SIST ISO 6336-5:2018
(Main)Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials (ISO 6336-5:2016)
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials (ISO 6336-5:2016)
This document describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit
stress numbers. It specifies requirements for material quality and heat treatment and comments on
their influences on both limit stress numbers.
Values in accordance with this document are suitable for use with the calculation procedures provided
in ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-6 and in the application standards for industrial, high-speed
and marine gears. They are applicable to the calculation procedures given in ISO 10300 for rating the
load capacity of bevel gears. This document is applicable to all gearing, basic rack profiles, profile
dimensions, design, etc., covered by those standards. The results are in good agreement with other
methods for the range indicated in the scope of ISO 6336-1 and ISO 10300-1.
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale - Partie 5: Résistance et qualité des matériaux (ISO 6336-5:2016)
L'ISO 6336-5:2016 d�crit les contraintes de pression de contact et les contraintes en pied de dent, et donne des valeurs num�riques pour ces deux contraintes limites de r�f�rence. Elle sp�cifie les exigences pour la qualit� du mat�riau et le traitement thermique, et elle fournit des indications concernant leur influence sur chacune des contraintes limites de r�f�rence.
Les valeurs donn�es dans le pr�sent document sont valables pour les m�thodes de calcul d�finies dans l'ISO 6336‑2, l'ISO 6336‑3 et l'ISO 6336‑6 ainsi que dans les normes d'application pour engrenages industriels, engrenages grande vitesse et engrenages marins. Elles sont applicables aux m�thodes de calcul donn�es dans l'ISO 10300 pour d�terminer la capacit� de charge des engrenages coniques. L'ISO 6336‑5:2016 est applicable � tous les engrenages, aux trac�s de r�f�rence, aux dimensions, aux approches de conception, etc., d�finis dans ces normes. Les r�sultats sont en bon accord avec d'autres m�thodes les plages du domaine d'application de l'ISO 6336‑1 et de l'ISO 10300‑1.
Izračun nosilnosti ravnozobih in poševnozobih zobnikov - 5. del: Trdnost in kakovost materiala (ISO 6336-5:2016)
Ta dokument opisuje stične obremenitve in obremenitve zobnih korenin ter podaja številske vrednosti obeh omejitvenih števil obremenitve. Določa zahteve za kakovost materiala in toplotno obdelavo ter opisuje njihove vplive na obe omejitveni števili obremenitve.
Vrednosti v skladu s tem dokumentom so primerne za uporabo z računskimi postopki v skladu s standardi ISO 6336-2, ISO 6336-3 in ISO 6336-6 ter standardi za uporabo industrijskih, hitrih in pomorskih zobnikov. Uporabljajo se pri računskih postopkih, podanih v standardu ISO 10300, za ocenjevanje nosilnosti stožčastih zobnikov. Ta dokument se uporablja za vse zobnike, osnovne ogrodne profile, profilne dimenzije, zasnovo itd., ki jih zajemajo ti standardi. Rezultati so ustrezno skladni z drugimi metodami za območje s področja uporabe standardov ISO 6336-1 in ISO 10300-1.
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SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 6336-5:2018
01-november-2018
,]UDþXQQRVLOQRVWLUDYQR]RELKLQSRãHYQR]RELK]REQLNRYGHO 7UGQRVWLQ
NDNRYRVWPDWHULDOD ,62
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of
materials (ISO 6336-5:2016)
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et
hélicoïdale - Partie 5: Résistance et qualité des matériaux (ISO 6336-5:2016)
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 6336-5:2016
ICS:
21.200 Gonila Gears
SIST ISO 6336-5:2018 en,fr,de
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 6336-5:2018
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6336-5
Third edition
2016-08-15
Calculation of load capacity of spur
and helical gears —
Part 5:
Strength and quality of materials
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à
dentures droite et hélicoïdale —
Partie 5: Résistance et qualité des matériaux
Reference number
ISO 6336-5:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 6336-5:2016(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2016, Published in Switzerland
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of
the requester.
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Tel. +41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
ii © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 6336-5:2016(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
4 Methods for the determination of allowable stress numbers . 2
4.1 General . 2
4.2 Method A . 3
4.3 Method B . 3
4.4 Method B .
r 3
4.5 Method B .
k 3
4.6 Method B .
p 3
5 Standard allowable stress numbers — Method B . 3
5.1 Application . 3
5.2 Allowable stress number (contact), σ .
H lim 4
5.3 Bending stress number values for σ and σ .
F lim FE 5
5.3.1 Nominal stress numbers (bending), σ .
F lim 5
5.3.2 Allowable stress number (bending), σ .
FE 5
5.3.3 Reversed bending . 5
5.4 Graphs for σ and σ and σ .
H lim F lim FE 6
5.5 Calculation of σ and σ .
H lim F lim 6
5.6 Hardening depth of surface hardened gears in finished condition .23
5.6.1 General.23
5.6.2 Case depth of carburized and hardened gears . .23
5.6.3 Nitriding hardening depth of nitrided gears .25
6 Requirements for material quality and heat treatment .26
6.1 General aspects .26
6.2 Normalized low carbon or cast steel, plain carbon, unalloyed steels (see Figures 1
and 2) .27
6.3 Black malleable cast iron [see Figures 3 a) and 4 a)] .27
6.4 Other materials [see Figures 3 b), 3 c), 4 b), 4 c), 5 to 16] .27
6.5 Coupon .40
6.6 Mechanical cleaning by shot blasting .41
6.7 Shot peening .41
6.7.1 General.41
6.7.2 Strength enhancement.41
6.7.3 Salvage .41
Annex A (informative) Considerations of size of controlling section for through
hardened gearing .43
Annex B (informative) Core hardness coefficients.46
Bibliography .47
© ISO 2016 – All rights reserved iii
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ISO 6336-5:2016(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 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.
