ISO/TS 6336-21:2022
(Main)Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 21: Calculation of scuffing load capacity — Integral temperature method
Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 21: Calculation of scuffing load capacity — Integral temperature method
This document specifies the integral temperature method for calculating the scuffing load capacity of cylindrical gears.
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale — Partie 21: Calcul de la capacité de charge au grippage — Méthode de la température intégrale
Le présent document spécifie la méthode de la température intégrale pour calculer la capacité de charge au grippage des engrenages cylindriques.
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 6336-21
Second edition
2022-05
Calculation of load capacity of spur
and helical gears —
Part 21:
Calculation of scuffing load capacity —
Integral temperature method
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à
dentures droite et hélicoïdale —
Partie 21: Calcul de la capacité de charge au grippage — Méthode de
la température intégrale
Reference number
ISO/TS 6336-21:2022(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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Published in Switzerland
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols and units . 1
4 Field of application . 4
4.1 General . 4
4.2 Scuffing damage . 4
4.3 Integral temperature criterion . 5
5 Influence factors . 5
5.1 Mean coefficient of friction, μ . 5
mC
5.2 Run-in factor, X . 8
E
5.3 Thermal flash factor, X . 8
M
5.4 Pressure angle factor, X . 9
αβ
6 Calculation .10
6.1 Cylindrical gears . 10
6.1.1 General . 10
6.1.2 Scuffing safety factor, S . 10
intS
6.1.3 Permissible integral temperature, ϑ . 10
intP
6.1.4 Integral temperature, ϑ . 11
int
6.1.5 Flash temperature at pinion tooth tip, ϑ . 11
flaE
6.1.6 Bulk temperature, ϑ . 11
M
6.1.7 Mean coefficient of friction, μ .12
mC
6.1.8 Run-in factor, X .12
E
6.1.9 Thermal flash factor, X .12
M
6.1.10 Pressure angle factor, X .12
αβ
6.1.11 Geometry factor at tip of pinion, X .12
BE
6.1.12 Approach factor, X . 13
Q
6.1.13 Tip relief factor, X . 14
Ca
6.1.14 Contact ratio factor, X . 15
ε
6.2 Scuffing integral temperature . 17
6.2.1 General . 17
6.2.2 Scuffing integral temperature, ϑ . 18
intS
6.2.3 Relative welding factor, X . 22
WrelT
Annex A (informative) Examples .23
Annex B (informative) Contact-time-dependent scuffing temperature .32
Bibliography .37
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear
capacity calculation.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TS 6336-21:2017), which has been
technically revised.
The main changes are as follows:
— bevel gear related content has been removed after the publication of ISO/TS 10300-20:2021 which
precisely covers bevel gears;
— subclause 5.1 has been rearranged.
A list of all parts in the ISO 6336 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
Introduction
The ISO 6336 series consists of International Standards, Technical Specifications (TS) and Technical
Reports (TR) under the general title Calculation of load capacity of spur and helical gears (see Table 1).
— International Standards contain calculation methods that are based on widely accepted practices
and have been validated.
— TS contain calculation methods that are still subject to further development.
— TR contain data that is informative, such as example calculations.
The procedures specified in ISO 6336-1 to ISO 6336-19 cover fatigue analyses for gear rating. The
procedures described in ISO 6336-20 to ISO 6336-29 are predominantly related to the tribological
behaviour of the lubricated flank surface contact. ISO 6336-30 to ISO 6336-39 include example
calculations. The ISO 6336 series allows the addition of new parts under appropriate numbers to reflect
knowledge gained in the future.
Requesting standardized calculations according to ISO 6336 without referring to specific parts
requires the use of only those parts that are currently designated as International Standards (see
Table 1 for listing). When requesting further calculations, the relevant part or parts of ISO 6336 need to
be specified. The use of a technical specification as acceptance criteria for a specific design needs to be
agreed in advance between the manufacturer and the purchaser.
Table 1 — Overview of ISO 6336
Technical
International Technical
Calculation of load capacity of spur and helical gears Specifica-
Standard Report
tion
Part 1: Basic principles, introduction and general influence
X
factors
Part 2: Calculation of surface durability (pitting) X
Part 3: Calculation of tooth bending strength X
Part 4: Calculation of tooth flank fracture load capacity X
Part 5: Strength and quality of materials X
Part 6: Calculation of service life under variable load X
Part 20: Calculation of scuffing load capacity — Flash tem-
X
perature method
Part 21: Calculation of scuffing load capacity — Integral
X
temperature method
Part 22: Calculation of micropitting load capacity (replaces
X
ISO/TR 15144-1)
Part 30: Calculation examples for the application of
X
ISO 6336-1 parts 1,2,3,5
Part 31: Calculation examples of micropitting load capacity
X
(replaces: ISO/TR 15144-2)
At the time of publication of this document, some of the parts listed here were under development. Consult the ISO website.
