齿轮材料许用应力选用参考规范
《机械设计基础》第五版直齿圆柱齿轮的参数、精度选择和许用应力
m↓
抗弯曲疲劳强度降低
z 1↑
（1）增大重合度，提高传动平稳性； （2）减小滑动系数，提高传动效率； （3）减小毛坯外径，减轻齿轮质量； （4）减少切削量，延长刀具使用寿命，减少加工工时等。 因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！
3）齿宽系数 ψd ①当d1一定时，ψ d ↑，承载能力越大； ②若载荷一定， ↑ ψ ③但是， ψ
n
m
4．许用弯曲应力
许用弯曲应力的计算公式为
[ F ]
F limYNYX
S F min
F lim ——齿轮的齿F min
——弯曲疲劳强度计算的寿命系数，图4-22 ——尺寸系数，图4-23
——弯曲疲劳强度安全系数，表4-10
例题4.1
3、许用接触应力
H
接触疲劳强度安全 系数 ，查表
Z N Hlim S Hmin
寿命系数，根据材料、 热处理及循环次数N查图 可得。
齿轮材料接触疲劳极限 ,查图
查取寿命系数时，其应力循环次数有以下两种情况：
载荷稳定时 载荷不稳定时
N 60 n th
Ti N 60 ni thi T i 1 max
d d
→↓d 和a → ↓v 。
l
1
l
2
↑，b ↑，载荷沿齿向分布的不
l1=l2——对称布置 l1≠l2——非对称布 置
均匀性↑ 。
因此，必须根据齿轮的布置情况和齿面硬度合理 地选择齿宽系数。 参考表4-7。 4）中心距a
悬臂布置
按承载能力要求算出后，尽可能圆整成整数，最好个 位数为“0”或“5”。
4.5.3直齿圆柱齿轮的参数、精度选择和许用应力 1、设计参数选择
齿轮的材料和许用应力
S F lim = 1.5
[σ F1] = σ F lim1 SF lim1 = 588 1.5 = 470.4MPa
[σ F 2 ] = σ F lim2 SF lim2 = 451.4 1.5 = 300.93MPa
4、按轮齿弯曲强度设计模数
2KT YFS 1 m≥ 3 ⋅ (mm) 2 ψd z1 [σ F ]
5、确定齿轮的主要参数及几何尺寸
小齿轮的分度圆直径
d1 = mZ1 = 2.5× 28 = 70mm
大齿轮的分度圆直径 d2 = mZ2 = 2.5×145 = 362.5mm 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽
b2 = φd ⋅ d1 = 0.5×70 = 35mm
b1 = b + 5 = 35 + 5 = 40mm
式中： 式中：载荷系数
K = KAKV Kβ
取：KA=1.25（表12-8） =1.25（ 12KV =1.2 Kβ=1.12（图12-26） =1.12（ 12-26） 代入数值： 代入数值： K=1.25×1.2×1.12=1.68 =1.25×1.2×
考虑应力影响系数
由于两个齿轮的齿数和材料不同， 由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿 轮的弯曲强度都能满足，需将Y /[σ 轮的弯曲强度都能满足，需将YFS1/[σF1]和 /[σ 中的较大值代入式中. YFS2/[σF2]中的较大值代入式中.
