Calculation of load capacity of spur and helical gears

ISO/TS 6336-21:2017 specifies the integral temperature method for calculating the scuffing load capacity of cylindrical, bevel and hypoid gears.

Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale

ISO/TS 6336-21:2017 spécifie la méthode de la température intégrale pour calculer la capacité de charge au grippage des engrenages cylindriques, coniques et hypoďdes.

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04-Dec-2017
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05-Mar-2021
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Technical specification
ISO/TS 6336-21:2017 - Calculation of load capacity of spur and helical gears
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Technical specification
ISO/TS 6336-21:2017 - Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques a dentures droite et hélicoidale
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 6336-21
First edition
2017-11
Calculation of load capacity of spur
and helical gears —
Part 21:
Calculation of scuffing load capacity
(also applicable to bevel and hypoid
gears) — 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 (applicable
également aux engrenages conique et hypoïde) - Méthode de la
température intégrale
Reference number
ISO/TS 6336-21:2017(E)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and units ........................................................................................................................................... 1

3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symbols and units ................................................................................................................................................................................ 1

4 Field of application ............................................................................................................................................................................................ 6

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 6

4.2 Scuffing damage ..................................................................................................................................................................................... 6

4.3 Integral temperature criterion .................................................................................................................................................. 6

5 Influence factors ................................................................................................................................................................................................... 6

5.1 Mean coefficient of friction, μ ...............................................................................................................................................

mC 6

5.2 Run-in factor, X ......................................................................................................................................................................................

E 9

5.3 Thermal flash factor, X ................................................................................................................................................................

M 10

5.4 Pressure angle factor, X ..............................................................................................................................................................

αβ 11

6 Calculation ...............................................................................................................................................................................................................12

6.1 Cylindrical gears .................................................................................................................................................................................12

6.1.1 General...................................................................................................................................................................................12

6.1.2 Scuffing safety factor, S .....................................................................................................................................

intS 12

6.1.3 Permissible integral temperature, ϑ .....................................................................................................

intP 12

6.1.4 Integral temperature, ϑ .......................................................................................................................................

int 13

6.1.5 Flash temperature at pinion tooth tip, ϑ .................. ..........................................................................

flaE 13

6.1.6 Bulk temperature, ϑ ........................................................................................................................................... ......

M 13

6.1.7 Mean coefficient of friction, μ .......................................................................................................................

mC 14

6.1.8 Run-in factor, X ..............................................................................................................................................................

E 14

6.1.9 Thermal flash factor, X ...........................................................................................................................................

M 14

6.1.10 Pressure angle factor, X ........................................................................................................................................

αβ 14

6.1.11 Geometry factor at tip of pinion, X ............................................................................................................

BE 14

6.1.12 Approach factor, X ......................................................................................................................................................

Q 15

6.1.13 Tip relief factor, X ......................................................................................................................................................

Ca 16

6.1.14 Contact ratio factor, X ................................................................................................................................................

ε 17

6.2 Bevel gears ...............................................................................................................................................................................................19

6.2.1 General...................................................................................................................................................................................19

6.2.2 Scuffing safety factor, S .....................................................................................................................................

intS 20

6.2.3 Permissible integral temperature , ϑ ....................................................................................................

intP 20

6.2.4 Permissible integral temperature, ϑ .....................................................................................................

intP 20

6.2.5 Flash temperature at pinion tooth tip, ϑ .................. ..........................................................................

flaE 20

6.2.6 Bulk temperature, ϑ ........................................................................................................................................... ......

M 20

6.2.7 Mean coefficient of friction, μ .......................................................................................................................

mC 20

6.2.8 Run-in factor, X ..............................................................................................................................................................

E 20

6.2.9 Thermal flash factor, X ...........................................................................................................................................

M 21

6.2.10 Pressure angle factor, X ........................................................................................................................................

αβ 21

6.2.11 Geometry factor at tip of pinion, X ............................................................................................................

BE 21

6.2.12 Approach factor, X ......................................................................................................................................................

Q 21

6.2.13 Tip relief factor, X ......................................................................................................................................................

Ca 21

6.2.14 Contact ratio factor, X ...............................................................................................................................................