This document describes the surface damage "warm scuffing" for cylindrical (spur and helical) gears
for generally used gear materials and different heat treatments. "Warm scuffing" is characterized
by typical scuffing and scoring marks, which can lead to increasing power loss, dynamic load, noise
and wear. For "cold scuffing", generally associated with low temperature and low speed, under
approximately 4 m/s, and through-hardened, heavily loaded gears, the formulae are not suitable.
There is a particularly severe form of gear tooth surface damage in which seizure or welding together of
areas of tooth surfaces occurs due to absence or breakdown of a lubricant film between the contacting
tooth flanks of mating gears caused by high temperature and high pressure. This form of damage
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
is termed "scuffing" and most relevant when surface velocities are high. Scuffing can also occur for
relatively low sliding velocities when tooth surface pressures are high enough, either generally or,
because of uneven surface geometry and loading, in discrete areas.
Risk of scuffing damage varies with the properties of gear materials, the lubricant used, the surface
roughness of tooth flanks, the sliding velocities and the load. Excessive aeration or the presence of
contaminants in the lubricant such as metal particles in suspension, also increases the risk of scuffing
damage. Consequences of the scuffing of high-speed gears include a tendency to high levels of dynamic
loading due to increase of vibration, which usually leads to further damage by scuffing, pitting or tooth
breakage.
High surface temperatures due to high surface pressures and sliding velocities can initiate the
breakdown of lubricant films. On the basis of this hypothesis, two approaches to relate temperature to
lubricant film breakdown are presented:
— the flash temperature method (presented in ISO/TS 6336-20), based on contact temperatures which
vary along the path of contact;
— the integral temperature method (presented in this document), based on the weighted average of
the contact temperatures along the path of contact.
The integral temperature method is based on the assumption that scuffing is likely to occur when the
mean value of the contact temperature (integral temperature) is equal to or exceeds a corresponding
critical value. The risk of scuffing of an actual gear unit can be predicted by comparing the integral
temperature with the critical value, derived from a gear test for scuffing resistance of lubricants. The
calculation method takes account of all significant influencing parameters, i.e. the lubricant (mineral
oil with and without EP-additives, synthetic oils), the surface roughness, the sliding velocities, the load,
etc.
In order to ensure that all types of scuffing and comparable forms of surface damage due to the complex
relationships between hydrodynamical, thermodynamical and chemical phenomena are dealt with,
further methods of assessment can be necessary. The development of such methods is the objective of
ongoing research.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 6336-21:2022(E)
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 21:
Calculation of scuffing load capacity — Integral
temperature method
1 Scope
This document specifies the integral temperature method for calculating the scuffing load capacity of
cylindrical gears.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 53, Cylindrical gears for general and heavy engineering — Standard basic rack tooth profile
ISO 1122-2, Vocabulary of gear terms — Part 2: Definitions related to worm gear geometry
ISO 1328-1, Cylindrical gears — ISO system of flank tolerance classification — Part 1: Definitions and
allowable values of deviations relevant to flanks of gear teeth
3 Terms and definitions
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1122-2 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.2 Symbols and units
The symbols used in this document are given in Table 2.
Table 2 — Symbols and units
Symbol Description Unit
a Centre distance mm
1/2
B Thermal contact coefficient N/(mm·s ·K)
M
b Facewidth, smaller value of pinion or wheel mm
C ,C ,C Weighting factors —
1 2 2H
C Nominal tip relief µm
a
C Effective tip relief µm
eff
2
c Specific heat capacity per unit volume N/(mm ·K)
v
1
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Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
c' Single stiffness N/(mm·µm)
c Mesh stiffness N/(mm·µm)
γ
d Reference circle diameter mm
d Effective tip diameter mm
Na
d Tip diameter mm
a
d Base diameter mm
b
2
E Module of elasticity (Young's modulus) N/mm
F Normal tooth load N
n
F Nominal tangential load at reference circle N
t
g Recess path of contact of pinion, wheel mm
an1,2
g Approach path of contact of pinion, wheel mm
fn1,2
g* Sliding factor —
K Application factor —
A
K Dynamic factor —
v
K = K transverse load factor (scuffing) —
Bα Hα
K = K face load factor (scuffing) —