The committee responsible for this document is ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear capacity
calculation.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 6336-5:2003), which has been technically
revised to reflect current practices throughout the industry.
A list of all parts in the ISO 6336 series can be found on the ISO website.
iv © ISO 2016 – All rights reserved
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SIST ISO 6336-5:2018
ISO 6336-5:2016(E)
Introduction
This document, together with ISO 6336-1, ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-6, provides the
principles for a coherent system of procedures for the calculation of the load capacity of cylindrical
involute gears with external or internal teeth. ISO 6336 is designed to facilitate the application of future
knowledge and developments, as well as the exchange of information gained from experience.
Allowable stress numbers, as covered by this document, may vary widely. Such variation is attributable
to defects and variations of chemical composition (charge), structure, the type and extent of hot
working (e.g. bar stock, forging, reduction ratio), heat treatment, residual stress levels, etc.
Tables summarize the most important influencing variables and the requirements for the different
materials and quality grades. The effects of these influences on surface durability and tooth bending
strength are illustrated by graphs.
This document covers the most widely used ferrous gear materials and related heat treatment processes.
Recommendations on the choice of specific materials, heat treatment processes or manufacturing
processes are not included. Furthermore, no comments are made concerning the suitability or
otherwise of any materials for specific manufacturing or heat treatment processes.
© ISO 2016 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6336-5:2016(E)
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 5:
Strength and quality of materials
1 Scope
This document describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit
stress numbers. It specifies requirements for material quality and heat treatment and comments on
their influences on both limit stress numbers.
Values in accordance with this document are suitable for use with the calculation procedures provided
in ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-6 and in the application standards for industrial, high-speed
and marine gears. They are applicable to the calculation procedures given in ISO 10300 for rating the
load capacity of bevel gears. This document is applicable to all gearing, basic rack profiles, profile
dimensions, design, etc., covered by those standards. The results are in good agreement with other
methods for the range indicated in the scope of ISO 6336-1 and ISO 10300-1.
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 642, Steel — Hardenability test by end quenching (Jominy test)
ISO 643:2012, Steels — Micrographic determination of the apparent grain size
ISO 683-1, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 1: Non-alloy steels for quenching
and tempering
ISO 683-2, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 2: Alloy steels for quenching and
tempering
ISO 683-3, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 3: Case-hardening steels
ISO 683-4, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 4: Free-cutting steels
ISO 683-5, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 5: Nitriding steels
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 2639, Steels — Determination and verification of the depth of carburized and hardened cases
ISO 3754, Steel — Determination of effective depth of hardening after flame or induction hardening
ISO 4948-2, Steels — Classification — Part 2: Classification of unalloyed and alloy steels according to main
quality classes and main property or application characteristics
ISO 4967, Steel — Determination of content of non-metallic inclusions — Micrographic method using
standard diagrams
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SIST ISO 6336-5:2018
ISO 6336-5:2016(E)
ISO 6336-1, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 1: Basic principles, introduction
and general influence factors
ISO 6336-2, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 2: Calculation of surface durability
(pitting)
ISO 6336-3:2006, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 3: Calculation of tooth
bending strength
ISO 9443, Heat-treatable and alloy steels — Surface quality classes for hot-rolled round bars and wire
rods — Technical delivery conditions
ISO 10474, Steel and steel products — Inspection documents
ISO 14104, Gears — Surface temper etch inspection after grinding, chemical method
ISO 18265, Metallic materials — Conversion of hardness values
EN 10204, Metallic products — Types of inspection documents
EN 10228-1, Non-destructive testing of steel forgings — Magnetic particle inspection
EN 10228-3, Non-destructive testing of steel forgings —Ultrasonic testing of ferritic or martensitic steel
forgings
EN 10308, Non-destructive testing — Ultrasonic testing of steel bars
1)
ASTM A388-01, Standard practice for ultrasonic examination of heavy steel forgings
ASTM A609-91, Standard practice for castings, carbon, low alloy and martensitic stainless steel, ultrasonic
examination thereof
ASTM E428-00, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Examination
ASTM E1444-01, Standard practice for magnetic particle examination
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1122-1 and the symbols and
units given in ISO 6336-1 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
4 Methods for the determination of allowable stress numbers
4.1 General
Allowable stress numbers should be determined for each material and material condition, preferably by
means of gear running tests. Test conditions and component dimensions should equate, as nearly as is
practicable, to the operating conditions and dimensions of the gears to be rated.
