1、DIN1 DIN 3990 TEIL 5 87 2794442 0013082 991 DK 621.833.001.24 DEUTSCHE NORM Dezember 1987 DIN 3990 Tragfhig kei ts be rec h n u n g von St i rn rdern Teil 5 Dauerfestigkeitswerte und Werkstoffqualitten Calculation of load capacity of cylindrical gears; endurance limits and material qualities Kursivg
2、edruckte Textteile sind Angaben, die zur unmittelbaren Berechnung nicht erforderlich sind, wohl aber zur Kenntnis des Anwendungsbereiches dieser Norm sowie der Diagramme und Tabellen. Zusammenhang mit den vom ISOITC 60, Verzahnungen, verabschiedeten Fassungen fr ISOIDIS 6336/1 bis ISOIDIS 6336/5 sie
3、he Erluterungen in DIN 3990 Teil 1. Die Dauerfestigkeitswerte nach dieser Norm knnen sehr stark schwanken. Die Grnde hierfr sind Unregelmigkeiten und Schwankungen der chemischen Zusammensetzung (Charge), des Gefges, der Wrmebehandlung, des Werkstoff-Ausgangs- Zustandes (zum Beispiel Stangenmaterial
4、oder Schmiedeteil, Verschmiedungsgrad), Hhe der Restspannungen usw. Die wichtigsten Einflugren und die Anforderungen an verschiedene Qualittsstufen der Werkstoffe sind in Tabellen in Abschnitt 5.2 zusammengefat. Ihr Einflu auf die Grbchen- und Zahnfutragfhigkeit wird durch die Schaubilder in Abschni
5、tt 4.4 dargestellt. Grenzwerte der Frebeanspruchung siehe DIN 3990 Teil 4. In allen Berechnungen sind die Einheiten nach Abschnitt 2 einzusetzen. In der vorliegenden Norm sind die derzeit berwiegend verwendeten Zahnradsthle und angewandten Wrmebehand- lungsverfahren bercksichtigt. Diese Norm enthlt
6、keine Empfehlungen fr die Auswahl bestimmter Werkstoffe, Wrmebehandlungsverfahren oder Herstellungsverfahren. Auch die Eignung der Werkstoffe hinsichtlich der Herstellung und Wrmebehandlung ist nicht Bestandteil dieser Norm. Inhalt 1 Anwendungsbereich und Zweck 1 4.3 Zahnfu-Dauerfestigkeit UF li, UF
7、E 3 2 Zeichen, Benennungen und Einheiten 2 4.4 Schaubilder fr OH lim und UF lim bzw. UFE 4 Seite Seite 3 Verfahren zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten 5 Anforderungen an Werkstoffqualitt und Wrmebehandlung 11 - 4 Richtwerte fur die Dauerfestigkeit, Methode B . 3 5.1 Allgemeines . i i 4.2 Grbch
8、en-Dauerfestigkeit UH liiii . 3 Zahnradwerkstoffen und Wrmebehandlungen . 11 4.1 Allgemeines . 3 5.2 Anforderungen an die Qualitt von blichen 1 Anwendungsbereich und Zweck In der vorliegenden Norm werden Verfahren zur Ermittlung der dauernd ertragbaren Flankenpressungen (Grbchen-Dauer- festigkeiten)
9、 und Zahnfubeanspruchungen (Zahnfu-Dauerfestigkeiten) sowie numerische Werte fr beide Tragfhigkeiten angegeben. Darber hinaus sind Anforderungen an Werkstoffqualitt und Wrmebehandlung sowie Angaben ber den Einflu der Werkstoffqualitt auf Grbchen- und Zahnfu-Dauerfestigkeit enthalten. Diese Norm gilt
10、 fr die in DIN 3990 Teil 2 (Grbchentragfhigkeit) und DIN 3990 Teil 3 (Zahnfutragfhigkeit) angegebenen Berechnungsverfahren sowie fr die hiervon abgeleiteten Berechnungsverfahren fr bestimmte Anwendungsgebiete (fr Industriegetriebe, fr Schnellaufgetriebe und Getriebe hnlicher Anforderungen und fr Sch