ε 22

6.3 Hypoid gears ..........................................................................................................................................................................................22

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................22

6.3.2 Scuffing safety factor, S .....................................................................................................................................

intS 22

6.3.3 Permissible integral temperature, ϑ .....................................................................................................

intP 22

6.3.4 Integral temperature, ϑ ........................................................................................................................................

nt 22
© ISO 2017 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)

6.3.5 Bulk temperature, ϑ ........................................................................................................................................... ......

M 22

6.3.6 Mean coefficient of friction, μ .......................................................................................................................

mC 23

6.3.7 Run-in factor, X ..............................................................................................................................................................

E 23

6.3.8 Geometry factor, X ......................................................................................................................................................

G 23

6.3.9 Approach factor, X ......................................................................................................................................................

Q 25

6.3.10 Tip relief factor, X ......................................................................................................................................................

Ca 25

6.3.11 Contact ratio factor, X ...............................................................................................................................................

ε 25

6.3.12 Calculation of virtual crossed axes helical gears ...............................................................................25

6.4 Scuffing integral temperature .................................................................................................................................................29

6.4.1 General...................................................................................................................................................................................29

6.4.2 Scuffing integral temperature, ϑ ...............................................................................................................

intS 29

6.4.3 Relative welding factor, X ...........................................................................................................................

WrelT 34

Annex A (informative) Examples ...........................................................................................................................................................................35

Annex B (informative) Contact-time-dependent scuffing temperature ........................................................................44

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................49

iv © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(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 on 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 the following

URL: www.iso.org/iso/foreword.html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear

capacity calculation.
This first edition of ISO/TS 6336-21 cancels and replaces ISO/TR 13989-2.

A list of all parts in the ISO 6336 series can be found on the ISO website. See also the Introduction for an

overview.
© ISO 2017 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(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. Use of a Technical Specification as acceptance criteria for a specific design needs

to be agreed in advance between manufacturer and purchaser.
Table 1 — Overview of ISO 6336
International Technical Technical
Calculation of load capacity of spur and helical gears
Standard Specification Report
Part 1: Basic principles, introduction and general influence factors X
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 (also applicable to bevel
and hypoid gears) — Flash temperature method X
(Replaces ISO/TR 13989-1)
Part 21: Calculation of scuffing load capacity (also applicable to bevel
and hypoid gears) — Integral temperature method X
(Replaces ISO/TR 13989-2)
Part 22: Calculation of micropitting load capacity
(Replaces ISO/TR 15144-1)
Part 30: Calculation examples for the application of ISO 6336-1,
ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-5
Part 31: Calculation examples of micropitting load capacity
(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), bevel

and hypoid 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 is

vi © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)

termed "scuffing" and most relevant when surface velocities are high. Scuffing may 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 may be necessary. The development of such methods is the objective of

ongoing research.
© ISO 2017 – All rights reserved vii
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 6336-21:2017(E)
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 21:
Calculation of scuffing load capacity (also applicable to
bevel and hypoid gears) — Integral temperature method
1 Scope

This document specifies the integral temperature method for calculating the scuffing load capacity of

cylindrical, bevel and hypoid 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

ISO 10300-1, Calculation of load capacity of bevel gears — Part 1: Introduction and general influence factors