When evaluating test results or data derived from field service, it is always necessary to ascertain
whether or not specific influences on permissible stresses are already included with the evaluated data,
e.g. in the case of surface durability, the effects of lubricants, surface roughness and gear geometry; in
1) American Society for Testing and Materials
2 © ISO 2016 – All rights reserved
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SIST ISO 6336-5:2018
ISO 6336-5:2016(E)
the case of tooth bending strength, the fillet radius, surface roughness and gear geometry. If a specific
influence is included in the permissible stress derived from tests or from field service data, then the
relevant influence factor should be set equal to 1,0 in the calculation procedure of ISO 6336-2 and
ISO 6336-3.
4.2 Method A
The allowable stress numbers for contact and bending are derived from endurance tests of gears having
dimensions closely similar to those of the gears to be rated, under test conditions which are closely
similar to the intended operating conditions.
4.3 Method B
The allowable stress numbers for contact and bending were derived from endurance tests of reference
test gears under reference test conditions. Tooth-root allowable stress numbers were also derived
from pulsator tests. Practical experience should be taken into account. The standard allowable stress
numbers specified in 5.2 and 5.3 are based on such tests and experience.
Three different classes, ME, MQ and ML, are given for the allowable stress numbers. The appropriate
choice of class will depend, as described in Clause 6, on the type of production and quality control
exercised.
4.4 Method B
r
Contact stress numbers derived from rolling contact fatigue testing have to be used with caution since
they tend to overestimate allowable contact stress numbers for gear teeth.
4.5 Method B
k
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing notched test pieces.
Preferably, the ratio of the test piece notch radius to thickness should be similar to that of the fillet
radius to the tooth-root chord in the critical section and the surface condition should be similar to
that of the tooth root. When evaluating test data, it should be understood that test pieces are usually
subjected to repeating bending stress, whereas in the case of a gear tooth, the fillets of the teeth are
subjected to combined bending, shear and compressive stresses. Data on the various materials can be
obtained from in-house testing, experience or from literature.
4.6 Method B
p
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing un-notched test pieces.
See 4.5 for comments on evaluation of test results. In order to take into account the effect of notch
sensitivity, it is necessary that actual notch form and notch factors be included in calculations; thus,
their results will be influenced by the extreme unreliability of these factors. Data on the various
materials can be obtained from known test facilities or from literature.
5 Standard allowable stress numbers — Method B
5.1 Application
The allowable stress numbers shall be derived from Figures 1 to 16 or calculated by Formula 2 and
Table 1.
The allowable stress numbers shown in Figures 1 to 16 are based on the assumption that material
composition, heat treatment and inspection methods are appropriately chosen for the size of the gear.
If test values for specific materials are available, they can be used in replacement of the values in
Figures 1 to 16.
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SIST ISO 6336-5:2018
ISO 6336-5:2016(E)
The data furnished in this document are well substantiated by tests and practical experience.
The values are chosen for 1 % probability of damage. Statistical analysis enables adjustment of these
values in order to correspond to other probabilities of damage but such adjustments need to be
considered very carefully and may require additional specific tests or detailed documentation of the
source of the information used to derive the confidence level of the failure probabilities.
When other probabilities of damage (reliability) are desired, the values of σ , σ and σ are
H lim F lim FE
adjusted by an appropriate “reliability factor.” When this adjustment is made, a subscript shall be added
to indicate the relevant percentage (e.g. σ for 10 % probability of damage). For statistical analysis
H lim10
of fatigue testing results, see also Reference [6].
The allowable stress numbers indicated in Figures 9 and 10 were derived for effective case depths of
about 0,15m to 0,2m on finish-machined gears.
n n
The extent to which the level of surface hardness influences the strength of contour-hardened, nitrided,
carbo-nitrided and nitro-carburized gears cannot be reliably specified. Other surface-related factors of
the material and heat treatment have a much more pronounced influence.
In some cases, the full hardness range is not covered. The ranges covered are indicated by the length of
the lines in Figures 1 to 16.
For surface hardened steels (Figures 9 to 16), the HV scale was chosen as the reference axis. The HRC
scale is included for comparison. To define the relationship between Vickers and Rockwell hardness
numbers conversion tables, see ISO 18265.
5.2 Allowable stress number (contact), σ
H lim
The allowable stress number, σ , is derived from a contact pressure that may be sustained for a
H lim
specified number of cycles without the occurrence of progressive pitting. For the beginning of the
long-life area refer to the life factor Z for the different materials in ISO 6336-2 (for example case
NT
7
carburized, through hardened, and induction-hardened material 5 × 10 , stress cycles are considered to
be the beginning for the long life area).
Values of σ indicated in Figures 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 and 15 are appropriate for the reference operating
H lim
2)
conditions and dimensions of the reference test gears, as follows:
— Centre distance a = 100 mm
— Helix angle β = 0 (Z = 1)
β
— Module m = 3 mm to 5 mm (Z = 1)
x
— Mean peak-to-valley roughness of the tooth flanks Rz = 3 μm (Z = 1)
R
— Tangential velocity v = 10 m/s (Z = 1)
v
2
— Lubricant viscosity ν = 100 mm /s (Z = 1)
50 L
— Mating gears of the same material (Z =1)
W
— Gearing accuracy grades 4 to 6 according to ISO 1328-1
— Face width b = 10 mm to 20 mm
— Load influence factors K = K = K = K = 1
A v Hβ Hα
2) Data obtained under different conditions of testing were adjusted to be consistent with reference conditions. It
is important to note σ is not the contact pressure under continuous load, but rather the upper limit of the contact
H lim
pressure derived in accordance with ISO 6336-2, which can be sustained without progressive pitting damage, for a
specified number of load cycles.
