂家应向铸钢厂或 锻造厂提出具体的检测位置要求。 采用铸坏制备锻件时的压缩比不考虑锻造工艺，只和数值有关。对于下列情况，锻造比可介于35： 1）需进一步热成形的轧棒； 2）中心部分去除的坏料： 3）由于齿轮的结构尺寸原因锻造比未达到5。 在齿轮截面上，齿顶至1.2倍齿高深处的显微组织以回火马氏体为主，允许少量上区转变产物（先共析铁素体 上贝氏体、细小珠光体），但不应存在未溶块状铁素体。对于控制截面≤250mm的齿轮，非马氏体相变产物（上 区转变产物)不应超过10%；对于控制截面>250mm的齿轮，非马氏体相变产物不应超过20%。 晶粒度检测应在零件最有可能发生失效的相关区域，检测面积3.0mm²。试样可取自同一铸坏，应具有相同的 锻造比和热处理工艺。
本文件第1版（1995年版）曾经采用的材料等级MXGT 001-2016 盐水鲭鱼罐头，在2003年版本中已修改为ME。 注意：对于0℃以下工作的齿轮： 考虑低温夏比（冲击）性能的测试： 考虑断口形貌转变或脆性转变温度； 考虑采用高镍合金钢： 考虑将碳含量降至0.4%以下 一考虑采用加热元件提高润滑剂温度。 纯净度等级和超声波检测要求，只适用于最终齿顶圆到至少2倍全齿高的深度。齿轮生产厂家应向铸钢厂或 锻造厂提出具体的检测位置要求。 采用铸坏制备锻件时的压缩比不考虑锻造工艺，只和数值有关。对于下列情况，锻造比可介于35： 1）需进一步热成形的轧棒； 2）中心部分去除的坏料： 3）由于齿轮的结构尺寸原因锻造比未达到5。 在齿轮截面上，齿顶至1.2倍齿高深处的显微组织以回火马氏体为主，允许少量上区转变产物（先共析铁素体， 上贝氏体、细小珠光体），但不应存在未溶块状铁素体。对于控制截面≤250mm的齿轮，非马氏体相变产物（上 区转变产物)不应超过10%；对于控制截面>250mm的齿轮，非马氏体相变产物不应超过20%。 晶粒度检测应在零件最有可能发生失效的相关区域，检测面积3.0mm²。试样可取自同一铸坏，应具有相同的 锻造比和热处理工艺。
表4非表面硬化调质铸钢（见图7和图8）
表5渗碳火锻钢（锻造或轧制）（见图9和图10）