许用弯曲应力： 许用弯曲应力：
[σ F ] = σ F lim S F lim
σ F lim1 = 0.8HBS + 380 = 0.8× 260 + 380 = 588MPa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
σ F lim2 = 0.7HBS + 275 = 0.7× 252 + 275 = 451.4MPa
机械设计-齿轮的材料、许用应力和精度
式中：σFlim——弯曲疲劳极限，MPa； SFmin——安全系数
最小安全系数
安全 系数
安全 系数
安全 系数
安全 系数
齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮传动的精度
国标GB10095-88给齿轮副规定了12个的精度等级
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
高精度 （常用为6-9级精度）
铸钢 耐磨性及强度较好，常用于大尺寸齿轮。 铸铁 常作为低速、轻载、不太重要的场合的齿轮材料；
非金属材料
适用于高速、轻载、且要求降低噪声的 场合。
齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮的材料
常用的热处理方式:
表面淬火 渗碳淬火 氮化 调质 正火
齿面硬度高，HBS>350，属于硬齿面。
其承载能力强，常用于结构紧凑的场合。
齿面硬度低，HBS≤350，属于软齿面。
其工艺简单，常用于一般传动。
齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮的许用应力
1、许用接触应力
H
H lim
SH min
式中：σHlim——接触疲劳极限 MPa SHmin——安全系数
最小安全系数
齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮的许用应力
2、许用弯曲应力
F
F lim
3～8
通用减速器
6～8
航空发动机 轻型汽车 载重汽车
4～8 5～8 7～9
锻压机床 起重机
农业机械
6～9 7～10 8～11感谢观看低精度齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮传动的精度
齿轮可分为三组公差组，分别反映齿轮传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性
齿轮的材料、许用应力和精度
齿轮材料的选择原则【汇总】
齿轮材料的选择原则齿轮材料种类繁多，齿轮材料的选择原则如下：一、工作条件以及材料与热处理要求1、条件：低速、轻载又不受冲击要求：HT200 HT250 HT300 去应力退火2、条件：低速（<1m/s）、轻载，如车床溜板齿轮等要求：45 调质，HB200-2503、条件：低速、中载，如标准系列减速器齿轮要求：45 40Cr 40MnB （5042MnVB）调质，HB220-2504、条件：低速、重载、无冲击，如机床主轴箱齿轮要求：40Cr（42MnVB）淬火中温回火HRC40-455、条件：中速、中载，无猛烈冲击，如机床主轴箱齿轮要求：40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火，感应加热表面淬火，低温回火，时效，HRC50-55 6、条件：中速、中载或低速、重载，如车床变速箱中的次要齿轮要求：45，高频淬火，350-370℃回火，HRC40-45（无高频设备时，可采用快速加热齿面淬火）7、条件：中速、重载要求：40Cr、40MnB（40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA）淬火，中温回火，HRC45-50。
8、条件：高速、轻载或高速、中载，有冲击的小齿轮要求：15、20、20Cr、20MnVB渗碳，淬火，低温回火，HRC56-62。
38CrAl 38CrMoAl 渗氮，渗氮深度0.5mm，HV9009、条件：高速、中载，无猛烈冲击，如机床主轴轮。
要求：40Cr、40MnB、（40MnVB）高频淬火，HRC50-55。
10、条件：高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮，如汽车变速箱齿轮（20CrMnTi 淬透性较高，过热敏感性小，渗碳速度快，过渡层均匀，渗碳后直接淬火变形较小，正火后切削加工性良好，低温冲击韧性也较好）要求：20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳，淬火，低温回火或渗碳后高频淬火，HRC56-62。
18CrMnTi、20CrMnTi（锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸）渗碳层深度1.2-1.6mm，齿轮硬度HRC58-60，心部硬度HRC25-35。
齿轮传动的许用应力
齿轮传动的许用应力
许用应力是根据工作时的应力状态，零件预期寿命和可靠度决定的。
齿轮工作时，轮齿受到的σH 和σF 都是周期性循环变化的，应从材料的疲劳强度出发，确定有限寿命时的疲劳极限。
由前述内容知：式中：
σr——对应于N0时的极限应力
N——有效循环次数
N0 --循环基数，
m--与应力状态有关的指数
许用应力为疲劳极限除以安全系数：
式中：
S--安全系数，接触强度：S＝l，弯曲强度：SF=1.25～1.5
σlim--齿轮材料的极限疲劳（用试验方法确定）
对弯曲疲劳强度极限σFlim值，查书图
对接触疲劳强度极限σHlim值，查书图
KN--寿命系数（与N有效寿命时的应力循环次数有关查书图）
说明：
①一般设计中采取图中偏下的数值
②图中所有数据对应脉动循环应力时的数值；如为对称循环，图中值乘以0.7做为极限值。