4 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 6336-5:2016(E)
Test gears were deemed to have failed by pitting when the following conditions were met: when 2 % of
the total working flank area of through hardened gears, or when 0,5 % of the total working flank area
of surface hardened gears, or 4 % of the working flank area of a single tooth, is damaged by pitting. The
percentages refer to test evaluations; they are not intended as limits for product gears.
5.3 Bending stress number values for σ and σ
F lim FE
5.3.1 Nominal stress numbers (bending), σ
F lim
The nominal stress number (bending), σ , was determined by testing reference test gears (see
F lim
ISO 6336-3). It is the bending stress limit value relevant to the influences of the material, the heat
treatment and the surface roughness of the test gear root fillets.
5.3.2 Allowable stress number (bending), σ
FE
The allowable stress number for bending, σ (for the definition of σ , see ISO 6336-3), is the basic
FE FE
bending strength of the un-notched test piece, under the assumption that the material condition
(including heat treatment) is fully elastic:
σσ=⋅ Y (1)
FE F limST
For the reference test gear, the stress correction factor Y = 2,0. For all materials covered in this
ST
6
document, 3 × 10 stress cycles are considered to be the beginning of the long-life strength range (see
life factor Y in ISO 6336-3).
NT
Values of σ and σ indicated in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 and 16 are appropriate for the reference
F lim FE
operating conditions and dimensions of the reference test gears, as shown below (see 5.2):
— Helix angle β = 0 (Y = 1)
β
— Module m = 3 mm to 5 mm (Y = 1)
X
— Stress correction factor Y = 2,0
ST
— Notch parameter q = 2,5 (Y = 1)
ST δrel-T
— Mean peak-to-valley roughness of the tooth fillets Rz = 10 μm (Y = 1)
R rel-T
— Gearing accuracy grades 4 to 7 according to ISO 1328-1
— Basic rack according to ISO 53
— Face width b = 10 mm to 50 mm
— Load factors K = K = K = K = 1
A v Fβ Fα
5.3.3 Reversed bending
The allowable stress numbers indicated in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 and 16 are appropriate for
repeated, unidirectional, tooth loading. When reversals of full load occur, a reduced value of σ is
FE
required. In the most severe case (e.g. an idler gear where full load reversal occurs each load cycle),
the values σ and σ should be reduced to 0,7 times the unidirectional value. If the number of load
F lim FE
reversals is less frequent than this, a different factor, depending on the number of reversals expected
during the gear lifetime, can be chosen. For guidance on this, see ISO 6336-3:2006, Annex B.
© ISO 2016 – All rights reserved 5
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ISO 6336-5:2016(E)
5.4 Graphs for σ and σ and σ
H lim F lim FE
Allowable stress numbers for hardness values which exceed the minimum and maximum hardness
values in Figures 1 to 16 are subject to agreement between manufacturer and purchaser on the basis of
previous experience.
5.5 Calculation of σ and σ
H lim F lim
The allowable stress numbers, σ , and the nominal stress numbers, σ , based on Figures 1 to 16,
H lim F lim
can be calculated by the following equation:
σ
H lim
=⋅ABx + (2)
σ
F lim
where
x is the surface hardness HBW or HV on the finished functional surface;
A, B are constants (see Table 1).
The hardness ranges are restricted by the minimum and maximum hardness values given in Table 1. It
shall be used together with Figures 1 to 16.
Table 1 — Calculation of σ and σ
H lim F lim
No. Material Stress Type Abbrevia- Fig. Quality A B Hard- Min. Max.
tion ness hard- hard-
ness ness
1 Normal- Contact Wrought St 1 a) ML/MQ 1,000 190 HBW 110 210
ized low normal-
2 ME 1,520 250 110 210
carbon ized low
steels/cast carbon
a
steels steels
3 Cast steels St 1 b) ML/MQ 0,986 131 HBW 140 210
4 (cast) ME 1,143 237 140 210
5 Bending Wrought St 2 a) ML/MQ 0,455 69 HBW 110 210
normal-
6 ME 0,386 147 110 210
ized low
carbon
steels
7 Cast steels St 2 b) ML/MQ 0,313 62 HBW 140 210
8 (cast) ME 0,254 137 140 210
6 © ISO 2016 – All rights reserved
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SIST ISO 6336-5:2018
ISO 6336-5:2016(E)
Table 1 (continued)
No. Material Stress Type Abbrevia- Fig. Quality A B Hard- M
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6336-5
Third edition
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Calculation of load capacity of spur
and helical gears —
Part 5:
Strength and quality of materials
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à
dentures droite et hélicoïdale —
Partie 5: Résistance et qualité des matériaux
Reference number
ISO 6336-5:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 6336-5:2016(E)
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the requester.
