VDI 2736 Blatt 4-2016 Thermoplastic gear wheels - Determination of strength parameters on gears.pdf

1、ICS 21.200, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2016 January 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Thermoplastische Zahnrder Ermittlung von Tragfhigkeitskennwerten an Zahnrdern Thermoplastic gear wheels Determination of strength parameters on gears VDI 2736 Blatt 4 / Part 4 Ausg. deutsch/englisch Issue Germ

2、an/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori- tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Getriebe und Maschinenelement

3、e VDI-Handbuch Getriebetechnik II: Gleichfrmig bersetzte Getriebe Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permitted Frhere Ausgabe: 06.14 Entwurf, deutsch Former edition: 06/14 Draft, in German only Zu beziehen durch / Available at Be

4、uth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Formelzeichen und Abkrzungen . 2 3 Vorgehensweise zur Ermittlung der Werkstoffkennwerte 5 3.1 Versuchsauf

5、bau und Planung . 6 3.2 Wrmebergangsbeiwerte k 6 3.3 Zeitschwellfestigkeit FlimN, Scherschwellfestigkeit Flim 7 3.4 Zeitwlzfestigkeit HlimN, zulssige Flankenpressung HP 8 3.5 Verschleikoeffizient k W bei Stirnradgetrieben 8 4 Statistische Auswertung der Tragfhigkeitsversuche 8 5 Zahnradprfstnde . 10

6、 5.1 Nicht mechanisch verspannter Prfstand 10 5.2 Mechanisch verspannter Prfstand 11 5.3 Pulsatorprfstand . 12 6 Referenzverzahnungen. 13 7 Bestimmung der Werkstoffkennwerte, Betriebsbedingungen . 13 8 Weitere Hinweise zu den Messungen 14 8.1 Anwendbarkeit der Messungen 14 8.2 Temperatur . 16 8.3 Re

7、ibbeiwert und Verzahnungswirkungsgrad z 19 8.4 Effiziente Bestimmung von sinnvollen Drehmomenten . 20 8.5 Verschlei bei Stirnradgetrieben 21 Schrifttum 23 Preliminary note . 2 1 Scope . 2 2 Symbols and abbreviations . 2 3 Procedure for determining material characteristic values 5 3.1 Test set-up and

8、 planning 6 3.2 Heat transfer coefficients k . 6 3.3 Fatigue strength under pulsating stress FlimN, shear fatigue strength Flim . 7 3.4 Rolling contact fatigue strength HlimN, permissible flank pressure HP . 8 3.5 Wear coefficient k W in the case of cylindrical gears . 8 4 Statistical assessment of

9、the strength tests 8 5 Gear test rigs 10 5.1 Non-mechanically closed loop test rig 10 5.2 Mechanically closed loop test rig 11 5.3 Pulsator test rig 12 6 Reference tooth systems . 13 7 Determining material characteristic values, operating conditions . 13 8 Further information on measurements . 14 8.

10、1 Applicability of the measurements 14 8.2 Temperature . 16 8.3 Coefficient of friction and gear-mesh efficiency z 19 8.4 Efficient determination of appropriate torques . 20 8.5 Wear in cylindrical gears . 21 Bibliography 23 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686B

11、D19CFC1FA2DEE1A29 BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02 2 VDI 2736 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Re

12、chte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn- dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li- zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), di

13、e in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2736. Preliminary note The content of this standard h

14、as been developed in strict accordance with the requirements and rec- ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint- ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extract

15、s. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con- ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of

16、 standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2736. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie beschreibt die Ermittlung von trag- fhigkeitsrelevanten Kennwerten und Temperatu- ren sowie des Wirkungsgrads bei Stirnrad- und Schraubradgetrieben. Es wird eine einheitliche Methode zur statistischen A

17、uswertung der Ver- suchsergebnisse definiert, um die Vergleichbarkeit der Resultate von verschiedenen Versuchsreihen zu ermglichen. 1 Scope This standard describes the determination of strength-relevant characteristic values and tem- peratures as well as efficiency in cylindrical and crossed-helical

18、 gears. A uniform method for a sta- tistical evaluation of test results is defined thereby making it possible to compare results from differ- ent test series. 2 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge- fhrten Formelzeichen verwendet: Formel- zeich

19、en Bezeichnung Einheit A G wrmeabfhrende Oberflche des Getriebegehuses m 2A Schubquerschnitt mm 2a Achsabstand mm a h groe Halbachse der Druck- ellipse mm b Zahnbreite mm b h kleine Halbachse der Druck- ellipse mm b w gemeinsame Zahnbreite mm b 1 Zahnbreite Rad 1 mm b 2 Zahnbreite Rad 2 mm D Meff Me

20、sskugeldurchmesser mm d 1 Teilkreisdurchmesser Rad 1 mm d 2 Teilkreisdurchmesser Rad 2 mm d a1 Kopfkreisdurchmesser Rad 1 mm d a2 Kopfkreisdurchmesser Rad 2 mm 2 Symbols and abbreviations Symbols The following symbols are used throughout this standard: SymbolDesignation Unit A G heat-dissipating sur

