DIN 3996-2012 Calculation of load capacity of cylindrical worm gear pairs with rectangular crossing axes《带直角横轴轴向的圆筒形蜗杆副承载能力的计算》.pdf

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1、September 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Maschinenbau (NAM) im DINPreisgruppe 23DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 21.200!,px7“9778520www.din.deDDIN 3996Tra

2、gfhigkeitsberechnung von Zylinder-Schneckengetrieben mit sichrechtwinklig kreuzenden AchsenCalculation of load capacity of cylindrical worm gear pairs with rectangular crossing axesCalcul de la capacit de charge des engrenages vis cylindriques axes orthogonauxAlleinverkauf der Normen durch Beuth Ver

3、lag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 3996:1998-09www.beuth.deGesamtumfang 68 SeitenDIN 3996:2012-09 2 Inhalt Seite Vorwort . 6 1 Anwendungsbereich 7 1.1 Allgemeines . 7 1.2 Schneckenwerkstoffe . 7 1.3 Schneckenradwerkstoffe . 7 1.4 Schmierstoffe 8 1.5 Flankenformen 8 2 Normative Verweisungen . 8 3 For

4、melzeichen, Benennungen und Einheiten 9 4 Allgemeines . 14 4.1 Grundlagen, Wechselwirkungen . 14 4.1.1 Verschlei 14 4.1.2 Grbchenschden 15 4.1.3 Fressen 15 4.1.4 Wechselwirkung zwischen Fressen und Verschlei . 15 4.1.5 Wechselwirkung zwischen Verschlei und Grbchen . 15 4.1.6 Wechselwirkung zwischen

5、Verschlei und Zahnbruch 15 4.1.7 Riefenbildung 15 4.2 Absolutrechnung bzw. Relativrechnung 15 4.2.1 Absolutrechnung 15 4.2.2 Relativrechnung 16 4.3 Standard-Referenzgetriebe 16 4.4 Berechnungsanstze, Methoden A, B, C 17 4.4.1 Methode A 17 4.4.2 Methode B 17 4.4.3 Methode C 18 4.5 Sicherheitsfaktoren

6、 18 4.6 Hinweis auf Zahlenwertgleichungen. 18 4.7 Sonstige Hinweise 18 4.8 Hinweis auf Zahlenwertgleichungen. 18 4.9 Hinweis auf Zahlenwertgleichungen. 18 4.10 Sonstige Hinweise 18 5 Notwendige Eingangsgren 19 6 Krfte, Geschwindigkeiten sowie Kennwerte fr die Berechnung der Beanspruchung 20 6.1 Allg

7、emeines . 20 6.2 Zahnkrfte 20 6.2.1 Anwendungsfaktor KA. 20 6.2.2 Zahnkraftkomponenten 20 6.3 Gleitgeschwindigkeit am Mittenkreis 21 6.4 Physikalische Kennwerte . 21 6.4.1 Allgemeines . 21 6.4.2 Mittlere Hertzsche Pressung . 22 6.4.3 Mittlere Schmierspaltdicke 23 6.4.4 Mittlerer Gleitweg 24 6.5 Bere

8、chnung der mittleren Flankenpressung . 25 6.6 Berechnung der minimalen mittleren Schmierspaltdicke 25 6.7 Berechnung des Verschleiweges . 26 6.8 Berechnung der kinematischen Viskositt 26 7 Wirkungsgrad und Verlustleistung . 27 7.1 Allgemeines . 27 DIN 3996:2012-09 3 7.2 Gesamtwirkungsgrad 27 7.2.1 M

9、ethode A 27 7.2.2 Methoden B und C . 27 7.3 Gesamtverlustleistung 27 7.3.1 Methode A 27 7.3.2 Methode B 27 7.3.3 Methode C 28 7.3.4 Leerlaufverlustleistung . 28 7.3.5 Lagerverlustleistung infolge der Lagerbelastung 28 7.3.6 Dichtungsverlustleistung . 29 7.3.7 Anpassung des Berechnungsverfahrens an e

