在設(shè)計(jì)齒輪時(shí),不同的使用場合,對齒輪有不同的可靠性要求。齒輪工作的可靠性要求是根據(jù)其重要程度、工作要求和維修難易等方面的因素綜合考慮決定的。一般可分下述幾種情況:
b.齒輪的設(shè)計(jì)壽命較長,但對可靠性要求不高。例如某些車輛低速齒輪的可靠度可以低到80%至90%。一般易于維修的農(nóng)機(jī)齒輪的可靠度為90%就可以了。
c.齒輪設(shè)計(jì)壽命不很長,但對可靠性要求很高。例如直升飛機(jī)主傳動(dòng)齒輪,不僅要求材質(zhì)好,制造精度高,并且要求按設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行一定數(shù)量的試驗(yàn)。這種齒輪的可靠度要求大于99%,甚至高達(dá)99.99%。
d.要求在很長的使用壽命內(nèi)有較高的可靠性。例如工業(yè)蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的傳動(dòng)齒輪,這種齒輪的線速度高,而且要求長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)及較長的維修間隔,因此重要程度高。所以,通常要求在1010,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)可靠度應(yīng)大于98%。又如高速軋鋼機(jī),其可靠度一般為99%至99.5%。考慮到計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況有一定偏差,為保證所要求的可靠性,必須使計(jì)算允許的承載能力有必要的安全裕量。顯然,計(jì)算方法越精確,與實(shí)際情況的偏差越小,所需的安全裕量就可以越小,經(jīng)濟(jì)性和可靠性就更加統(tǒng)一。
目前,可靠性理論已開始用于機(jī)械設(shè)計(jì),并且表明只用安全系數(shù)并不反映可靠性水平,但是將各設(shè)計(jì)參數(shù)作為隨機(jī)變量處理,尚缺乏必要的資料。因此,本標(biāo)準(zhǔn)還是將設(shè)計(jì)參數(shù)作為確定值處理,仍然用安全系數(shù)或許用應(yīng)力作為判據(jù),而在選取安全系數(shù)時(shí),應(yīng)考慮可靠性要求。具體選擇安全系數(shù)時(shí),須注意以下幾點(diǎn):
a)本標(biāo)準(zhǔn)所推薦的疲勞極限(見3.13 條)是在失效概率為l%時(shí)得到的?煽慷纫蟾邥r(shí),安全系數(shù)應(yīng)取大些;反之,則可取小些。如無可用的資料時(shí),可參考附錄選取。
b)計(jì)算時(shí)所用的原始數(shù)據(jù)和附加變量(如制造偏差,材料及其熱處理性能,潤滑和載荷情況等)愈接近實(shí)際,則安全系數(shù)愈可取得小些;反之則應(yīng)取大些。
c)不同的使用場合評定齒輪失效的準(zhǔn)則是不同的。例如:車輛的低速齒輪一般設(shè)計(jì)的應(yīng)力循環(huán)數(shù)小于105,通常允許少量的塑性變形、點(diǎn)蝕和磨粒磨損。低速軟齒面的齒輪允許一定量非擴(kuò)展性的點(diǎn)蝕。而宇航工具的齒輪則不允許磨損或任何表面損傷。這些都影響到安全系數(shù)的取值。
d)由于斷齒破壞比點(diǎn)蝕破壞具有更嚴(yán)重的后果,所以通常設(shè)計(jì)齒輪時(shí),彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)應(yīng)大于接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)。
e)安全系數(shù)的具體數(shù)值,也可由設(shè)計(jì)制造部門與用戶商定。
1.3系數(shù)的分類與計(jì)算順序
本標(biāo)準(zhǔn)所用的影響系數(shù)大體可分為兩類:
a.由幾何關(guān)系或常規(guī)確定的系數(shù)。這些系數(shù)需按所提供的公式計(jì)算。
b.受多種因素影響但被獨(dú)立處理的系數(shù)。這些因素雖然在一定程度上是相關(guān)的,但目前尚難作精確的定量計(jì)算。例如,修正載荷的系數(shù)KA 、Kv、KFβ(KHβ)、KHα、(KFα)以及影響許用應(yīng)力的諸因素。
于影響載荷的諸系數(shù),最理想的方法是通過精密實(shí)測或?qū)鲃?dòng)系統(tǒng)作全面的力學(xué)分析得到,也可從大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)來確定。這時(shí),應(yīng)對所采用方法的精確度和可靠性加以論證,并要明確其前提條件。
當(dāng)由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因,上述方法難以實(shí)現(xiàn)時(shí),可按本標(biāo)準(zhǔn)提供的兩種方法(即一般方法和簡化方法)來確定Kv、KHβ(KFβ)和KHα、(KFα)。在對計(jì)算結(jié)果有爭議時(shí),以一般方法為準(zhǔn)。對于要求計(jì)算精確度較高的齒輪,各個(gè)系數(shù)應(yīng)優(yōu)先采用一般方法或更為精確的其他方法計(jì)算。各載荷系數(shù)與其相應(yīng)的端面內(nèi)分度圓上切向力有關(guān),因此要按以下順序計(jì)算:
a)用Ft·KA求KV;
b)用Ft·KA·KV求KHβ(KFβ);
c)用Ft·KA·KV、KHβ求KHα、(KFα)。
1.4 單位制
本標(biāo)準(zhǔn)量值的單位均采用國際單位。
1.5 主要代號(hào)
本標(biāo)準(zhǔn)的主要代號(hào)及其意義和單位見表1。