11、iffsgetriebe). Sie kann ebenfalls in Berechnungsverfahren fr Kegelrder DIN 3991 Teil 2, z. Z. Entwurf (Grbchentragfhigkeit), und DIN 3991 Teil 3, z. Z. Entwurf (Zahnfutragfhigkeit), angewandt werden. Die in der vorliegenden Norm aufgefhrten Angaben sind auf alle Arten von Zahnrdern, Bezugsprofilen,
12、Profilabmessungen, Ausfhrungen usw. anwendbar, die in den genannten Normen enthalten sind. Fortsetzung Seite 2 bis 19 Normenausschu Antriebstechnik (NAN) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. - Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GrnbH, Burggrafenstrae 6. 1000 Berlin 30 DIN 3990 Teil 5 D
13、ez 7987 freisgr. 72 Vertr-Nr 0012 12 87a DIN1 DIN 3990 TEIL 5 87 2794442 0033083 828 Seite 2 DIN 3990 Teil 5 2 Zeichen, Benennungen und Einheiten 3 Verfahren zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten Die Dauerfestigkeitswerte sollen fr jeden Werkstoff und Werkstoffzustand mglichst durch Laufversuche
14、 mit Zahn- rdern ermittelt werden. Die Prfbedingungen und Prfrad- abmessungen sollen den Abmessungen und Betriebsbe- dingungen der zu berechnenden Zahnradgetriebe mglichst nahe kommen. Bei der Auswertung von Versuchsergebnissen oder Betriebs- erfahrungen ist stets ZU prfen, ob gewisse Einflufaktoren
15、 fr die zulssigen Spannungen bereits in den Dauerfestigkeits- werten enthalten sind (bei der Grbchen-Dauerfestigkeit zum Beispiel Schmierstoffeinflu, flankenrauheit; bei der Zahnfu- Dauerfestigkeit zum Beispiel Fuausrundungsradius, Rauheit in der Fuausrundung). In diesen Fllen sind die betreffenden
16、Einflufaktoren bei der zulssigen Spannung gleich eins zu setzen. aj Methode A Die Dauerfestigkeitswerte fr die Grbchen- und Zahnfutrag- fhigkeit werden in Laufversuchen mit Zahnrdern ermittelt, deren Abmessungen den ausgefhrten Rdern gleich oder hnlich sind; die Prfbedingungen sind gleich oder annhe
17、rnd gleich den Betriebsbedingungen. b) Methode B Die Dauerfestigkeitswerte fr die Grbchen- undzahnfutrag- fhigkeit werden aufgrund von Versuchen mit Standard-Refe- renz-Prfrdern unter Standard-Prfbedingungen ermittelt. Zur Ermittlung der Biegespannung werden auch Pulsatorver- suche mit Zahnrdern her
18、angezogen. Praktische Erfahrungen sind zu bercksichtigen. Die Richtwerte fr die Dauerfestigkeit in den Abschnitten 4.2 und 4.3 beruhen auf solchen Versuchen und Erfahrungen. In die Felder der Dauerfestigkeitswerte sind drei verschiedene Stufen ME, M und ML eingetragen. Die Auswahl der Stufe hngt von
19、 Herstellung und Quaiittskontrolle, wie in Ab- schnitt 5 beschrieben. ab. c) Methode BI 0,32% e O l o e DINI DIN 3990 TEIL 5 87 2794442 0013088 30T DIN 3990 Teil 5 Seite 7 I700 Nlrnrnz 1600 1500 1400 1300 E ._ - t 1200 1100 1000 900 800 400 500 600 700 Oberfichenhrte HVI - 800 Bild 4a. Einsatzgehrte
20、te und randschichtgehrtete Sthle, Grbchen-Dauerfestigkeit DIN1 DIN 3990 TEIL 5 87 2794442 0033089 246 M 200 100 Seite 8 DIN 3990 Teil 5 gehartet (einschlielich Fuausrundungl 6) 1 - 400 - - - - 65 - - 200 I I HRC - 50 55 60 III Il III1 1.1 11.1 II ,1,1“! ,111 III Bild 4b. Einsatzgehrtete und randschi