21、face of the mechanism housing m 2A shearing section mm 2a centre distance mm a h major semi-axis of the contact ellipse mm b face width mm b h minor semi-axis of the contact ellipse mm b w common face width mm b 1 face width, gear 1 mm b 2 face width, gear 2 mm D Meff measuring ball diameter mm d 1

22、reference diameter, gear 1 mm d 2 reference diameter, gear 2 mm d a1 addendum circle diameter, gear 1 mm d a2 addendum circle diameter, gear 2 mm B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29 BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02All rights reser

23、ved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2736 Blatt 4 / Part 4 3 Formel- zeichen Bezeichnung Einheit d f1 Fukreisdurchmesser Rad 1 mm d f2 Fukreisdurchmesser Rad 2 mm d s2 Schraubkreisdurchmesser Rad 2 mm ED relative Einschaltdauer bezogen auf zehn Minuten F Pulsatorkraft N F n,lokal

24、 Zahnnormalkraft im Kontakt N F t Nennumfangskraft N F t2 Umfangskraft am Rad N f Frequenz 1/s f f Flankenlinien-Formabweichung m H V Zahnverlustgrad h* aP Kopfhhenfaktor des Bezugsprofils der Verzahnung h* fP Fuhhenfaktor des Bezugs- profils der Verzahnung i bersetzung k Wrmebergangsbeiwert des Kun

25、ststoffrads K ( m/ s ) 0,75 mm 1,75 /W k W Verschleikoeffizient 10 6 mm 3 / ( N m) L ij log 10 N ij L i,10% logarithmierte Schtzung von N i,10% L i,50% logarithmierte Schtzung von N i,50% m n Normalmodul mm M dk Zweikugelma mm M W Masseverlust g N L Lastwechselzahl N i,10% ertragbare Lastwechselzahl

26、 i-ter Versuch, 10 % Versagenswahr- scheinlichkeit N i,50% ertragbare Lastwechselzahl, i-ter Versuch, 50 % Versagenswahr- scheinlichkeit N ij Bruchlastwechselzahl n an Drehzahl Antrieb 1/min n Motor Drehzahl Motor 1/min n p Anzahl Versuche (Temperatur- Drehmoment-Paare) n wi Anzahl Wiederholungen d

27、es i-ten Versuchs P Nennleistung W P ab Leistung am Abtrieb W P an Leistung am Antrieb W P Motor Leistung am Motor W P V Gesamtverlustleistung W SymbolDesignation Unit d f1 root diameter, gear 1 mm d f2 root diameter, gear 2 mm d s2 helical circle diameter, gear 2 mm ED relative tooth-engagement tim

28、e with respect to ten minutes F pulsator force N F n,lokal normal force on the tooth at the contact N F t nominal tangential force N F t2 peripheral force on gear N f frequency 1/s f f tooth-trace form deviation m H V degree of tooth loss h* aP addendum factor of the reference profile of the gear te

29、eth h* fP dedendum factor of the reference profile of the gear teeth i transmission ratio k heat transfer coefficient of the plastic gear K ( m/ s ) 0,75 mm 1,75 /W k W wear coefficient 10 6 mm 3 / ( N m) L ij log 10 N ij L i,10% logarithmized estimate of N i,10% L i,50% logarithmized estimate of N

30、i,50% m n normal module mm M dk diametral dimension between balls mm M W loss of mass g N L number of load cycles N i,10% sustainable number of load cycles, i-th test, 10 % probability of failure N i,50% sustainable number of load cycles, i-th test, 50 % probability of failure N ij number of load cy

31、cles to failure n an speed of drive 1/min n Motor speed of motor 1/min n p number of tests (temperature- torque pairs) n wi number of repetitions of the i-th test P nominal output W P ab power at output W P an power at input W P Motor power at motor W P V total power loss W B974908A824A6748CAAAA99BA

32、B349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29 BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02 4 VDI 2736 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Formel- zeichen Bezeichnung Einheit P V0 lastunabhngige Verluste W P VD lastunabhngig

33、e Dich- tungsverlustleistung W P VL0 lastunabhngige Lagerverlust- leistung W P VLP lastabhngige Lagerverlust- leistung W P VX sonstige lastunabhngige Lagerverlustleistung W P Vz0 lastunabhngige Verzahnungs- verlustleistung W P VzP lastabhngige Verzahnungs- verlustleistung W r K2 Kopfrundungsradius R

34、ad 2 mm R ,G Wrmebergangswiderstand des Getriebegehuses K m 2 /W normierte geschtzte Standard- abweichung der Lastwechsel- zahl s i geschtzte Standardabweichung der Lastwechselzahl im i-ten Versuch T an Antriebsdrehmoment N m T Motor Motordrehmoment N m T ab Abtriebsdrehmoment N m T d Nenndrehmoment