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
4 Methods for the determination of allowable stress numbers . 2
4.1 General . 2
4.2 Method A . 3
4.3 Method B . 3
4.4 Method B .
r 3
4.5 Method B .
k 3
4.6 Method B .
p 3
5 Standard allowable stress numbers — Method B . 3
5.1 Application . 3
5.2 Allowable stress number (contact), σ .
H lim 4
5.3 Bending stress number values for σ and σ .
F lim FE 5
5.3.1 Nominal stress numbers (bending), σ .
F lim 5
5.3.2 Allowable stress number (bending), σ .
FE 5
5.3.3 Reversed bending . 5
5.4 Graphs for σ and σ and σ .
H lim F lim FE 6
5.5 Calculation of σ and σ .
H lim F lim 6
5.6 Hardening depth of surface hardened gears in finished condition .23
5.6.1 General.23
5.6.2 Case depth of carburized and hardened gears . .23
5.6.3 Nitriding hardening depth of nitrided gears .25
6 Requirements for material quality and heat treatment .26
6.1 General aspects .26
6.2 Normalized low carbon or cast steel, plain carbon, unalloyed steels (see Figures 1
and 2) .27
6.3 Black malleable cast iron [see Figures 3 a) and 4 a)] .27
6.4 Other materials [see Figures 3 b), 3 c), 4 b), 4 c), 5 to 16] .27
6.5 Coupon .40
6.6 Mechanical cleaning by shot blasting .41
6.7 Shot peening .41
6.7.1 General.41
6.7.2 Strength enhancement.41
6.7.3 Salvage .41
Annex A (informative) Considerations of size of controlling section for through
hardened gearing .43
Annex B (informative) Core hardness coefficients.46
Bibliography .47
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ISO 6336-5:2016(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 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.
The committee responsible for this document is ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear capacity
calculation.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 6336-5:2003), which has been technically
revised to reflect current practices throughout the industry.
A list of all parts in the ISO 6336 series can be found on the ISO website.
iv © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 6336-5:2016(E)
Introduction
This document, together with ISO 6336-1, ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-6, provides the
principles for a coherent system of procedures for the calculation of the load capacity of cylindrical
involute gears with external or internal teeth. ISO 6336 is designed to facilitate the application of future
knowledge and developments, as well as the exchange of information gained from experience.
Allowable stress numbers, as covered by this document, may vary widely. Such variation is attributable
to defects and variations of chemical composition (charge), structure, the type and extent of hot
working (e.g. bar stock, forging, reduction ratio), heat treatment, residual stress levels, etc.
Tables summarize the most important influencing variables and the requirements for the different
materials and quality grades. The effects of these influences on surface durability and tooth bending
strength are illustrated by graphs.
This document covers the most widely used ferrous gear materials and related heat treatment processes.
Recommendations on the choice of specific materials, heat treatment processes or manufacturing
processes are not included. Furthermore, no comments are made concerning the suitability or
otherwise of any materials for specific manufacturing or heat treatment processes.
© ISO 2016 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 6336-5:2016(E)
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 5:
Strength and quality of materials
1 Scope
This document describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit
stress numbers. It specifies requirements for material quality and heat treatment and comments on
their influences on both limit stress numbers.
Values in accordance with this document are suitable for use with the calculation procedures provided
in ISO 6336-2, ISO 6336-3 and ISO 6336-6 and in the application standards for industrial, high-speed
and marine gears. They are applicable to the calculation procedures given in ISO 10300 for rating the
load capacity of bevel gears. This document is applicable to all gearing, basic rack profiles, profile
dimensions, design, etc., covered by those standards. The results are in good agreement with other
methods for the range indicated in the scope of ISO 6336-1 and ISO 10300-1.
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 642, Steel — Hardenability test by end quenching (Jominy test)
ISO 643:2012, Steels — Micrographic determination of the apparent grain size
ISO 683-1, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 1: Non-alloy steels for quenching
and tempering
ISO 683-2, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 2: Alloy steels for quenching and
tempering
ISO 683-3, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 3: Case-hardening steels
ISO 683-4, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 4: Free-cutting steels
ISO 683-5, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels — Part 5: Nitriding steels
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 2639, Steels — Determination and verification of the depth of carburized and hardened cases
ISO 3754, Steel — Determination of effective depth of hardening after flame or induction hardening
ISO 4948-2, Steels — Classification — Part 2: Classification of unalloyed and alloy steels according to main
quality classes and main property or application characteristics
ISO 4967, Steel — Determination of content of non-metallic inclusions — Micrographic method using
standard diagrams
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ISO 6336-5:2016(E)
ISO 6336-1, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 1: Basic principles, introduction
and general influence factors
ISO 6336-2, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 2: Calculation of surface durability
(pitting)
ISO 6336-3:2006, Calculation of load capacity of spur and helical gears — Part 3: Calculation of tooth
bending strength
ISO 9443, Heat-treatable and alloy steels — Surface quality classes for hot-rolled round bars and wire
rods — Technical delivery conditions
ISO 10474, Steel and steel products — Inspection documents
ISO 14104, Gears — Surface temper etch inspection after grinding, chemical method
ISO 18265, Metallic materials — Conversion of hardness values
EN 10204, Metallic products — Types of inspection documents
EN 10228-1, Non-destructive testing of steel forgings — Magnetic particle inspection
EN 10228-3, Non-destructive testing of steel forgings —Ultrasonic testing of ferritic or martensitic steel
forgings
EN 10308, Non-destructive testing — Ultrasonic testing of steel bars
1)
ASTM A388-01, Standard practice for ultrasonic examination of heavy steel forgings
ASTM A609-91, Standard practice for castings, carbon, low alloy and martensitic stainless steel, ultrasonic
examination thereof
ASTM E428-00, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Examination
ASTM E1444-01, Standard practice for magnetic particle examination
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1122-1 and the symbols and
units given in ISO 6336-1 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
4 Methods for the determination of allowable stress numbers
4.1 General
Allowable stress numbers should be determined for each material and material condition, preferably by
means of gear running tests. Test conditions and component dimensions should equate, as nearly as is
practicable, to the operating conditions and dimensions of the gears to be rated.