21、chtgehrtete Sthle, Zahnfu-Dauerfestigkeit O 6) Bei flamm- oder induktionsgehrteten Zhnen, bei denen der Zahngrund ungehrtet bleibt, mu die verminderte Biege- festigkeit von 70 bis 80% von vergteten Sthlen (siehe Bild 3b) verwendet werden. e e DIN1 DIN 3790 TEIL 5 87 2374442 OOL3070 Tb8 DIN 3990 Teil
22、 5 Seite 9 1500 N/rnm* 1400 1300 1200 tE “O0 .- - b 1000 900 800 300 400 500 600 700 800 900 Oberflchenhrte HV1 - Bild 5a. Nitrierte und nitrokarburierte Sthle, Grbchen-Dauerfestigkeit 7) 7, Anhaltswerte fr plasmanitrierte Zahnrder siehe Schrifttum (Verzeichnis Zitierte Normen und andere Unterlagen)
23、 zum Beispiel l 11. Absicherung durch Betriebserfahrung empfohlen. DIN1 DIN 3990 TEIL 5 87 2794442 0013091 9T4 Seite 10 DIN 3990 Teil 5 N OE0 z O -Es N rm O O 7 8 N tT c ._ a, x rn rn 1,5% DIN 50049 - 3.1 6, 2 Hrtbarkeit im Stirn- abschreckversuch nach DIN 50191. Grenzwerte der Rockwell- C-Hrte nac
24、h DIN 17210, Ausgabe 09.86, Tabelle 4 Werkszeugnis DIN 50049 - 2.2 Werkszeugnis DIN 50049 - 2.2 oder - auf Anforderung - Werksprfzeugnis DIN 50049 - 2.3, Ident- Prfung an Stichproben, eingeengtes Streuband HH Werksprfzeugnis DIN 50049 - 2.3 oder - auf Anforderung - Abnahmeprfzeugnis 100% Identprfung
25、 eingeengtes Streuband HH DIN 50049 - 3.1 B, 3 Erschmelzung keine Vorschrift Vorschrift nur in Sonder- fllen, sonst LD oder im Elektroofen erschmolzen unter Vakuum erschmol- zen, unter Vakuum oder nach ESU umgeschmolzen bzw. quivalente Verfahren z.B. CAB, unter Vakuum entgast 4 Reinheitsgrad. Besti
26、mmung nach DIN 50602 keine Vorschrift nach DIN 17210, Ausgabe 09.86, 50% der Werte von Tabelle 6 K1 I 20 K21 5 K3= O Gesamtsummenkenn- wert K fr S und O 5 Korngre (Austenitkorngre). Bestimmung nach DIN 50601 keine Vorschrift Gre 5 bis 8 an Schmelzchargenprobe, Werkszeugnis DIN 50049 - 2.2 oder - auf
27、 Anforderung - Werksprfzeugnis DIN 50049 - 2.3 Gre 5 bis 8 an Schmelzchargenprobe und an Coupon-Probe mit reprsentativem Quer- schnitt 10). Werksprfzeugnis DIN 50049 - 2.3 oder - auf Anforderung - Abnahmeprfzeugnis DIN 50049 - 3.1 B 6 Ultraschallprfung im berdrehten Zustand keine Vorschrift Stichpro
28、benprfung fr geschmiedet oder gewalzt, 100% Prfung frstahlgu Ersatzfehlergre 3 am Rand, Ersatzfehlergre 5 im Kern nach AVG-Diagramm 100% Prfung, Ersatzfehlergre 3 nach AVG-Diagramm, kein Gu 7 Randhrte (am Bauteil). Wahl des Prfverfahrens nach DIN 6773 Teil 4, Umwertungstabelle Vickers-Rockwell hrte
29、nach DIN 50150 56 bis 64 HRC bzw. 74 bis 81 HR 30 N Stichprobenprfung 58 bis 63 HRC bzw. 75,5 bis 80 HR 30 N Stichprobenprfung 59 bis 63 HRC bzw. 76,5 bis 80 HR 30 N 100% Prfung HR 30 N oder HV Prfung mit Prflast 600 HV 2 700 bis 850 HV 29) 700 bis 850 HV 219) Vergtungssthle 450 HV 2 Hrtegeflle zum