③对开式传动齿轮，弯曲疲劳强度许用应力应降低20～40％。
(end)。
齿轮的材料、寿命系数和极限应力
齿轮的材料、寿命系数和极限应力院（系）名称机械工程学院专业名称机械制造学生姓名李岩学生学号SY13072022013年11月齿轮的材料、寿命系数和极限应力摘要齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一, 它在工作中的受力情况比较复杂。
在齿轮的制造过程中, 合理选择材料与热处理工艺, 是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
在满足工作要求的前提下合理选择齿轮的寿命系数，这对实际工作有着十分重要的意义。
本文就常用齿轮材料的选择及热处理工艺，不同标准下寿命系数的计算方法进行了分析。
关键词：齿轮材料，热处理，疲劳极限，寿命系数The material, life factor and ultimate stress of gearAbstractThe gear is one of the most widely used parts in mechanical transmission, and the state of forces it suffers in the work is more complicated. In the manufacturing process of gears, the rational choice of material and heat treatment process is a necessary guarantee to improve the bearing capacity and extend the life. Choosing the rational life factor is very important. In this paper, material selection and heat treatment process of gears, as well as different calculation methods of standards commonly used in life factor are analyzed.Key words: material of gears，heat treatment，fatigue limit，life factor目录1绪论 (1)1.1 齿轮的材料和热处理 (1)1.2 齿轮的寿命系数 (1)1.3 齿轮的疲劳极限 (2)2齿轮的材料和热处理 (4)2.1 锻钢 (4)2.1.1 高承载能力的重要齿轮 (4)2.1.2 中等承载能力的齿轮 (5)2.1.3 较低承载能力的齿轮 (6)2.2 铸钢 (7)2.3 铸铁 (7)2.4 有色金属 (7)2.5 非金属材料 (7)3齿轮的疲劳曲线和寿命系数 (9)3.1 疲劳曲线和寿命系数的一般表达式 (9)3.2 疲劳曲线的其它表达式 (12)3.3 接触疲劳曲线中的特征数（p和N∞） (12)3.4 接触强度寿命系数值的比较 (15)N） (16)3.5 弯曲疲劳曲线中的两个特征数（p和4齿轮的疲劳极限 (18)4.1 比较接触疲劳极限的前提条件 (18)4.2 接触疲劳极限值的分析比较 (23)4.3 比较弯曲疲劳极限值的前提条件 (27)4.4 弯曲疲劳极限值的分析比较 (30)结论 (36)参考文献 (37)1绪论1.1齿轮的材料和热处理齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一, 它的功用是按规定的速比传递动力和运动。
齿轮的许用应力
11.10.1 齿轮材料的基本要求 齿面要硬，齿芯要韧，并易于加工和热处理
11.10.2 齿轮常用材料及其热处理
➢齿轮材料选用的基本原则 ： * 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等 * 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺 * 小齿轮齿面硬度要高于大齿轮20∽50HBS 原因：
为避免局部折断，其齿宽应取的小些
4、非金属材料 弹性模量小，传动中轮齿的变形可减轻动载荷和噪声，适用于高速轻载、精度
要求不高的场合 常用的有夹布胶木、工程塑料等 选择材料时，首先考虑工作条件，其次是从结构上满足传动的要求
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
轮齿常用材料的力学性能及应用范围见表11.8
a
3
11.10.3 许用应力
齿轮的许用应力［σ］是以试验齿轮在特定条件下经疲劳试验测得的试验齿 轮的疲劳极限应力，并对其进行修正得出的。修正时主要考虑应力循环次数的影 响和可靠度
1.齿面接触疲劳许用应力为：
[H]ZNHlim/SH
2.齿根弯曲疲劳许用应力为：
［σF］＝
Y N F lim SF
式中带下标的应力为试验齿轮在持久寿命期内失效概率为１％的疲劳极 限应力。
a
4
接触疲劳极限σＨｌｉm查图11.23， 弯曲疲劳极限σＦｌｉm查图11.24，其值已计人应力集中的 影响。
B、硬齿面齿轮 齿面硬度大于350HBS，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理，
若用低碳钢或低碳合金钢，需渗碳淬火 先加工后热处理再磨齿加工
a
2
2、铸钢
当齿轮的尺寸较大（大于400mm~600mm）而不便于锻造时，可用铸造 的方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒
齿轮材料及许用应力