When evaluating test results or data derived from field service, it is always necessary to ascertain
whether or not specific influences on permissible stresses are already included with the evaluated data,
e.g. in the case of surface durability, the effects of lubricants, surface roughness and gear geometry; in
1) American Society for Testing and Materials
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the case of tooth bending strength, the fillet radius, surface roughness and gear geometry. If a specific
influence is included in the permissible stress derived from tests or from field service data, then the
relevant influence factor should be set equal to 1,0 in the calculation procedure of ISO 6336-2 and
ISO 6336-3.
4.2 Method A
The allowable stress numbers for contact and bending are derived from endurance tests of gears having
dimensions closely similar to those of the gears to be rated, under test conditions which are closely
similar to the intended operating conditions.
4.3 Method B
The allowable stress numbers for contact and bending were derived from endurance tests of reference
test gears under reference test conditions. Tooth-root allowable stress numbers were also derived
from pulsator tests. Practical experience should be taken into account. The standard allowable stress
numbers specified in 5.2 and 5.3 are based on such tests and experience.
Three different classes, ME, MQ and ML, are given for the allowable stress numbers. The appropriate
choice of class will depend, as described in Clause 6, on the type of production and quality control
exercised.
4.4 Method B
r
Contact stress numbers derived from rolling contact fatigue testing have to be used with caution since
they tend to overestimate allowable contact stress numbers for gear teeth.
4.5 Method B
k
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing notched test pieces.
Preferably, the ratio of the test piece notch radius to thickness should be similar to that of the fillet
radius to the tooth-root chord in the critical section and the surface condition should be similar to
that of the tooth root. When evaluating test data, it should be understood that test pieces are usually
subjected to repeating bending stress, whereas in the case of a gear tooth, the fillets of the teeth are
subjected to combined bending, shear and compressive stresses. Data on the various materials can be
obtained from in-house testing, experience or from literature.
4.6 Method B
p
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing un-notched test pieces.
See 4.5 for comments on evaluation of test results. In order to take into account the effect of notch
sensitivity, it is necessary that actual notch form and notch factors be included in calculations; thus,
their results will be influenced by the extreme unreliability of these factors. Data on the various
materials can be obtained from known test facilities or from literature.
5 Standard allowable stress numbers — Method B
5.1 Application
The allowable stress numbers shall be derived from Figures 1 to 16 or calculated by Formula 2 and
Table 1.
The allowable stress numbers shown in Figures 1 to 16 are based on the assumption that material
composition, heat treatment and inspection methods are appropriately chosen for the size of the gear.
If test values for specific materials are available, they can be used in replacement of the values in
Figures 1 to 16.
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ISO 6336-5:2016(E)
The data furnished in this document are well substantiated by tests and practical experience.
The values are chosen for 1 % probability of damage. Statistical analysis enables adjustment of these
values in order to correspond to other probabilities of damage but such adjustments need to be
considered very carefully and may require additional specific tests or detailed documentation of the
source of the information used to derive the confidence level of the failure probabilities.
When other probabilities of damage (reliability) are desired, the values of σ , σ and σ are
H lim F lim FE
adjusted by an appropriate “reliability factor.” When this adjustment is made, a subscript shall be added
to indicate the relevant percentage (e.g. σ for 10 % probability of damage). For statistical analysis
H lim10
of fatigue testing results, see also Reference [6].
The allowable stress numbers indicated in Figures 9 and 10 were derived for effective case depths of
about 0,15m to 0,2m on finish-machined gears.
n n
The extent to which the level of surface hardness influences the strength of contour-hardened, nitrided,
carbo-nitrided and nitro-carburized gears cannot be reliably specified. Other surface-related factors of
the material and heat treatment have a much more pronounced influence.
In some cases, the full hardness range is not covered. The ranges covered are indicated by the length of
the lines in Figures 1 to 16.
For surface hardened steels (Figures 9 to 16), the HV scale was chosen as the reference axis. The HRC
scale is included for comparison. To define the relationship between Vickers and Rockwell hardness
numbers conversion tables, see ISO 18265.