Bβ Hβ
K Helical load factor (scuffing) —
Bγ
K Transverse load factor —
Hα
K Face load factor —
Hβ
m Module mm
m Normal module of virtual crossed axes helical gear mm
sn
n Number of meshing gears —
p
p Normal base pitch mm
en
Ra Arithmetic mean roughness µm
S Scuffing safety factor —
intS
S Minimum required scuffing safety factor —
Smin
T Torque of the pinion Nm
1
T Scuffing torque of test pinion Nm
1T
u Gear ratio —
v Reference line velocity m/s
v Maximum sliding velocity at tip of pinion m/s
gγl
v Sliding velocity at pitch point m/s
gs
v Sliding velocity m/s
g1,2
v Sliding velocity m/s
gα1
v Sliding velocity m/s
gβ1
v Sums of tangential speeds at pitch point m/s
ΣC
v Tangential speed m/s
Σs
v Tangential speed m/s
Σh
w Specific tooth load, scuffing N/mm
Bt
X Geometry factor at pinion tooth tip —
BE
X Run-in factor —
E
X Tip relief factor —
Ca
X Lubricant factor —
L
X Thermal flash factor —
M
2
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
X Approach factor —
Q
X Roughness factor —
R
X Lubrication factor —
S
X Welding factor of executed gear —
W
X Welding factor of test gear —
WT
X Relative welding factor —
WrelT
X Contact factor —
mp
X Pressure angle factor —
αβ
X Contact ratio factor —
ε
z Number of teeth —
α Pressure angle °
α Normal pressure angle °
n
α Normal pressure angle of crossed axes helical gear °
sn
α Transverse pressure angle of crossed axes helical gear °
st
α Transverse pressure angle °
t
α ´ Transverse working pressure angle °
t
α Arbitrary angle °
y
β Helix angle °
β Helix angle at base circle °
b
β Helix angle of virtual crossed axes helical gear °
s
Г Parameter on the line of action —
γ Auxiliary angle °
ε Recess contact ratio —
a
ε Approach contact ratio —
f
ε Contact ratio in normal section of virtual crossed axes helical gear —
n
ε Addendum contact ratio of the pinion —
1
ε Addendum contact ratio of the wheel —
2
ε Contact ratio —
α
η Hertzian auxiliary coefficient —
η Dynamic viscosity at oil temperature mPa · s
oil
ϑ Hertzian auxiliary angle °
ϑ Flash temperature at pinion tooth tip when load sharing is neglected K
flaE
ϑ Mean flash temperature K
flaint
ϑ Integral temperature K
int
ϑ Permissible integral temperature K
intP
ϑ Scuffing integral temperature (allowable integral temperature) K
intS
ϑ Mean flash temperature of the test gear K
flaintT
ϑ Oil sump or spray temperature °C
oil
ϑ Bulk temperature °C
M-C
ϑ Test bulk temperature °C
MT
λ Heat conductivity N/(s · K)
M
μ Mean coefficient of friction —
mC
v Poisson's ratio —
2
v Kinematic viscosity of the oil at 40 °C mm /s; cSt
40
3
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
ξ Hertzian auxiliary coefficient —
ρ Radius of curvature at tip of the pinion, wheel mm
E1,2
ρ Relative radius of curvature at pitch point in normal section mm
Cn
ρ Radius of curvature at pitch point in normal section mm
n1,2
ρ Relative radius of curvature at pitch point mm
redC
Σ Crossing angle of virtual crossed axes helical gear °
φ Axle angle of virtual crossed axes helical gear °
φ Run-in grade —
E
Subscript
Pinion
1
Wheel
2
Tip diameter of the gear
a
Base circle of the gear
b
Normal section
n
Virtual crossed axes helical gear
s
Tangential direction
t
Test gear
T
4 Field of application
4.1 General
The calculation methods are based on results of the rig testing of gears run at pitch line velocities
less than 80 m/s. The formulae can be used for gears which run at higher speeds, but with increasing
uncertainty as speed increases. The uncertainty concerns the estimation of bulk temperature, coefficient
of friction, allowable temperatures, as speeds exceed the range with experimental background.
4.2 Scuffing damage
Once initiated, scuffing damage can lead to gross degradation of tooth flank surfaces, with increase
of power loss, dynamic loading, noise and wear. It can also lead to tooth breakage if the severity of
the operating conditions is not reduced. In the event of scuffing due to an instantaneous overload,
followed immediately by a reduction of load, e.g. by load redistribution, the tooth flanks can self-heal
by smoothing themselves to some extent. Even so, the residual damage will continue to be a cause of
increased power loss, dynamic loading and noise.
In most cases, the resistance of gears to scuffing can be improved by using a lubricant with enhanced
extreme pressure (EP) properties. It is important, however, to be aware that some disadvantages attend
the use of EP oils, e.g. corrosion of copper, embrittlement of elastomers, lack of world-wide availability.
These disadvantages shall be taken into consideration if optimum lubricant choice shall be made, which
means as few additives as possible, as much as necessary.
NOTE EP-additives are also known as anti-scuff-additives.
Due to continuous variation of different parameters, the complexity of the chemical properties and
the thermo-hydro-elastic processes in the instantaneous contact area, some scatter in the calculated
assessments of probability of scuffing risk, shall be expected.