30、Kern nicht geprft I kontinuierlicher Abfall Werkstoff Nitriersthle C 50 J I KV 70 J 13 Reparaturschweien - nicht gestattet im Bereich der Verzahnung - 14 15 - 16 Vorbehandlung vergtet, keine Randabkohlung wie MQ, jedoch vor dem Vergten normalgeglht bliche Austenitisierungs- und Anladauer; Anlatemper
31、atur ber Nitriertemperatur verlngerte Austenitisie- rungs- und Anladauer; Anlatemperatur mindestens 30 K ber Nitriertemperatur keine Vorschrift VS-Dicke 5 bis 10 pm, berwiegend E-, wenig y-N i t ride VS-Dicke 8; wenn nach dem Nitrieren geschliffen, Grbchen- tragfhigkeit beachten Randzone (Verbindung
32、sschicht, weie Schicht) (VS) UB nicht geprft up, 900 N/mm2 Kern (generell unter 5 O/O Ferritanteile) Fertigung, Fertigbearbeitung : vor dem Nitrieren feingefrst, ff, nach Verzahnungsqualitt 7 (DIN 3962 Teil 1) oder geschabt, Kanten gebrochen, keine tiefen Frsriefen geschabt oder geschliffen, ff, nac
33、h Verzahnungs- qualitt 6, R, 10 pm infolge Versprdung ab. Allgemeine Hinweise siehe Funote 11. DINL DIN 3qqo TEIL 5 87 m 2794442 oomw 195 m Seite 18 DIN 3990 Teil 5 Tabelle 8. Vergtungssthle und Einsatzsthle, bad- oder gasnitrokarburiert Anforderung ML MQ ME chemische Analyse, mechanische Werte nach
34、 dem Vergten, Erschmelzung, Reinheit, Korngre (im Kerngefge), Ultraschallprfung, Blockseigerungen, Verformungsgrad Nitrokarburierdauer Oberflchenhrte legierte Sthle unlegierte Sthle Werkstoff Vorbehandlung legierte Sthle unlegierte Sthle Randgefge (Verbindungsschicht, L Nitrokarburier-Einrichti Badn
35、itrokarburieren Gasnitrokarburieren wie Tabelle 4, Vergtungssthle, Ifd. Nr 1 bis 8 500 HV 2 _ 300 HV 2 _ nach DIN 17 200 oder gleichwertig vergtet, bliche Austenitisierungs- und Anladauer nicht geprft, eventuell Tpfelprobe eingeschrnkte berwachung eingeschrnkte berwachung Werkszeugnis und Stich- pro
36、ben geprft Werkszeugnis und 100 vergtet, verlngerte Austenitisierungsdauer (bei 600 OC) bei Bedarf normalgeglht VS-Dicke: 10 bis 30 pm, berwiegend E-, wenig y-Nitride, metallo- graphisch oder rntge- nographisch geprft Titantiegel belftet, keine Verunreinigung z.ugelassen, sorgfltige Uberwachung, nie
37、driger Eisengehalt VS-Dicke 10 bis 20 pm Anteil s-/y-Nitride 8; metallographisch oder rntgenographiscl geprft, Meergebnisse dokumentiert wie MQ, jedoch Reinheit des Salzbades durch Kontrollschriebe dokumentiert wie Tabelle 7 Nitrier- und Vergtungssthle, gasnitriert, Ifd. Nr 18 DIN1 DIN 3990 TEIL 5 8
38、7 2794442 0175054 1bT DIN 3990 Teil 5 Seite 19 Zitierte Normen und andere Unterlagen DIN 867 DIN 1691 DIN 3962 Teil 1 DIN 3962 Teil 2 DIN 3990 Teil 1 DIN 3990 Teil 2 DIN 3990 Teil 3 DIN 3990 Teil 4 DIN 3991 Teil 2 DIN 3991 Teil 3 DIN 6773 Teil 4 DIN 17 200 DIN 17 210 DIN 50 049 DIN 50 150 e DIN 50 1
39、90 Teil 1 DIN 50 191 DIN 50 601 DIN 50 602 Bezugsprofile fr Evolventenverzahnungen an Stirnrdern (Zylinderrdern) fr den allgemeinen Maschinen- bau und den Schwermaschinenbau Gueisen mit Lamellengraphit (Graugu); Eigenschaften Toleranzen fr Stirnradverzahnungen; Toleranzen fr Abweichungen einzelner B