5.2 Allowable stress number (contact), σ
H lim
The allowable stress number, σ , is derived from a contact pressure that may be sustained for a
H lim
specified number of cycles without the occurrence of progressive pitting. For the beginning of the
long-life area refer to the life factor Z for the different materials in ISO 6336-2 (for example case
NT
7
carburized, through hardened, and induction-hardened material 5 × 10 , stress cycles are considered to
be the beginning for the long life area).
Values of σ indicated in Figures 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 and 15 are appropriate for the reference operating
H lim
2)
conditions and dimensions of the reference test gears, as follows:
— Centre distance a = 100 mm
— Helix angle β = 0 (Z = 1)
β
— Module m = 3 mm to 5 mm (Z = 1)
x
— Mean peak-to-valley roughness of the tooth flanks Rz = 3 μm (Z = 1)
R
— Tangential velocity v = 10 m/s (Z = 1)
v
2
— Lubricant viscosity ν = 100 mm /s (Z = 1)
50 L
— Mating gears of the same material (Z =1)
W
— Gearing accuracy grades 4 to 6 according to ISO 1328-1
— Face width b = 10 mm to 20 mm
— Load influence factors K = K = K = K = 1
A v Hβ Hα
2) Data obtained under different conditions of testing were adjusted to be consistent with reference conditions. It
is important to note σ is not the contact pressure under continuous load, but rather the upper limit of the contact
H lim
pressure derived in accordance with ISO 6336-2, which can be sustained without progressive pitting damage, for a
specified number of load cycles.
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ISO 6336-5:2016(E)
Test gears were deemed to have failed by pitting when the following conditions were met: when 2 % of
the total working flank area of through hardened gears, or when 0,5 % of the total working flank area
of surface hardened gears, or 4 % of the working flank area of a single tooth, is damaged by pitting. The
percentages refer to test evaluations; they are not intended as limits for product gears.
5.3 Bending stress number values for σ and σ
F lim FE
5.3.1 Nominal stress numbers (bending), σ
F lim
The nominal stress number (bending), σ , was determined by testing reference test gears (see
F lim
ISO 6336-3). It is the bending stress limit value relevant to the influences of the material, the heat
treatment and the surface roughness of the test gear root fillets.
5.3.2 Allowable stress number (bending), σ
FE
The allowable stress number for bending, σ (for the definition of σ , see ISO 6336-3), is the basic
FE FE
bending strength of the un-notched test piece, under the assumption that the material condition
(including heat treatment) is fully elastic:
σσ=⋅ Y (1)
FE F limST
For the reference test gear, the stress correction factor Y = 2,0. For all materials covered in this
ST
6
document, 3 × 10 stress cycles are considered to be the beginning of the long-life strength range (see
life factor Y in ISO 6336-3).
NT
Values of σ and σ indicated in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 and 16 are appropriate for the reference
F lim FE
operating conditions and dimensions of the reference test gears, as shown below (see 5.2):
— Helix angle β = 0 (Y = 1)
β
— Module m = 3 mm to 5 mm (Y = 1)
X
— Stress correction factor Y = 2,0
ST
— Notch parameter q = 2,5 (Y = 1)
ST δrel-T
— Mean peak-to-valley roughness of the tooth fillets Rz = 10 μm (Y = 1)
R rel-T
— Gearing accuracy grades 4 to 7 according to ISO 1328-1
— Basic rack according to ISO 53
— Face width b = 10 mm to 50 mm
— Load factors K = K = K = K = 1
A v Fβ Fα
5.3.3 Reversed bending
The allowable stress numbers indicated in Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 and 16 are appropriate for
repeated, unidirectional, tooth loading. When reversals of full load occur, a reduced value of σ is
FE
required. In the most severe case (e.g. an idler gear where full load reversal occurs each load cycle),
the values σ and σ should be reduced to 0,7 times the unidirectional value. If the number of load
F lim FE
reversals is less frequent than this, a different factor, depending on the number of reversals expected
during the gear lifetime, can be chosen. For guidance on this, see ISO 6336-3:2006, Annex B.
© ISO 2016 – All rights reserved 5
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ISO 6336-5:2016(E)
5.4 Graphs for σ and σ and σ
H lim F lim FE
Allowable stress numbers for hardness values which exceed the minimum and maximum hardness
values in Figures 1 to 16 are subject to agreement between manufacturer and purchaser on the basis of
previous experience.
5.5 Calculation of σ and σ
H lim F lim
The allowable stress numbers, σ , and the nominal stress numbers, σ , based on Figures 1 to 16,
H lim F lim
can be calculated by the following equation:
σ
H lim
=⋅ABx + (2)
σ
F lim
where
x is the surface hardness HBW or HV on the finished functional surface;
A, B are constants (see Table 1).
The hardness ranges are restricted by the minimum and maximum hardness values given in Table 1. It
shall be used together with Figures 1 to 16.