10、igene Versuche 29 7.4 Verzahnungswirkungsgrad 29 7.4.1 Methode A 29 7.4.2 Methode B 29 7.4.3 Methode C 29 7.4.4 Grundreibungszahl 0Tdes Standard-Referenzgetriebes . 30 7.4.5 Baugrenfaktor 31 7.4.6 Geometriefaktor . 31 7.4.7 Werkstofffaktor 32 7.4.8 Rauheitsfaktor . 32 7.4.9 Anpassung des Berechnungs

11、verfahrens an eigene Versuchsergebnisse . 32 7.5 Verzahnungsverlustleistung 32 7.5.1 Methode A 32 7.5.2 Methode B 32 7.5.3 Methode C 33 8 Verschleitragfhigkeit . 33 8.1 Allgemeines . 33 8.2 Verschleisicherheit . 33 8.3 Zu erwartender Verschleiabtrag 33 8.3.1 Methode A 33 8.3.2 Methoden B und C . 33

12、8.4 Zulssiger Verschleiabtrag 39 8.5 Anpassung des Rechenverfahrens an eigene Versuche 40 9 Grbchentragfhigkeit 40 9.1 Allgemeines . 40 9.2 Grbchensicherheit . 40 9.3 Auftretende Flankenpressung . 41 9.3.1 Methode A 41 9.3.2 Methoden B und C . 41 9.4 Grenzwert der Flankenpressung . 41 9.5 Anpassung

13、des Berechnungsverfahrens an eigene Versuche 42 10 Durchbiegung 43 10.1 Allgemeines . 43 10.2 Durchbiegesicherheit 43 10.3 Auftretende Durchbiegung . 43 10.3.1 Methode A 43 10.3.2 Methode B 43 10.3.3 Methode C 43 10.4 Grenzwert der Durchbiegung . 44 11 Zahnfutragfhigkeit . 44 11.1 Allgemeines . 44 1

14、1.2 Zahnbruchsicherheit . 44 11.3 Auftretende Zahnfuspannung 44 11.3.1 Methode A 44 11.3.2 Methode B 45 11.3.3 Methode C 45 DIN 3996:2012-09 4 11.4 Grenzwert der Schub-Nennspannung am Zahnfu . 46 11.5 Anpassung des Berechnungsverfahrens an eigene Versuche . 48 12 Temperatursicherheit . 48 12.1 Allge

15、meines . 48 12.2 Temperatursicherheit bei Tauchschmierung . 48 12.3 Auftretende lsumpftemperatur . 49 12.3.1 Methode A 49 12.3.2 Methode B 49 12.3.3 Methode C 49 12.4 Grenzwert der lsumpftemperatur . 50 12.5 Temperatursicherheit bei Einspritzschmierung 50 12.6 Khlleistung 51 12.6.1 Methode A 51 12.6

16、.2 Methode B 51 12.6.3 Methode C 51 13 Bestimmung der Radmassentemperatur . 51 13.1 Allgemeines . 51 13.2 Radmassentemperatur bei Tauchschmierung 51 13.2.1 Methode A 51 13.2.2 Methode B 51 13.2.3 Methode C 51 13.3 Radmassentemperatur bei Einspritzschmierung 52 Anhang A (informativ) Hinweise zu den i

17、nneren Krften und zur Kraftverteilung 53 Anhang B (informativ) Hinweise zu den physikalischen Kennwerten 54 Anhang C (informativ) Methoden zur Ermittlung der Kennwerte 55 Anhang D (informativ) Schmierspaltdicke nach der EHD-Theorie 57 Anhang E (informativ) Berechnung des Verschleiweges 58 Anhang F (

18、informativ) Hinweise zur Berechnung des Verschleiabtrags . 59 Anhang G (informativ) Hinweise zur Zahnfutragfhigkeit 60 Anhang H (informativ) Lebensdauerabschtzung grbchengefhrdeter Radstze 61 Anhang I (informativ) Beispiele . 63 Literaturhinweise . 68 Bilder Bild 1 Betrachtung der Abweichungen am Be