In contrast to the relatively long time of development of fatigue damage, one single momentary overload
can initiate scuffing damage of such severity that affected gears may no longer be used. This should be
4
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carefully considered when choosing an adequate safety factor for gears, especially for gears required to
operate at high circumferential velocities.
4.3 Integral temperature criterion
This approach to the evaluation of the probability of scuffing is based on the assumption that scuffing
is likely to occur when the mean value of the contact temperatures along the path of contact is equal
to or exceeds a corresponding "critical value". In the method presented herein, the sum of the bulk
temperature and the weighted mean of the integrated values of flash temperatures along the path of
contact is the "integral temperature". The bulk temperature is estimated as described under 6.1.6 and
the mean value of the flash temperature is approximated by substituting mean values of the coefficient
of friction, the dynamic loading, along the path of contact. A weighting factor is introduced, accounting
for possible different influences of a real bulk temperature value and a mathematically integrated mean
flash temperature value on the scuffing phenomenon.
The probability of scuffing is assessed by comparing the integral temperature with a corresponding
critical value derived from the gear testing of lubricants for scuffing resistance (e.g. different FZG test
procedures, the IAE and the Ryder gear tests) or from gears which have scuffed in service.
5 Influence factors
5.1 Mean coefficient of friction, μ
mC
The actual coefficient of friction between the tooth flanks is an instantaneous and local value which
depends on several properties of the oil, surface roughness, lay of the surface irregularities such as
those left by machining, properties of the tooth flank materials, tangential velocities, forces at the
surfaces and the dimensions. Assessment of the instantaneous coefficient of friction is difficult since
there is no method currently available for its measurement.
The mean value for the coefficient of friction, μ , along the path of contact is derived from
mC
[4]
measurements and is approximated by Formula (1). Although the local coefficient of friction is near
to zero in the pitch point C, the mean value can be approximated with the parameters at the pitch point
and the oil viscosity, η , at oil temperature, ϑ , when introduced into Formula (1).
oil oil
02,
wK⋅
Bt Bγ
−00, 5
μ =⋅0,045 ⋅⋅η XX⋅ (1)
mC RL
oil
v ⋅ρ
ΣCredC
where
w is the specific tooth load for scuffing;
Bt
K is the helical load factor for scuffing;
Bγ
v is the sum of tangential speeds at pitch point;
ΣC
ρ is the relative radius of curvature at pitch point;
redC
η is the dynamic viscosity at oil temperature;
oil
X is the roughness factor;
R
X is the lubricant factor.
L
NOTE Formula (1) is derived from testing of gears with centre distance a ≈ 100 mm.
An alternative formula for calculating μ based on tests within a range of a = 91,5 mm to 200 mm is given in
mC
Formula (8).
The coefficient of friction of the integral temperature method takes account of the size of the gear in a
different way as the coefficient of friction of the flash temperature method. Formula (1) for calculating
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
the coefficient of friction should not be applied outside the field of the part where it is presented, e.g.
coefficient of friction for thermal rating.
The formula for the calculation of μ is derived from experiments in the following range of operating
mC
conditions. Extrapolation can lead to deviations between the calculated and the real coefficient of
friction.
1 m/s ≤ v ≤ 50 m/s
At reference line velocities, v, lower than 1 m/s, higher coefficients of friction are expected. At reference
line velocities, v, higher than 50 m/s, the limiting value of v at v = 50 m/s shall be used in Formula (1).
ΣC
w ≥ 150 N/mm
Bt
For lower values of the specific normal tooth load, w , the limiting value, w = 150 N/mm, shall be
Bt Bt
used in Formula (1).
′
ν =⋅2tνα⋅⋅an cosα (2)
ΣCtt
′
sinα
u
t
ρ = ⋅⋅a (3)
redC
2
cosβ
1+u
()
b
F
t
wK=⋅KK⋅⋅K ⋅ (4)
Bt Av BBβα
b
The following definitions for the parameters K , X and X in Formula (1) apply.
Bγ R L
K is the helical load factor. Scuffing takes account of increasing friction for increasing total contact
Bγ
ratio (see Figure 1).