3 Terms, definitions, symbols and units
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 terminological 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.
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO/TS 6336-21:2017(E)
Table 2 — Symbols and units
Symbol Description Unit
a centre distance mm
a virtual centre distance of virtual cylindrical gear mm
b face width, smaller value of pinion or wheel mm
b effective facewidth for scuffing mm
c specific heat capacity per unit volume N/(mm ·K)
c' single stiffness N/(mm·µm)
c mesh stiffness N/(mm·µm)
d reference circle diameter mm
d effective tip diameter mm
d tip diameter mm
d base diameter mm
d diameter at mid-facewidth mm
d reference circle of virtual crossed axes helical gear mm
d reference diameter of virtual cylindrical gear mm
d tip diameter of virtual cylindrical gear mm
d base diameter of virtual cylindrical gear mm
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 —
h addendum at mid-facewidth of hypoid gear mm
m module mm
m normal module of hypoid gear at mid-facewidth mm
m normal module of virtual crossed axes helical gear mm
n number of meshing gears —
p normal base pitch mm
u gear ratio —
u gear ratio of virtual cylindrical gear —
v reference line velocity m/s
v tangential velocity of pinion, wheel of hypoid gear m/s
tl,2
v maximum sliding velocity at tip of pinion m/s
gγl
v sliding velocity at pitch point m/s
v sliding velocity m/s
g1,2
v sliding velocity m/s
gα1
Subscripts:
1 pinion
2 wheel
a tip diameter of the virtual gear
b base circle of the virtual gear
m mid-facewidth of bevel or hypoid gears
n normal section
s virtual crossed axes helical gear
t tangential direction
T test gear
2 © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)
Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
v sliding velocity m/s
gβ1
v tangential speed at reference cone at mid-facewidth of bevel gear m/s
v sums of tangential speeds at pitch point m/s
v tangential speed m/s
v tangential speed m/s
w specific tooth load, scuffing N/mm
z number of teeth —
z number of teeth of virtual cylindrical gear —
1/2
B thermal contact coefficient N/(mm·s ·K)
C ,C ,C weighting factors —
1 2 2H
C nominal tip relief µm
C effective tip relief µm
eff
E module of elasticity (Young's modulus) N/mm
F nominal tangential load at reference cone at mid-facewidth N
F normal tooth load N
F nominal tangential load at reference circle N
K application factor —
K dynamic factor —
K = K transverse load factor (scuffing) —
Bα Hα
K = K face load factor (scuffing) —
Bβ Hβ
K helical load factor (scuffing) —
K bearing factor —
Bβbe
K transverse load factor —
K face load factor —
K bearing factor —
Hβbe
L contact parameter —
R arithmetic mean roughness µm
S scuffing safety factor —
intS
S minimum required scuffing safety factor —
Smin
T torque of the pinion Nm
T scuffing torque of test pinion Nm
X geometry factor at pinion tooth tip —
X run-in factor —
X tip relief factor —
Subscripts:
1 pinion
2 wheel
a tip diameter of the virtual gear
b base circle of the virtual gear
m mid-facewidth of bevel or hypoid gears
n normal section
s virtual crossed axes helical gear
t tangential direction
T test gear
© ISO 2017 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)
Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
X geometry factor of hypoid gears —
X lubricant factor —
X thermal flash factor —
X approach factor —
X roughness factor —
X lubrication factor —
X welding factor of executed gear —
X welding factor of test gear —
X relative welding factor —
WrelT
X contact factor —
X pressure angle factor —
X contact ratio factor —
α pressure angle °
α normal pressure angle at mid-facewidth of hypoid gear °
α normal pressure angle °
α normal pressure angle of crossed axes helical gear °
α transverse pressure angle of crossed axes helical gear °
α transverse pressure angle °
α ´ transverse working pressure angle °
α transverse pressure angle of virtual cylindrical gear °
α arbitrary angle °
β helix angle °
β helix angle at base circle °
β helix angle at reference cone at mid-facewidth of hypoid gear °
β helix angle of virtual crossed axes helical gear °
γ auxiliary angle °
δ reference cone angle °
ε recess contact ratio —
ε approach contact ratio —
ε contact ratio in normal section of virtual crossed axes helical gear —
ε addendum contact ratio of the pinion —
ε addendum contact ratio of the wheel —
ε contact ratio —
ε transverse contact ratio of virtual cylindrical gear —
Subscripts:
1 pinion
2 wheel
a tip diameter of the virtual gear
b base circle of the virtual gear
m mid-facewidth of bevel or hypoid gears
n normal section
s virtual crossed axes helical gear
t tangential direction
T test gear
4 © ISO 2017 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(E)
Table 2 (continued)
Symbol Description Unit
ε tip contact ratio of virtual cylindrical pinion —
ε tip contact ratio of virtual cylindrical wheel —
ξ Hertzian auxiliary coefficient —
μ mean coefficient of friction —
η dynamic viscosity at oil temperature mPa · s
oil
λ heat conductivity N/(s · K)
v Poisson's ratio —
v kinematic viscosity of the oil at 40 °C mm /s; cSt
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
ρ radius of curvature at pitch point in normal section mm
n1,2
ρ relative radius of curvature at pitch point mm
redC
η Hertzian auxiliary coefficient —
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 mean flash temperature of hypoid gear K
flainth
ϑ integral temperature K
int
ϑ permissible integral temperature K
intP
ϑ scuffing integral temperature (allowable integral K
intS
temperature)
ϑ mean flash temperature of the test
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 6336-21
Première édition
2017-11
Calcul de la capacité de charge des
engrenages cylindriques à dentures
droite et hélicoïdale —
Partie 21:
Calcul de la capacité de charge au
grippage (applicable également aux
engrenages conique et hypoïde) —
Méthode de la température intégrale
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 21: Calculation of scuffing load capacity (also applicable to bevel
and hypoid gears) — Integral temperature method
Numéro de référence
ISO/TS 6336-21:2017(F)
ISO 2017
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2017, Publié en Suisse