19、ispiel der Einflussgre Achsabstand“ . 16 Bild 2 Radzahn- und Radkranzbreiten 19 Bild 3 Zahnkraftkomponenten . 20 Bild 4 Grundreibungszahlen 0Tdes Standard-Referenzgetriebes . 31 Bild 5 Bezugsverschleiintensitten nach 9, 10, 15 . 37 Bild 6 Lagerabstnde 44 Bild 7 Kranzdickenfaktor YK. 46 Bild 8 Lebens

20、dauerfaktor YNLnach Versuchen 8 48 Bild C.1 Berechnete Berhrlinien fr ein Beispiel (Projektion in die Radebene) . 55 DIN 3996:2012-09 5 Seite Tabellen Tabelle 1 bliche Schneckenradwerkstoffe 7 Tabelle 2 Formelzeichen, Benennung und Einheit . 9 Tabelle 3 Hauptdaten des Standard-Referenzgetriebes 17 T

21、abelle 4 E-Module und Querkontraktionszahlen 25 Tabelle 5 Werkstofffaktor YWnach 9, 11 und 15 . 32 Tabelle 7 Dichte fr Schneckenradwerkstoffe nach 11 . 40 Tabelle 8 Grbchenfestigkeiten nach 11. 41 Tabelle 9 Schub-Dauerfestigkeitswerte FlimTfr verschiedene Radwerkstoffe . 46 Tabelle 10 Lebendauerfakt

22、or YNLin Abhngigkeit von der Lastspielzahl NL, dem Werkstoff und der zulssigen Qualitt des Schneckenrades 47 DIN 3996:2012-09 6 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 060-34-14 AA Schneckenverzahnung“ erarbeitet. Diese Norm gibt eine Anleitung zur Nachrechnung der Tragfhigkeit von Zylinder

23、-Schneckengetrieben. Sie legt keine Regeln oder Hinweise fr die Dimensionierung, Wahl von Werkstoffen und Schmierstoffen usw. fest. Die Berechnung nach dieser Norm erfasst die Tragfhigkeitsgrenzen Verschlei, Grbchen, Schnecken-durchbiegung, Zahnbruch und Temperatur. Es wird auf die Mglichkeit hingew

24、iesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 3996:1998-09 wurden folgende magebliche nderungen vorgenommen: a) die Berechnung der p

25、hysikalischen Kennwerte nach Methode C wurde verfeinert; b) die Wirkungsgradberechnung wurde um Grundreibungszahlkurven fr Rder aus Gusseisenwerkstoffen sowie fr Rder aus Bronze bei Tauchschmierung erweitert; c) die Berechnung der Verschleitragfhigkeit wurde um Bezugsverschleiintensitten fr untersch

26、iedliche Werkstoff-/Schmierstoffkombinationen erweitert; d) die lsumpftemperaturberechnung nach Methode C wurde auf Mineralle und Polyalphaolefine ausgedehnt. Frhere Ausgaben DIN 3996: 1998-09 DIN 3996:2012-09 7 1 Anwendungsbereich 1.1 Allgemeines Diese Norm gibt eine Anleitung zur Nachrechnung der

27、Tragfhigkeit von Zylinder-Schneckengetrieben. Sie legt keine Regeln oder Hinweise fr die Dimensionierung, Wahl von Werkstoffen und Schmierstoffen usw. fest. Die Berechnung nach dieser Norm erfasst folgende Tragfhigkeitsgrenzen: Verschlei, Grbchen, Schneckendurchbiegung, Zahnbruch und Temperatur. Der

28、 Anwendungsbereich verschiedener Teile des Berechnungsverfahrens dieser Norm beschrnkt sich auf Bereiche, fr die praktische Erfahrungen vorliegen (a 63 mm, n1 60 min1, vgm 25 m/s). Liegen beim Anwender weitergehende Versuchsergebnisse vor, kann durch eine Anpassung des Rechenverfahrens der Anwendung

29、sbereich je nach Art und Umfang der eigenen Versuche entsprechend erweitert werden. Der Anwendungsbereich dieser Norm erstreckt sich auf die nachfolgend angefhrten Schnecken- und Schneckenradwerkstoffe, Schmierstoffe sowie Flankenformen. 1.2 Schneckenwerkstoffe a) Einsatzsthle (z. B. 16MnCr5 nach DI