Key
X total contact ratio, ε
γ
Y helical load factor, K
Bγ
Figure 1 — Helical load factor, K
Bγ
K =1 for ε ≤2
Bγ γ
6
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ISO/TS 6336-21:2022(E)
K =+10,22⋅−εε⋅−5 for 23<<ε ,5 (5)
() ()
Bγγ γ γ
K =13,
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 6336-21
Deuxième édition
2022-05
Calcul de la capacité de charge des
engrenages cylindriques à dentures
droite et hélicoïdale —
Partie 21:
Calcul de la capacité de charge
au grippage — Méthode de la
température intégrale
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 21: Calculation of scuffing load capacity — Integral temperature
method
Numéro de référence
ISO/TS 6336-21:2022(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
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Publié en Suisse
ii
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ISO/TS 6336-21:2022(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et unités . 1
4 Domaine d'application .4
4.1 Généralités . 4
4.2 Détérioration par grippage . 4
4.3 Critère de la température intégrale . 5
5 Facteurs d'influence .5
5.1 Coefficient de frottement moyen, μ . 5
mC
5.2 Facteur de rodage, X . 8
E
5.3 Facteur thermique éclair, X . 8
M
5.4 Facteur d'angle de pression, X . 10
αβ
6 Calcul .10
6.1 Engrenages cylindriques . 10
6.1.1 Généralités . 10
6.1.2 Coefficient de sécurité au grippage, S . 11
intS
6.1.3 Température intégrale admissible, ϑ . 11
intP
6.1.4 Température intégrale, ϑ . 11
int
6.1.5 Température-éclair en tête de dent du pignon, ϑ . 11
flaE
6.1.6 Température de masse, ϑ .12
M
6.1.7 Coefficient de frottement moyen, μ .13
mC
6.1.8 Facteur de rodage, X .13
E
6.1.9 Facteur thermique éclair, X . 13
M
6.1.10 Facteur d'angle de pression, X . 13
αβ
6.1.11 Facteur géométrique en tête du pignon, X .13
BE
6.1.12 Facteur d'approche, X .13
Q
6.1.13 Facteur de dépouille de tête, X . 14
Ca
6.1.14 Facteur de rapport de conduite, X . 16
ε
6.2 Température intégrale de grippage . 18
6.2.1 Généralités . 18
6.2.2 Température intégrale de grippage, ϑ . 19
intS
6.2.3 Facteur relatif de soudure X . 23
WrelT
Annexe A (informative) Exemples .24
Annexe B (informative) Température de grippage en fonction de la durée de contact .32
Bibliographie .37
iii
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ISO/TS 6336-21:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 60, Engrenages, sous-comité SC 2,
Calcul de la capacité des engrenages.
Cette seconde édition annule et remplace la première édition (ISO/TS 6336-21:2017), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
Les principales modification sont les suivantes:
— le contenu relatif aux engrenages coniques a été supprimé après la publication de
l’ISO/TS 10300-20:2021 qui couvre précisément les engrenages coniques;
— le paragraphe 5.1 a été réorganisé.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 6336 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO/TS 6336-21:2022(F)
Introduction
La série ISO 6336 se compose de Normes internationales, de Spécifications techniques (TS) et de
Rapports techniques (TR) sous le titre général Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques
à dentures droite et hélicoïdale (voir Tableau 1).
— Les Normes internationales contiennent des méthodes de calcul basées sur des pratiques largement
admises qui ont été validées.
— Les Spécifications techniques (TS) contiennent des méthodes de calcul qui font toujours l’objet de
développements.
— Les Rapports techniques (TR) contiennent des données à caractère informatif, telles que des
exemples de calcul.
Les procédures spécifiées dans les ISO 6336-1 à ISO 6336-19 couvrent les analyses de fatigue pour
la classification des engrenages. Les procédures décrites dans les ISO 6336-20 à ISO 6336-29 sont
principalement liées au comportement tribologique du contact sur la surface d’un flanc lubrifié. Les
ISO 6336-30 à ISO 6336-39 incluent des exemples de calcul. La série ISO 6336 permet l’ajout de nouvelles
parties en nombre suffisant pour refléter les connaissances qui pourront être acquises à l’avenir.
Toute demande de calculs selon l’ISO 6336 sans référence à des parties spécifiques nécessite d'utiliser
uniquement les parties désignées comme Normes internationales (voir la liste du Tableau 1). En cas de
demande de calculs supplémentaires, la ou les parties pertinentes de l’ISO 6336 doivent être spécifiées.
L’utilisation d’une Spécification technique en tant que critère d’acceptation pour une conception
spécifique est soumise à un accord commercial.
Tableau 1 — Parties de la série ISO 6336
Rapport
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques Norme Spécification
tech-
à dentures droite et hélicoïdale internationale technique
nique
Partie 1: Principes de base, introduction et facteurs généraux
X
d'influence
Partie 2: Calcul de la tenue en fatigue à la pression de contact
X
(écaillage)
Partie 3: Calcul de la tenue en fatigue à la flexion en pied de dent X
Partie 4: Calcul de la capacité de charge de la rupture en flanc de
X
dent
Partie 5: Résistance et qualité des matériaux X
Partie 6: Calcul de la durée de vie en service sous charge variable X
Partie 20: Calcul de la capacité de charge au grippage — Méthode
X
de la température-éclair
Partie 21: Calcul de la capacité de charge au grippage — Méthode
X
de la température intégrale
Partie 22: Calcul de la capacité de charge aux micropiqûres (rem-
X
place l’ISO/TR 15144-1)
Partie 30: Exemples de calculs pour l'application des ISO 6336-1, 2,
X
3, 5
Partie 31: Exemples de calcul de la capacité de charge aux
X
micropiqûres (remplace l'ISO/TR 15144-2)
Au moment de la publication de ce document, certaines des parties énumérées ici étaient en cours de développement.