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---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 6336-21:2017(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes, définitions symboles et unités ........................................................................................................................................ 1

3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symboles et unités ............................................................................................................................................................................... 1

4 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 5

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

4.2 Détérioration par grippage .......................................................................................................................................................... 5

4.3 Critère de la température intégrale ......... .............................................................................................................................. 6

5 Facteurs d'influence .......................................................................................................................................................................................... 6

5.1 Coefficient de frottement moyen, μ .................................................................................................................................

mC 6

5.2 Facteur de rodage, X ..........................................................................................................................................................................

E 8

5.3 Facteur thermique éclair, X ........................................................................................................................................................

M 9

5.4 Facteur d'angle de pression, X .............................................................................................................................................

αβ 10

6 Calcul .............................................................................................................................................................................................................................11

6.1 Engrenages cylindriques .............................................................................................................................................................11

6.1.1 Généralités .........................................................................................................................................................................11

6.1.2 Coefficient de sécurité au grippage S ...................................................................................................

intS 11

6.1.3 Température intégrale admissible, ϑ ...................................................................................................

intP 11

6.1.4 Température intégrale, ϑ ...................................................................................................................................

int 12

6.1.5 Température-éclair en tête de dent du pignon, ϑ ......................................................................

flaE 12

6.1.6 Température de masse, ϑ ....................................................................................................................................

M 12

6.1.7 Coefficient de frottement moyen, μ .........................................................................................................

mC 13

6.1.8 Facteur de rodage, X .................................................................................................................................................

E 13

6.1.9 Facteur thermique éclair, X ...............................................................................................................................

M 13

6.1.10 Facteur d'angle de pression, X ........................................................................................................................

αβ 13

6.1.11 Facteur géométrique en tête du pignon, X .........................................................................................

BE 13

6.1.12 Facteur d'approche, X .............................................................................................................................................

Q 14

6.1.13 Facteur de dépouille de tête, X ......................................................................................................................

Ca 15

6.1.14 Facteur de rapport de conduite, X ..................................................................................................................

ε 17

6.2 Engrenages coniques ......................................................................................................................................................................19

6.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................19

6.2.2 Coefficient de sécurité au grippage S ...................................................................................................

intS 20

6.2.3 Température intégrale admissible, ϑ ...................................................................................................

intP 20

6.2.4 Température intégrale admissible, ϑ ...................................................................................................

intP 20

6.2.5 Température-éclair en tête de dent du pignon, ϑ ......................................................................

flaE 20

6.2.6 Température de masse, ϑ ....................................................................................................................................

M 20

6.2.7 Coefficient de frottement moyen, μ .........................................................................................................

mC 20

6.2.8 Facteur de rodage, X .................................................................................................................................................

E 20

6.2.9 Facteur thermique éclair, X ...............................................................................................................................

M 21

6.2.10 Facteur d'angle de pression, X ........................................................................................................................

αβ 21

6.2.11 Facteur géométrique en tête du pignon, X .........................................................................................

BE 21

6.2.12 Facteur d'approche, X .............................................................................................................................................

Q 21

6.2.13 Facteur de dépouille de tête, X ......................................................................................................................

Ca 21

6.2.14 Facteur de rapport de conduite X ..................................................................................................................