40、estimmungsgren Toleranzen fr Stirnradverzahnungen; Toleranzen fr Flankenlinienabweichungen Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern; Einfhrung und allgemeine Einflufaktoren Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern; Berechnung der Grbchentragfhigkeit Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern; Berechnung der
41、 Zahnfutragfhigkeit Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern; Berechnung der Fretragfhigkeit (z.Z. Entwurf) Tragfhigkeitsberechnung von Kegelrdern ohne Achsversetzung; Berechnung der Grbchentragfhigkeit (z.Z. Entwurf) Tragfhigkeitsberechnung von Kegelrdern ohne Achsversetzung; Berechnung der Zahnfu- t
42、ragfhigkeit Wrmebehandlung von Eisenwerkstoffen; Wrmebehandelte Teile, Darstellung und Angaben in Zeichnun- gen, Einsatzhrten Vergtungssthle; Technische Lieferbedingungen Einsatzsthle; Technische Lieferbedingungen Bescheinigungen ber Materialprfungen Prfung von Stahl und Stahlgu; Umwertungstabelle f
43、r Vickershrte, Brinellhrte, Rockwellhrte und Zugfestigkeit Hrtetiefe wrmebehandelter Teile; Ermittlung der Einsatzhrtungstiefe Prfung von Eisenwerkstoffen; Stirnabschreckversuch, Probenlnge 1 O0 mm, Probendurchmesser 25 mm Metallographische Prfverfahren; Ermittlung der Ferrit- oder Austenitkorngre v
44、on Stahl und Eisen- Werkstoffen Metallographische Prfverfahren; Mikroskopische Prfung von Edelsthlen auf nichtmetallische Einschlsse mit Bildreihen AGMA 170.01 - 1976*) ASTM E 112*) VDG-Merkblatt P 441 ; beziehbar durch Verein Deutscher Gieereifachleute e. V., Postfach 82 25, 4000 Dsseldorf 1 Design
45、 Guide for Vehicle Spur and Helical Gears Standard methods for determining average grain size 31 141 151 e i61 71 Gohritz, A.: Ermittlung der Zahnflankentragfhigkeit mittlerer und groer Getriebe durch Analogieversuche. Diss. RWTH Aachen (1982) Hsel, Th.; Joachim, F.: Zahnflankenwlzfestigkeit unter B
46、ercksichtigung der Ausfallwahrscheinlichkeit. ,Antriebstechnik“ 17 (1978), Bd. 12, S. 533-537 Rettig, H.; Wei, T.: Statistisch belegte Whlerlinien der Zahnfufestigkeit fr gebruchliche Zahnradsthle. Stahl und Eisen 101 (1981), S. 413-416 Niemann, G.; Winter, H.: Maschinenelemente. Band 2, Getriebe. S
47、pringer, Berlin 1983 FVA-Merkblatt: Empfehlungen zur Vereinheitlichung von Flankentragfhigkeitsversuchen an vergteten und gehrteten Zylinderrdern. Forschungsvereinigung Antriebstechnik Nr. 0/5, Mrz 1979 Grundlagenversuche zur Ermittlung der richtigen Hrtetiefe bei Wlz- und Biegebeanspruchung. FVA-He
48、ft Nr. 36 (1976) Belastbarkeit von einsatzgehrteten Zahnrdern bei Verwendung von Sthlen hoher Hrtbarkeit und Belastbarkeit gasnitrierter Zahnrder aus Nitrierstahl 31 CrMo V 9. FVA-Heft Nr. 98 (1980) Belastbarkeit von induktiv- bzw. flammengehrteten Zahnrdern. FVA-Heft Nr. 127 (1983) Einsatz hochfester Vergtungssthle in der Zahnradfertigung. FVA-Heft Nr. 75 (1979) Ermittlung von Zahnfufestigkeits-Whlerlinien fr gebruchliche Zahnradsthle des Schwermaschinenbaus. FVA-Heft Nr. 130 (1982) Bestimmung der T
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