齿轮的材料和许用应力一、齿轮的材料及其热处理1 、锻钢(1)常用锻钢有两大类：A、优质碳素钢：45、50等B、合金钢：35SiMn、40Cr、20CrMnTi等(2)热处理A、正火B、调质----得到的均是软齿面(硬度≤350HBS)，常用于对尺寸和精度要求不高的传动注意：为了保证大、小齿轮有相同的使用寿命，小轮齿面硬度应比大轮高30～50HBSC、表面淬火D、渗碳淬火E、表面氮化----得到的均是硬齿面(硬度＞350HBS)，常用于高速、重载、精密传动2、铸钢耐磨性和强度均较好，承载能力稍低于锻钢，常用于尺寸较大(d>400～600mm)且不宜锻造的场合。
3、铸铁：HT300、HT350等抗弯及耐冲击性较差，主要用于低速、工作平稳、传递功率不大和对尺寸与重量无严格要求的开式齿轮。
4、非金属材料：夹布胶木、尼龙等弹性模量小，在承受相同载荷的情况下，接触应力低，但它的硬度、接触强度和抗弯强度低。
常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的场合。
常用的齿轮材料及其机械性能见表3-3。
表3-3 齿轮常用材料及其机械性能二、许用应力齿轮的许用应力是根据试验齿轮的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限确定的，试验齿轮的疲劳极限又是在一定试验条件下获得的。
当设计齿轮的工作条件与试验条件不同时，需加以修正。
经修正后的许用接触疲劳应力和许用弯曲疲劳应力为：许用接触疲劳应力(3-11)许用弯曲疲劳应力(3-12)式中：σHlim、σFlim分别为试验齿轮的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限(MPa)；Z N、Y N分别为接触强度和弯曲强度计算的寿命系数；Y ST为试验齿轮的应力修正系数，Y ST＝2.0；S H min、S F min分别为接触强度和弯曲强度计算的最小安全系数。
1、试验齿轮的疲劳极限σHlim、σFlim试验齿轮的疲劳极限是在持久寿命期限内，失效概率为1％时，经运转试验获得，其值分别由图3-16和图3-17查得。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
齿轮材料许用应力选用参考规范
不言而喻，如何选用材料许用应力，是齿轮强度设计的关键，安全系数取的太低往往带来使用安全风险，安全系数取的太高则必然造成材料和能源浪费。
上世纪尤其80年代之前一些钢种如45#、40Cr、Q235(A3)、Q345(16Mn) 的许用应力数据比较全，很多设计手册中都有，但齿轮材料（如20CrMnTi、20CrNi3、20CrNiMo、20CrNiMo 等）的许用应力数据，往往在设计手册中是找不到的。
本文根据机械设计的基本原则和材料标准中强度数据，演算出齿轮材料弯曲许用应力、疲劳许用应力和接触许用应力数据，供齿轮设计人员参考使用。
一、许用应力选择依据
1、许用弯曲应力—用于齿根强度计算
根据设计手册，静载荷拉应力安全系数:低强度钢n s=1.4‐1.8；高强钢n s=1.7‐2.2；以屈服强度为基数。
齿轮材料屈服强度数据可从GB/T699‐1999、GB/T1591‐2008、GB/T3077‐1999标准中选取。
受弯曲应力比拉应力状况会好一些，许用应力可以提高15‐20%。
2、许用弯曲疲劳应力—用于齿根疲劳强度计算
疲劳载荷安全系数:低强度钢n‐1=1.5‐1.8；高强钢n s=1.8‐2.5。
弯曲疲劳强度极限σ‐1=0.27（σs+σb），σs和σb数据可从GB/T699‐1999、
GB/T1591‐2008、GB/T3077‐1999标准中选取。
3、许用接触应力—用于齿面接触强度计算
许用接触应力不但与齿轮本身材料硬度有关，与其配对的齿轮硬度也有关联，下列数据是将齿轮副当同一材料看待。
齿轮硬度根据齿轮材料及其热处理方法来确定，多数数据可以从GB/T5216‐2004标准选取。
许用应力数值是材料布式硬度的0.59‐0.69，随着硬度提高，比例也增高。
二、常见齿轮材料许用应力
序号 材料牌号 热处理方法 硬度HB 屈服强度
Mpa
抗拉强度
Mpa
弯曲许用应力
MPa
疲劳许用应力
Mpa
接触许用应力
Mpa
1Q235正火 129 23543514185330 2Q275正火 141 27547516492359 3Q345正火 163 345550208124470 4Q390正火 169 390570226135511 545调质 215 355685212153470 640MnB调质 280 785980470256600 740Cr调质 255 785980470256600 820CrMnTi渗碳淬火回火320 8501080510280745 920CrNi渗碳淬火回火232 590785354199620 1020MnTiB渗碳淬火回火333 9301130558299745 1120CrNi3渗碳淬火回火275 735930441241650 1220CrMo渗碳淬火回火262 685885411228620 1320CrNiMo渗碳淬火回火290 785980471256650 1438CrMoAl调质后渗氮 290 835980501263650 1542CrMo调质后渗氮 319 9301080558280745 1612Cr2Ni4调质后渗氮 348 10301180648328745
三、使用注意事项
1、本表数据与热处理方法紧密相关，包括淬火温度和回火温度。
使用时要确认热处理方法是否一致。
2、本文主要数据少量来自设计手册，多数根据标准（见下）数据及计算而来，若标准更新可能会导致许用应力数值变动
3、在冲击载荷情况下，将本表数据除以1.5。
4、当安全系数大于8‐10时，可以不考虑疲劳破坏问题。
四、参考标准目录
1、GB/T 699‐2015 优质碳素结构钢
2、GBT 700‐2006 碳素结构钢
3、GB/T 1591‐2008 低合金高强度结构钢
4、GB/T 3077‐2015合金结构钢；
5、GB/T 5216‐2014 保证淬透性结构钢。