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常见评估标准介绍
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ISO 6336-5
1）提供齿轮材料的许用弯曲应力数（σ F,lim ）和许用接触应力数（σ H,lim ）
2）覆盖材料类型：碳钢、合金钢、铸铁（球墨/灰铸铁）
3）数据基于：齿轮专用疲劳试验（如 FZG 试验）及工业长期使用经验
4）基准条件：失效概率：1%，弯曲为 3×10^6 次，接触为 5×10^7次（对渗碳钢）
AGMA 2101
1）弯曲强度计算方法，基于 Lewis 公式改进
2）接触强度计算方法，基于赫兹理论
3）许用弯曲应力（S t ）和接触应力（S c ）数据主要来自：AGMA 2001-D04 / ANSI/AGMA 2101-D04 附录 / AGMA 925-A03（润滑与寿命） / AGMA 2003-B97（材料与热处理手册）
4）材料数据库不如 ISO 6336-5 详尽，但更强调实际工况适配性，同时提供可靠性因子 K R （KR 用于降低许用应力以提高可靠性）
DIN 3990
1） DIN 3990 是 ISO 6336 的前身和主要蓝本，两者在公式结构、材料数据、安全系数理念上高度一致
2） 已被 ISO 6336 等效替代，德国自 1990 年代起逐步转向 ISO
齿轮主要失效形式
在GB/T 3481.1中定义了齿轮损伤的术语及图示，非常详尽，而常见的失效形式为以下两种
弯曲疲劳失效形式
裂纹起源于齿根圆角区域
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接触疲劳失效形式
裂纹起源于齿面赫兹接触深度下方，在滚动/滑动复合应力作用下扩展，通常表现为宏观点蚀
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齿轮试验台介绍
回转齿轮试验（Rotating Gear, RG）
使用 FZG 型试验台，模拟真实啮合工况，主要用于评估接触疲劳
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· 优点是包含齿轮几何、制造工艺及啮合物理效应
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· 缺点是试验周期长、成本高，且每个 S-N 曲线数据点需消耗一对齿轮
单齿弯曲疲劳试验（Single Tooth Bending Fatigue, STBF）
使用脉动加载装置对固定齿施加循环载荷，主要用于评估齿根弯曲疲劳。
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· 加载点通常位于单齿啮合最高点附近
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· 该方法较快，一个齿轮可完成多次试验，但加载位置固定
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· 不同于实际啮合中接触点沿齿廓移动（SAP -> EAP）的情况，通常引入修正系数 fkorr ≈ 0.9 以与回转齿轮试验结果关联
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· 通常按 1% 失效概率评定，但置信水平未明确定义
通用疲劳试验方法
通用疲劳性能可通过标准化试样（如光滑或带缺口圆棒）在常规疲劳试验机上测定
平面弯曲（Plane Bending, PB）
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旋转弯曲（Rotating Bending, RB）
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拉压（Tension/Compression, TC）
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扭转（Torsion, TOR）
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齿轮疲劳强度的转换
限制条件
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· 抗拉强度 Rm 在 500–2200 MPa 范围内
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· 10⁷ 次循环、50% 失效概率下
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· 齿轮许用弯曲应力数近似等于同材料、同热处理状态下的平面弯曲疲劳极限 σD,PB
抗拉强度 Rm 可通过维氏硬度 HV 转换
抗拉强度 Rm 与弯曲疲劳强度 σF,lim 转换
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扭转疲劳极限 τD 与旋转弯曲极限 σD,RB 存在经验关系
接触疲劳极限 σH,lim 与扭转疲劳极限 τD 的转换
更简单的算式为
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参考文献
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ISO 6336-5
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GB/T 14230 齿轮弯曲疲劳强度试验方法
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GB/T 14229 齿轮接触疲劳强度试验方法
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GB/T 3481 齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因