ε 22

6.3 Engrenages hypoïdes ......................................................................................................................................................................22

6.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................22

6.3.2 Coefficient de sécurité au grippage S ...................................................................................................

intS 22

6.3.3 Température intégrale admissible, ϑ ...................................................................................................

intP 22

6.3.4 Température intégrale, ϑ ....................................................................................................................................

nt 22
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 6336-21:2017(F)

6.3.5 Température de masse, ϑ ....................................................................................................................................

M 22

6.3.6 Coefficient de frottement moyen, μ .........................................................................................................

mC 22

6.3.7 Facteur de rodage, X .................................................................................................................................................

E 23

6.3.8 Facteur géométrique X ...........................................................................................................................................

G 23

6.3.9 Facteur d'approche, X .............................................................................................................................................

Q 25

6.3.10 Facteur de dépouille de tête, X ......................................................................................................................

Ca 25

6.3.11 Facteur de rapport de conduite X ..................................................................................................................

ε 25

6.3.12 Calcul des engrenages gauches hélicoïdaux équivalents ...........................................................25

6.4 Température intégrale de grippage ...................................................................................................................................29

6.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................29

6.4.2 Température intégrale de grippage, ϑ .................................................................................................

intS 29

6.4.3 Facteur relatif de soudure X .....................................................................................................................

WrelT 34

Annexe A (informative) Exemples ........................................................................................................................................................................35

Annexe B (informative) Température de grippage en fonction de la durée de contact ...............................43

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................48

iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO/TS 6336-21:2017(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 le lien suivant: 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 première édition de l'ISO/TS 6336-21 annule et remplace l'ISO/TR 13989-2.

Une liste de toutes les parties de la série de normes ISO 6336 se trouve sur le site web de l'ISO. Une vue

d’ensemble est également donnée dans l’Introduction.
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ISO/TS 6336-21:2017(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

normes 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). Si des

Spécifications techniques (TS) sont requises comme faisant partie du calcul de la capacité de charge,

elles 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 — Aperçu général de l'ISO 6336

Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques Norme Spécification Rapport

à dentures droite et hélicoïdale internationale technique technique
Partie 1: Principes de base, introduction et facteurs généraux
d'influence
Partie 2: Calcul de la résistance à la pression superficielle (piqûres) X
Partie 3: Calcul de la résistance à la flexion en pied de dent X
Partie 4: Calcul de la capacité de charge de rupture du flanc de dent X
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 (applicable
également aux engrenages conique et hypoïde) — Méthode de la
température-éclair
(Remplace l’ISO/TR 13989-1)
Partie 21: Calcul de la capacité de charge au grippage (applicable
également aux engrenages conique et hypoïde) — Méthode de la
température intégrale
(Remplace l’ISO/TR 13989-2)
Partie 22: Calcul de la capacité de charge aux micropiqûres
(Remplace l’ISO/TR 15144-1)
Partie 30: Exemples de calculs selon les normes ISO 6336-1,
X
ISO 6336-2, ISO 6336-3 et ISO 6336-5
Partie 31: Exemples de calcul de la capacité de charge aux micropi-
qûres X
(Remplace: ISO/TR 15144-2)

Certaines des parties répertoriées ici étaient en cours d'élaboration au moment de la publication du présent document.

Consulter le site web de l'ISO.
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ISO/TS 6336-21:2017(F)

Le présent document décrit la détérioration de surface d'engrenages cylindriques «grippage à chaud»

(à denture droite et hélicoïdale), coniques et hypoïdes, pour les matériaux d'engrenages généralement

utilisés combinés avec différents traitements thermiques. Le «grippage à chaud» est caractérisé par des

marques de 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 du

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 sans ou avec 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 6336-21:2017(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 (applicable
également aux engrenages conique et hypoïde) — 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, coniques et hypoïdes.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte 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

ISO 10300-1, Calcul de la capacité de charge des engrenages coniques — Partie 1: Introduction et facteurs

généraux d’influence
3 Termes, définitions symboles et unités
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 la CEI maintiennent des bases de données terminologiques pour utilisation dans le domaine de

la normalisation aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
3.2 Symboles et unités

Les symboles et les abréviations utilisés dans le présent document sont donnés dans le Tableau 2.