Consulter le site Web de l'ISO.
Le présent document décrit la détérioration de surface d'engrenages cylindriques «grippage à chaud»
(à denture droite et hélicoïdale), pour les matériaux d'engrenages généralement utilisés combinés
avec différents traitements thermiques. Le «grippage à chaud» est caractérisé par des marques de
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ISO/TS 6336-21:2022(F)
grippage et de griffures typiques qui peuvent donner lieu à une augmentation de la perte de puissance,
de la charge dynamique, du bruit et de l'usure. Pour le «grippage à froid», généralement associé à des
engrenages à basse température et faible vitesse, tournant à des vitesses inférieures à 4 m/s environ,
trempés à cœur et soumis à des charges élevées, les formules ne conviennent pas.
Il s'agit là d'une forme particulièrement sévère de détérioration de la surface de la denture d'un
engrenage, au cours de laquelle un arrachement ou une soudure par fusion des surfaces en contact
apparaît, due à l'absence ou à la rupture du film de lubrifiant entre les flancs de dents en contact
d'engrenages conjugués, due à des températures et des pressions élevées. Cette forme de détérioration
est appelée «grippage»; elle est d'autant plus importante que les vitesses de surface sont élevées. Le
grippage peut également apparaître à de faibles vitesses de glissement lorsque les pressions à la surface
des dentures sont suffisamment élevées, soit de manière uniforme, soit dans des zones discrètes du fait
d'une géométrie et d'une distribution de charge sur les flancs inégales.
Le risque de détérioration par grippage varie selon les propriétés des matériaux des dentures, le
lubrifiant utilisé, la rugosité de surface des flancs de denture, les vitesses de glissement et la charge. Une
aération excessive ou la présence de contaminants dans le lubrifiant, tels que des particules métalliques
en suspension, augmente également le risque de détérioration par grippage. En conséquence, le
grippage, les engrenages à grande vitesse peuvent subir des niveaux de charge dynamique élevés du fait
de l'augmentation des vibrations qui conduisent généralement à une détérioration accrue par grippage,
formation de piqûres ou rupture de dent.
Les températures superficielles élevées, induites par des pressions de contact et des vitesses
de glissement élevées, peuvent conduire à la rupture des films de lubrifiant. Sur la base de cette
hypothèse, deux approches permettant de corréler la température et la rupture du film de lubrifiant
sont présentées:
— la méthode de la température-éclair (présentée dans l’ISO/TS 6336-20), basée sur les températures
de contact qui varient sur la longueur de conduite;
— la méthode de la température intégrale (présentée dans le présent document), basée sur la moyenne
pondérée des températures de contact sur la longueur de conduite.
La méthode de la température intégrale est basée sur l'hypothèse que le grippage apparaît probablement
lorsque la valeur moyenne de la température de contact (température intégrale) est supérieure ou
égale à une valeur critique correspondante. Le risque de grippage d'une transmission par engrenages
réelle peut être prédit en comparant la température intégrale à la valeur critique, issue d'essais sur
engrenages de la résistance des lubrifiants au grippage. La méthode de calcul tient compte de tous les
paramètres d'influence significatifs, c'est-à-dire le lubrifiant (huile minérale, avec ou sans additifs EP,
huile synthétique), la rugosité de surface, les vitesses de glissement, la charge, etc.