35、 N m T i Prfdrehmoment beim i-ten Versuch N m T verspann Verspanndrehmoment N m v t Umfangsgeschwindigkeit m/s W k1 Zahnweite Rad 1 mm W k2 Zahnweite Rad 2 mm W lokal lokaler linearer Verschlei mm x 1 Nennprofilverschiebungsfaktor Rad 1 x 2 Nennprofilverschiebungsfaktor Rad 2 Y Fa Formfaktor Y Sa Sp

36、annungskorrekturfaktor (Kerbwirkung) Y St Spannungskorrekturfaktor (Festigkeit) Y Schrgenfaktor (Fu) Y berdeckungsfaktor (Fu) Z E Elastizittsfaktor (N/mm 2 ) 0,5Z H Zonenfaktor Z Schrgenfaktor (Flanke) Z berdeckungsfaktor (Flanke) Z S berdeckungsfaktor Zahnflan- kentragfhigkeit z 1 Zhnezahl Rad 1 Sy

37、mbolDesignation Unit P V0 load-independent losses W P VD load-independent power loss at seal W P VL0 load-independent power loss at bearing W P VLP load-dependent power loss at bearing W P VX other load-independent power loss at bearing W P Vz0 load-independent gear-meshing power loss W P VzP load-d

38、ependent gear-meshing power loss W r K2 tip rounding radius, gear 2 mm R ,G heat transfer resistance of the mechanism housing K m 2 /W normalized estimated standard deviation of the number of load cycles s i estimated standard deviation of the number of load cycles in the i-th test T an input torque

39、 N m T Motor motor torque N m T ab output torque N m T d nominal torque N m T i test torque in the i-th test N m T verspann bracing torque N m v t tangential velocity m/s W k1 base tangent length, gear 1 mm W k2 base tangent length, gear 2 mm W lokal local linear wear mm x 1 nominal addendum modific

40、ation coefficient, gear 1 x 2 nominal addendum modification coefficient, gear 2 Y Fa form factor Y Sa stress correction factor (notch effect) Y St stress correction factor (strength) Y helix angle factor (root) Y contact ratio factor (root) Z E elasticity factor (N/mm 2 ) 0,5Z H zone factor Z helix

41、angle factor (flank) Z contact ratio factor (flank) Z S contact ratio factor tooth flank load-carrying capacity z 1 tooth number, gear 1 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29 BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02All rights reserved Verei

42、n Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2736 Blatt 4 / Part 4 5 Formel- zeichen Bezeichnung Einheit z 2 Zhnezahl Rad 2 n Eingriffswinkel im Normal- schnitt Schrgungswinkel am Teilkreis s2 Schrgungswinkel am Schraub- kreis Rad 2 wn abrasiver Verschlei mm lokales spezifisches Gleiten z Verzahn

43、ungswirkungsgrad Temperatur in Temperatur- kammer C 0 Umgebungstemperatur C Fu,Fla Differenz Fu-/Flanken- temperatur zu Umgebung C Fu Zahnfutemperatur C Fla Zahnflankentemperaturkennwert C i Prftemperatur C M Radmassentemperatur C S Schmierstofftemperatur C pln plastische Verformung mm Reibbeiwert D

44、ichte g/mm 3 * fP Furundungsfaktor des Bezugsprofils der Verzahnung Achsenwinkel FlimN Zeitschwellfestigkeit (Nenn- spannung) N/mm 2 H Flankenpressung (Pressung nach Hertz) N/mm 2 HlimN Zeitwlzfestigkeit N/mm 2 Hm mittlere Flankenpressung N/mm 2 HP zulssige Flankenpressung N/mm 2 Zsch Zugschwellfest

45、igkeit N/mm 2 Flim Scherschwellfestigkeit N/mm 2SymbolDesignation Unit z 2 tooth number, gear 2 n pressure angle in the normal section helix angle at the reference circle s2 helix angle at the helix circle, gear 2 wn abrasive wear mm local specific sliding z gear-mesh efficiency temperature in tempe

46、rature chamber C 0 ambient temperature C Fu,Fla difference between root/flank temperature and environment C Fu root temperature C Fla flank temperature characteristic C i test temperature C M gear mass temperature C S lubricant temperature C pln plastic deformation mm coefficient of friction density

47、 g/mm 3 * fP fillet factor of the reference pro- file of the gear teeth shaft angle FlimN fatigue strength under pulsating stress (nominal stress) N/mm 2 H flank pressure (Hertz stress) N/mm 2 HlimN rolling contact fatigue strength N/mm 2 Hm mean flank pressure N/mm 2 HP permissible flank pressure N

48、/mm 2 Zsch tensile fatigue strength N/mm 2 Flim shear fatigue strength N/mm 2Indizes In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge- fhrten Indizes verwendet: 1 Ritzel 2 Rad Subscripts The following subscripts are used in the present standard: 1 pinion 2 gear 3 Vorgehensweise zur Ermittlung der Werkstoffkennwerte Die in VDI 2736 Blatt 2 verwendeten Werkstoff- parameter Zeitschwellfestigkeit FlimN, Zeitwlz