30、N EN 10084), einsatzgehrtet (58 bis 62 HRC); b) Vergtungssthle (z. B. 42CrMo4 nach DIN EN 10083-2), flamm- oder induktionsgehrtet (50 bis 56 HRC); c) Nitriersthle (z. B. 31CrMoV9+QT nach DIN EN 10085), gasnitriert. Die Rechenverfahren basieren auf Untersuchungen mit einsatzgehrteten Schnecken aus 16

31、MnCr5 nach DIN EN 10084. Fr andere Werkstoffe liegen bisher noch keine systematischen Untersuchungen vor. Bei ausreichender Oberflchenhrte, Einhrtungstiefe und Kernhrte sowie einwandfreier Wrmebehandlung lassen sich die Rechenverfahren jedoch auf die anderen o. a. Werkstoffe bertragen. 1.3 Schnecken

32、radwerkstoffe1)Die Werkstoffe sowie eine bersicht ber den Erfahrungshintergrund sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 bliche Schneckenradwerkstoffe Schneckenradwerkstoff Nach Verschlei Grbchen Zahnbruch bertemperatur CuSn12-C-GZa)DIN EN 1982 + + + + CuSn12-Ni2-C-GZa)+ + + + CuSn12-Ni2-C-GC + + +

33、Cu-Al10FE5Ni5-Ca)o o + + EN-GJS-400-15 DIN EN 1563 o + EN-GJL-250 DIN EN 1561 o + + abgesicherte Untersuchungsergebnisse vorhanden o Untersuchungsergebnisse bekannt Erfahrungswerte bekannt a)Schleuderbronzen sollten ein homogenes, lunkerfreies Gefge im Verzahnungsbereich aufweisen. Die mittlere Korn

34、gre sollte unter 150 m liegen. 1) In dieser Norm werden Kupfer-Zinn-Legierungen mit den im Bereich der Schneckengetriebe blichen Begriffen Bronze bzw. Schleuderbronze, Stranggussbronze, Kupfer-Aluminium-Legierungen mit dem Begriff Aluminiumbronze bezeichnet. DIN 3996:2012-09 8 1.4 Schmierstoffe a) m

35、ildlegierte CLP-le nach DIN 51517-3; b) Polyalphaolefine; c) Polyglykole. 1.5 Flankenformen A, N, K, I, C nach DIN 3975. Die Berechnungsgleichungen basieren im Wesentlichen auf Untersuchungen mit Schneckengetrieben der Flankenform I. Die Ergebnisse wurden aufgrund praktischer Erfahrungen und durch h

36、nlichkeits-betrachtungen auf Schneckengetriebe mit den anderen Flankenformen bertragen. 2 Normative Verweisungen Die nachfolgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen

37、 gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 3974-1:1995-11, Toleranzen fr Schneckengetriebe Verzahnungen Teil 1: Grundlagen DIN 3974-2:1995-11, Toleranzen fr Schneckengetriebe Verzahnungen Teil 2: Toleranzen fr Abweichungen einzelner Bestimmungsgre

38、n DIN 3975-1:2002-07, Begriffe und Bestimmungsgren fr Zylinderschneckengetriebe mit sich rechtwinklig kreuzenden Achsen Teil 1: Schnecke und Schneckenrad DIN 3975-2:2002-07, Begriffe und Bestimmungsgren fr Zylinderschneckengetriebe mit sich rechtwinklig kreuzenden Achsen Teil 2: Abweichungen DIN 399

39、0-1:1987-12, Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern Teil 1: Einfhrung und allgemeine Einflussfaktoren DIN 3990-6:1994-02, Tragfhigkeitsberechnung von Stirnrdern Teil 6: Betriebsfestigkeitsrechnung DIN 51517-3:2011-08, Schmierstoffe Schmierle Schmierle CLP, Mindestanforderungen DIN EN 1561:2012-01, G