Il est admis que d'autres méthodes peuvent être nécessaires afin de s'assurer que tous les types de
grippage et formes comparables de détérioration de surface dus aux interactions complexes entre
phénomènes hydrodynamiques, thermodynamiques et chimiques, sont traités. Le développement de
ces méthodes fait actuellement l'objet de recherches poussées.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 6336-21:2022(F)
Calcul de la capacité de charge des engrenages
cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 21:
Calcul de la capacité de charge au grippage — Méthode de
la température intégrale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie la méthode de la température intégrale pour calculer la capacité de charge
au grippage des engrenages cylindriques.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 53, Engrenages cylindriques de mécanique générale et de grosse mécanique — Tracé de référence
ISO 1122-2, Vocabulaire des engrenages — Partie 2: Définitions géométriques relatives aux engrenages à
vis
ISO 1328-1, Engrenages cylindriques — Système ISO de classification des tolérances sur flancs — Partie 1:
Définitions et valeurs admissibles des écarts pour les flancs de la denture
3 Termes et définitions
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1122-2 s’appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.2 Symboles et unités
Les symboles et les abréviations utilisés dans le présent document sont donnés dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Symboles et unités
Symbole Description Unité
a entraxe mm
1/2
B coefficient de contact thermique N/(mm·s ·K)
M
b largeur de denture, plus petite valeur du pignon ou de la roue mm
1
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Tableau 2 (suite)
Symbole Description Unité
C ,C ,C facteurs de pondération —
1 2 2H
C dépouille de tête nominale µm
a
C dépouille de tête effective µm
eff
2
c capacité thermique spécifique par unité de volume N/(mm ·K)
v
c' raideur simple N/(mm·µm)
c raideur d'engrènement N/(mm·µm)
γ
d diamètre de référence mm
d diamètre actif de tête mm
Na
d diamètre de tête mm
a
d diamètre de base mm
b
2
E module d’élasticité (Module de Young) N/mm
F charge réelle sur les dents N
n
F charge tangentielle nominale au cercle de référence N
t
g longueur de retraite du pignon, de la roue mm
an1,2
g longueur d'approche du pignon, de la roue mm
fn1,2
g* facteur de glissement —
K facteur d'application —
A
K facteur dynamique —
v
K = K facteur de distribution transversale de la charge (grippage) —
Bα Hα
K = K facteur de distribution longitudinale de la charge (grippage) —
Bβ Hβ
K facteur de charge hélicoïdale (grippage) —
Bγ
K facteur de distribution transversale de la charge —
Hα
K facteur de distribution longitudinale de la charge —
Hβ
m module mm
m module réel d'engrenage gauche hélicoïdal équivalent mm
sn
n nombre de roues dentées en prise —
p
p pas de base réel mm
en
Ra rugosité moyenne arithmétique µm
S coefficient de sécurité au grippage —
intS
S coefficient de sécurité au grippage minimal exigé —
Smin
T couple sur le pignon Nm
1
T couple de grippage sur le pignon d'essai Nm
1T
u rapport d'engrenage —
v vitesse de la ligne de référence m/s
v vitesse de glissement maximale à la tête de pignon m/s
gγl
v vitesse de glissement au point primitif m/s
gs
v vitesse de glissement m/s
g1,2
v vitesse de glissement m/s
gα1
v vitesse de glissement m/s
gβ1
v somme des vitesses tangentielles au point primitif m/s
ΣC
v vitesse tangentielle m/s
Σs
v vitesse tangentielle m/s
Σh
w charge spécifique sur les dents, grippage N/mm
Bt
X facteur géométrique en tête de dent du pignon —
BE
2
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Tableau 2 (suite)
Symbole Description Unité
X facteur de rodage —
E
X facteur de dépouille de tête —
Ca
X facteur lubrifiant —
L
X facteur thermique éclair —
M
X facteur d'approche —
Q
X facteur de rugosité —
R
X facteur de lubrification —
S
X facteur de soudure de l'engrenage fabriqué —
W
X facteur de soudure de l'engrenage d'essai —
WT
X facteur relatif de soudure —
WrelT
X facteur de contact —
mp
X facteur d'angle de pression —
αβ
X facteur de rapport de conduite —
ε
z nombre de dents —
α angle de pression °
α angle de pression normal °
n
α angle de pression réel de l'engrenage gauche hélicoïdal °
sn
α angle de pression apparent de l'engrenage gauche hélicoïdal °
st
α angle de pression apparent °
t
α ´ angle de pression de fonctionnement apparent °
t
α angle d'incidence arbitraire °
y
β angle d'hélice °
β angle d'hélice de base °
b
β angle d'hélice pour l'engrenage gauche hélicoïdal équivalent °
s
Г paramètre sur la ligne de conduite —
γ angle auxiliaire °
ε rapport de retrait —
a
ε rapport d'approche —
f
ε rapport de conduite du profil réel pour l'engrenage gauche hélicoïdal —
n
équivalent
ε rapport de conduite de saillie du pignon —
1
ε rapport de conduite de saillie de la roue —
2
ε rapport de conduite —
α
η coefficient auxiliaire hertzien —
η viscosité dynamique à la température de l'huile mPa · s
huile
ϑ angle auxiliaire hertzien °
ϑ température-éclair à la tête de dent de pignon lorsque la répartition de K
flaE
charge entre dents n'est pas prise en compte
ϑ température-éclair moyenne K
flaint
ϑ température intégrale K
int
ϑ température intégrale admissible K
intP
ϑ température intégrale de grippage (température intégrale acceptable) K
intS
ϑ température-éclair moyenne de l'engrenage d'essai K
flaintT
ϑ température de l'huile du bain ou de l'injection °C
huile
3
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Tableau 2 (suite)
Symbole Description Unité
ϑ température de masse °C
M-C
ϑ température de masse de l'essai °C
MT
λ conductivité thermique N/(s · K)
M
μ coefficient de frottement moyen —
mC
v coefficient de Poisson —
2
v viscosité cinématique de l'huile à 40 °C mm /s; cSt
40
ξ coefficient auxiliaire hertzien —
ρ rayon de courbure en tête du pignon, de la roue mm
E1,2
ρ rayon de courbure équivalent au point primitif du profil réel mm
Cn
ρ rayon de courbure au point primitif du profil réel mm
n1,2
ρ rayon de courbure équivalent au point primitif mm
redC
Σ angle des axes d’engrenage gauche hélicoïdal équivalent °
φ angle des axes de l'engrenage gauche hélicoïdal équivalent °
φ degré de rodage —
E
Indice
pignon
1
roue
2
diamètre de tête de l’engrenage équivalent
a
cercle de base de l’engrenage équivalent
b
profil réel
n
engrenage gauche hélicoïdal équivalent
s
direction tangentielle
t
engrenage d'essai
T
4 Domaine d'application
4.1 Généralités
Les méthodes de calcul sont fondées sur des résultats d'essai obtenus sur banc d'engrenages avec des
vitesses tangentielles inférieures à 80 m/s. Les formules peuvent être utilisées pour des engrenages
tournant à des vitesses plus élevées, en sachant que l'incertitude augmente en fonction de la vitesse.