© ISO 2017 – Tous droits réservés 1
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ISO/TS 6336-21:2017(F)
Tableau 2 — Symboles et unités
Symbole Description Unité
a Entraxe mm
a entraxe équivalent de l'engrenage cylindrique à denture droite équivalent mm
b largeur de denture, plus petite valeur du pignon ou de la roue mm
b largeur de denture effective pour le grippage mm
c capacité thermique spécifique par unité de volume N/(mm ·K)
c' raideur simple N/(mm·µm)
c raideur d'engrènement N/(mm·µm)
d diamètre de référence mm
d diamètre actif de tête mm
d diamètre de tête mm
d diamètre de base mm
d diamètre à mi-largeur de la denture mm
d cercle de référence d'une roue équivalente d'un engrenage gauche hélicoïdal mm
d diamètre de référence de la roue cylindrique à denture droite équivalente mm
d diamètre de tête de la roue cylindrique à denture droite équivalente mm
d diamètre de base de la roue cylindrique à denture droite équivalente mm
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 —
h saillie à mi-largeur de la denture d'engrenage hypoïde mm
m Module mm
m module réel à mi-largeur de la denture d'engrenage hypoïde mm
m module réel d'engrenage gauche hélicoïdal équivalent mm
n nombre de roues dentées en prise —
p pas de base réel mm
u rapport d'engrenage —
u rapport d'engrenage de l'engrenage cylindrique équivalent —
v vitesse de la ligne de référence m/s
v vitesse tangentielle du pignon, de la roue d'un engrenage hypoïde m/s
tl,2
v vitesse de glissement maximale à la tête de pignon m/s
gγl
v vitesse de glissement au point primitif m/s
v vitesse de glissement m/s
g1,2
v vitesse de glissement m/s
gα1
v vitesse de glissement m/s
gβ1
v vitesse tangentielle au cône de référence à mi-largeur de la denture m/s
d'engrenage conique
v somme des vitesses tangentielles au point primitif m/s
v vitesse tangentielle m/s
v vitesse tangentielle m/s
w charge spécifique sur les dents, grippage N/mm
z nombre de dents —
z nombre de dents de l'engrenage cylindrique équivalent —
1/2
B coefficient de contact thermique N/(mm·s ·K)
C ,C ,C facteurs de pondération —
1 2 2H
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ISO/TS 6336-21:2017(F)
Tableau 2 (suite)
Symbole Description Unité
C dépouille de tête nominale µm
C dépouille de tête effective µm
eff
E module d'élasticité (module de Young) N/mm
F charge tangentielle nominale au cône de référence à mi-largeur de la denture N
F charge réelle sur les dents N
F charge tangentielle nominale au cercle de référence N
K facteur d'application —
K facteur dynamique —
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) —
K facteur de portée —
Bβbe
K facteur de distribution transversale de la charge —
K facteur de distribution longitudinale de la charge —
K facteur de portée —
Hβbe
L paramètre de contact —
R 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
T couple de grippage sur le pignon d'essai Nm
X facteur géométrique en tête de dent du pignon —
X facteur de rodage —
X facteur de dépouille de tête —
X facteur géométrique des engrenages hypoïdes —
X facteur lubrifiant —
X facteur thermique éclair —
X facteur d'approche —
X facteur de rugosité —
X facteur de lubrification —
X facteur de soudure de l'engrenage fabriqué —
X facteur de soudure de l'engrenage d'essai —
X facteur relatif de soudure —
WrelT
X facteur de contact —
X facteur d'angle de pression —
X facteur de rapport de conduite —
α angle de pression °
α angle de pression réel à mi-largeur de denture pour l'engrenage hypoïde °
α angle de pression normal °
α angle de pression réel de l'engrenage gauche hélicoïdal °
α angle de pression apparent de l'engrenage gauche hélicoïdal °
α angle de pression apparent °
α ´ angle de pression de fonctionnement apparent °
α angle de pression apparent pour l'engrenage cylindrique équivalent °
© ISO 2017 – Tous droits réservés 3
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ISO/TS 6336-21:2017(F)
Tableau 2 (suite)
Symbole Description Unité
α angle d'incidence arbitraire °
β angle d'hélice °
β angle d'hélice de base °
β angle d'hélice au cône de référence à mi-largeur de la denture pour l'engre- °
nage hypoïde
β angle d'hélice pour l'engrenage gauche hélicoïdal équivalent °
γ angle auxiliaire
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.