40、ieereiwesen Gusseisen mit Lamellengraphit; Deutsche Fassung EN 1561:2011 DIN EN 1563:2012-03, Gieereiwesen Gusseisen mit Kugelgraphit, Deutsche Fassung EN 1563:2011 DIN EN 1982:2008-08, Kupfer- und Kupferlegierungen Blockmetalle und Gussstcke, Deutsche Fassung EN 1982:2008 DIN EN 10083-2:2006-10, Ve

41、rgtungssthle Teil 2: Technische Lieferbedingungen fr unlegierte Sthle; Deutsche Fassung EN 10083-2:2006 DIN EN 10084:2008-06, Einsatzsthle Technische Lieferbedingungen, Deutsche Fassung EN 10084:2008 DIN EN 10085:2001-07, Nitriersthle Technische Lieferbedingungen, Deutsche Fassung EN 10085:2001 DIN

42、3996:2012-09 9 3 Formelzeichen, Benennungen und Einheiten Die in dieser Norm verwendeten Formelzeichen, deren Benennungen und Einheiten sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Formelzeichen, Benennung und Einheit Formelzeichen Benennung Einheit a Achsabstand mm aTAchsabstand des Standard-Referenzge

43、triebes mm b2Zahnbreite Schneckenrades nach DIN 3975 mm b2HRadbreite mm b2RRadkranzbreite des Schneckenrades mm bHhalbe Hertzsche Abplattungsbreite mm c0, c1, c2Beiwerte zur lsumpftemperaturberechnung nach Methode D ckEintauchfaktor coilspezifische Wrme des les zur Temperaturberechnung bei Einspritz

44、schmierung Ws/(kg K) cNherungswert fr den Druckviskosittsexponenten m2/(N) de2Auendurchmesser des Schneckenrades mm df2Fukreisdurchmesser des Schneckenrades mm dm1Mittenkreisdurchmesser der Schneckenwelle mm dm1TMittenkreisdurchmesser der Schneckenwelle des Standard-Referenzgetriebes mm dm2Mittenkre

45、isdurchmesser des Schneckenrades mm dm2TMittenkreisdurchmesser des Schneckenrades des Standard-Referenzgetriebes mm h Zahnhhe mm hminminimale Schmierspaltdicke m haZahnkopfhhe mm hminmminimale mittlere Schmierspaltdicke m h*Kennwert fr die minimale mittlere Schmierspaltdicke hT*Kennwert fr die minim

46、ale mittlere Schmierspaltdicke des Standard-Referenzgetriebes koillstandshhenfaktor kSchmierstoffkonstante 1/K k*mittlere Wrmedurchgangszahl W/(m2K) l1Abstand der Schneckenwellenlager mm DIN 3996:2012-09 10 Tabelle 2 (fortgesetzt) Formelzeichen Benennung Einheit l11, l12Lagerabstnde der Schneckenwel

47、le mm dl Berhrlinienabschnitt mm mnNormalmodul der Schnecke mm mxAxialmodul der Schnecke mm m Massenabtrag mg mlimGrenzwert fr den Massenabtrag mg n1Drehzahl an der Schneckenwelle min1n2Drehzahl am Schneckenrad min1p Hertzsche Pressung; Mittelwert fr das gesamte Eingriffsgebiet N/mm2p0Umgebungsdruck

48、 N/mm2pm*Kennwert fr die mittlere Hertzsche Pressung PmT*Kennwert fr die mittlere Hertzsche Pressung des Standard-Referenzgetriebes pHmMittelwert der Hertzschen Pressungen N/mm2q Formzahl der Schnecke sf2mittlere Zahnfudickensehne des Schneckenradzahnes im Stirnschnitt mm sgBGleitweg der Schneckenflanke innerhalb der Hertzschen Abplattung der Radflanke je Lastspiel in der Umgebung eines Berhrpunktes (lokaler Wert) mm sgmmittlerer Gleitweg mm sm2Zahndicke am Mittenkreis des Schneckenrades mm sKZahnkranzdicke mm sWmVerschleiweg innerhalb der geforderten Lebensdauer mm