Cette incertitude concerne l'estimation de la température de masse, du coefficient de frottement,
des températures admissibles, lorsque les vitesses dépassent le domaine couvert par les retours
expérimentaux.
4.2 Détérioration par grippage
Une fois initiée, la détérioration par grippage peut entraîner une dégradation globale de la surface des
flancs des dents avec une augmentation de la perte de puissance, de la charge dynamique, du bruit et
de l'usure. Elle peut également donner lieu à une rupture des dents, si la sévérité des conditions de
fonctionnement n'est pas réduite. En cas de grippage dû à une surcharge instantanée, immédiatement
suivie d'une réduction de charge, par exemple par une redistribution de la charge, les flancs des
dents peuvent «s'auto-réparer» en se rodant eux-mêmes dans une certaine mesure. Même ainsi, la
détérioration résiduelle restera une cause d'augmentation de la perte de puissance, de la charge
dynamique et du bruit.
Dans la plupart des cas, la résistance des engrenages au grippage peut être améliorée en utilisant un
lubrifiant ayant des propriétés EP (extrême pression) augmentées. Il est cependant important de noter
que l'utilisation des huiles EP comporte certains inconvénients: corrosion du cuivre, fragilisation des
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élastomères, difficulté d'approvisionnement, etc. Ces inconvénients doivent être pris en compte pour
un choix optimal de l'huile, ce qui signifie, aussi peu d'additifs que possible, autant que nécessaire.
NOTE Les additifs EP sont également connus sous le nom de additifs anti-grippage.
Du fait de la variation constante des divers paramètres, la complexité des propriétés chimiques et des
processus thermo-hydroélastiques dans la zone de contact instantané, une certaine dispersion dans
l'évaluation de la probabilité calculée du risque de grippage doit être prévue.
Par opposition au développement relativement long de la détérioration par fatigue, une surcharge
instantanée unique peut initier la détérioration par grippage avec une telle sévérité que l'engrenage ne
pourra plus être utilisé. Il convient de tenir compte de ces considérations lors du choix du coefficient de
sécurité approprié sur l'engrenage considéré, spécialement pour les engrenages qui doivent fonctionner
à des vitesses tangentielles élevées.
4.3 Critère de la température intégrale
Cette approche de l'évaluation de la probabilité de grippage est basée sur l'hypothèse selon laquelle le
grippage risque d'apparaître lorsque la valeur moyenne des températures de contact sur la longueur de
conduite est supérieure ou égale à une «valeur critique» correspondante. Dans la méthode présentée ici,
la somme de la température de masse et la moyenne pondérée des valeurs intégrées des températures-
éclair sur la longueur de conduite constitue la «température intégrale». La température de masse est
estimée comme décrit en 6.1.6 et une approximation de la valeur moyenne de la température-éclair est
obtenue en utilisant des valeurs moyennes du coefficient de frottement, de la charge dynamique sur
la longueur de conduite. Un facteur de pondération est introduit afin de tenir compte des éventuelles
influences différentes d'une valeur réelle de température de masse et d'une valeur moyenne,
mathématiquement intégrée, de la température-éclair sur le phénomène de grippage.
La probabilité de grippage est évaluée en comparant la température intégrale à une valeur critique
correspondante, résultant d'essais de lubrifiants sur des engrenages, afin de vérifier leur résistance au
grippage (par exemple, différentes procédures d'essai FZG, les essais d'engrenages IAE et Ryder), ou à
partir d'engrenages qui ont grippé en fonctionnement.
5 Facteurs d'influence
5.1 Coefficient de frottement moyen, μ
mC
Le coefficient réel de frottement entre les flancs de dent est une valeur instantanée et locale qui
dépend de plusieur
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.