说起齿轮的设计安全系数，大家在做计算时都会用得到，但是你知道你用的安全系数值是怎么取的吗？今天我们来讨论下这个话题。

实际中齿轮的失效形式多种多样，比如点蚀、齿根断裂、齿面断裂、胶合等等，对应每一种失效形式，都应做校核，都有其对应的安全系数。根据ISO6336中的描述，点蚀和齿根断裂安全系数的定义为材料极限应力与计算应力之比；胶合的安全系数定义为极限温度与计算温度之比，齿面断裂安全系数的定义为局部材料抗剪强度与局部等效应力之比。

这些中，最为常见的是齿面点蚀和齿根断裂两种失效，因此齿面接触强度最小安全系数SHmin和齿根弯曲强度最小安全系数SFmin是我们要重点考虑的。

在以前旧的国家标准中，大家可能见到过上述两个最小安全系数的推荐取值，比如在GB/T3480-1997的附录A中有如下表所示的安全系数参考值：

这个表根据使用要求中对可靠性的要求，针对接触强度和齿根弯曲强度最小安全系数分别给出了最小推荐值，有一定的参考意义。

但是在最新的ISO6336和

GB/T3480（两者其实是等效的）标准中均未再明确给出安全系数的推荐数值，只是提到以下几点：

1.为以合理的成本满足所要求的可靠性，应仔细选取合适的失效概率及安全系数；

2.如果通过试验可以对真实装置在真实载荷下的性能作精确评价，则允许采用较小的安全系数和较经济的加工方法制造齿轮；

3.根据计算中假设条件的可靠性（如假定载荷）和可靠度要求（损伤发生的后果），选取相应的安全系数。

也就是说，安全系数的最终选择权交给了设计人员，不过为了方便大家选取的安全系数更有针对性，结合上面几点我们再展开谈谈。

（1）使用要求的可靠性

也可以说是允许的失效概率。谁都不希望发生失效，但任何事情都有一个概率，目前ISO6336和GB/T3480中给出了材料强度极限都是基于1%失效概率给出的（对应前面表中的一般可靠度）。如果想要更低的失效概率，那就需要更大的安全系数。比如1/1000失效概率对应较高可靠度，1/10000失效概率对应高可靠度。当要求的可靠性高时，齿轮设计的就会偏大，毋庸置疑这会带来成本的上升和设备装置体积的增大。

对于那些存在危及工作人员或者可能导致严重后果风险的场合，比如航空航天或特种设备等，就需要适当提高可靠度，取大一点的安全系数。

（2）假设条件的可靠性

我们在计算时总是会假定一些条件，比如齿轮需要传递的转矩、齿轮的精度等级、材料的热处理质量等级、齿轮安装良好、能够正常润滑和保养等等。但实际条件可能会与上述存在差异。

比如齿轮传递载荷的大小或系统中存在的冲击振动没有经过实际测量；齿轮在加工中存在误差造成齿轮精度发生了变化；齿轮安装存在不对称、变形大、受载不均匀；齿轮材料的化学成分、纯净度及显微组织等变化或工艺的变动引起材料热处理质量的波动；齿轮润滑条件不好或没有定期维护等。如果存在上述这些情况，齿轮的设计安全系数也需要相应的选大一点。

（3）接触强度安全系数和弯曲强度安全系数的区别

通常齿根弯曲强度安全系数选用的会比接触强度安全系数高，这是因为如果发生了齿轮折断也就意味着齿轮不能用了，即便是单个齿折断也会很快的导致其它所有齿损坏，还会带来其它传动链上的部件损坏，从而使得整个设备停机。而接触强度安全系数主要影响齿轮是否发生点蚀，齿轮点蚀的发展有一个过程，从微点蚀到破坏性点蚀需要一定的时间，这期间齿面的损伤会带来齿轮的噪音，从而让工作人员能及时发现问题，避免造成更大的破坏。

对于一些危险和重要的场合，如果没有在线检测系统，一旦齿根圆角附近出现直径超过1mm的点蚀坑，就会发展成为导致齿轮断裂的裂纹源，进而引发齿折断。另外，像透平（turbine）齿轮传动这种对齿轮有较高的疲劳寿命要求(>10^10次应力循环)，期间不准许出现点蚀或严重的磨损，否则会导致严重的振动和过大的动态载荷。这些情况下接触强度计算安全系数就要取得高一些。

最后，再附上早在1994年郑州机械研究所针对齿轮设计中的强度安全系数做的一些工作成果，见下表，供大家参考。

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