Table 1 — Calculation of σ and σ
H lim F lim
No. Material Stress Type Abbrevia- Fig. Quality A B Hard- Min. Max.
tion ness hard- hard-
ness ness
1 Normal- Contact Wrought St 1 a) ML/MQ 1,000 190 HBW 110 210
ized low normal-
2 ME 1,520 250 110 210
carbon ized low
steels/cast carbon
a
steels steels
3 Cast steels St 1 b) ML/MQ 0,986 131 HBW 140 210
4 (cast) ME 1,143 237 140 210
5 Bending Wrought St 2 a) ML/MQ 0,455 69 HBW 110 210
normal-
6 ME 0,386 147 110 210
ized low
carbon
steels
7 Cast steels St 2 b) ML/MQ 0,313 62 HBW 140 210
8 (cast) ME 0,254 137 140 210
6 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 6336-5:2016(E)
Table 1 (continued)
No. Material Stress Type Abbrevia- Fig. Quality A B Hard- Min. Max.
tion ness hard- hard-
ness ness
9 Cast iron Contact Black GTS 3 a) ML/MQ 1,371 143 HBW 135 250
materials malleable
10 (perl.) ME 1,333 267 175 250
cast iron
11 Nodular GGG 3 b) ML/MQ 1,434 211 HBW 175 300
cast iron
12 ME 1,500 250 200 300
13 Grey cast GG 3 c) ML/MQ 1,033 132 HBW 150 240
iron
14 ME 1,465 122 175 275
15 Bending Black GTS 4 a) ML/MQ 0,345 77 HBW 135 250
malleable
16 (perl.) ME 0,403 128 175 250
cast iron
17 Nodular GGG 4 b) ML/MQ 0,350 119 HBW 175 300
cast iron
18 ME 0,380 134 200 300
19 Grey cast GG 4 c) ML/MQ 0,256 8 HBW 150 240
iron
20 ME 0,200 53 175 275
21 Through Contact Carbon V 5 ML 0,963 283 HV 135 210
hardened steels
22 MQ 0,925 360 135 210
wrought
23 ME 0,838 432 135 210
b
steels
24 Alloy V 5 ML 1,313 188 HV 200 360
steels
25 MQ 1,313 373 200 360
26 ME 2,213 260 200 390
27 Bending Carbon V 6 ML 0,250 108 HV 115 215
steels
28 MQ 0,240 163 115 215
29 ME 0,283 202 115 215
30 Alloy V 6 ML 0,423 104 HV 200 360
steels
31 MQ 0,425 187 200 360
32 ME 0,358 231 200 390
33 Through Contact Carbon V 7 ML/MQ 0,831 300 HV 130 215
hardened steels
cast steels
34 (cast) ME 0,951 345 130 215
35 Alloy V 7 ML/MQ 1,276 298 HV 2
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6336-5
Troisième édition
2016-08-15
Calcul de la capacité de charge des
engrenages cylindriques à dentures
droite et hélicoïdale —
Partie 5:
Résistance et qualité des matériaux
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 5: Strength and quality of materials
Numéro de référence
ISO 6336-5:2016(F)
©
ISO 2016
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 2
4 Méthode pour la détermination des contraintes admissibles de référence .3
4.1 Généralités . 3
4.2 Méthode A . 3
4.3 Méthode B . 3
4.4 Méthode B .
r 3
4.5 Méthode B .
k 3
4.6 Méthode B .
p 4
5 Valeurs normalisées pour la contrainte admissible de référence — Méthode B .4
5.1 Application . 4
5.2 Contrainte admissible de référence (pression de contact), σ .
H lim 4
5.3 Contraintes de flexion pour σ et σ .
F lim FE 5
5.3.1 Contrainte nominale de référence (flexion), σ .
F lim 5
5.3.2 Contrainte admissible de référence (flexion), σ .
FE 5
5.3.3 Contrainte de flexion alternée . 6
5.4 Abaques de représentation de σ , σ et σ .
H lim F lim FE 6
5.5 Calcul de σ et de σ .
H lim F lim 6
5.6 Profondeur de durcissement des roues dentées durcies superficiellement à l’état fini .24
5.6.1 Généralités .24
5.6.2 Profondeur de cémentation des engrenages cémentés et trempés .24
5.6.3 Profondeur de nitruration des roues dentées nitrurées .26
6 Exigences pour la qualité et le traitement thermique du matériau .27
6.1 Aspects généraux .27
6.2 Aciers à faible teneur en carbone/aciers moulés normalisés, aciers non alliés
(voir Figures 1 et 2) .28
6.3 Fonte malléable [voir Figures 3 a) et 4 a)] .28
6.4 Autres matériaux [voir Figures 3 a), 3 c), 4 b), 4 c), 5 à 16] .28
6.5 Témoin de traitement .41
6.6 Nettoyage mécanique par grenaillage .42
6.7 Grenaillage de précontrainte .42
6.7.1 Généralités .42
6.7.2 Amélioration de la résistance .42
6.7.3 Récupération .43
Annexe A (informative) Dimensions de la section de contrôle pour les roues traitées dans
la masse .44
Annexe B (informative) Coefficients de dureté à cœur .47
Bibliographie .48
© ISO 2016 – Tous droits réservés iii
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ISO 6336-5:2016(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 appelée 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 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/iso/fr/avant-propos.html.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 60, Engrenages, sous-comité SC 2,
Calcul de la capacité des engrenages.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 6336-5:2003), qui fait l’objet d’une
révision technique pour tenir compte des pratiques courantes de l’industrie.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 6336 peut être trouvée sur le site web ISO.
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 6336-5:2016(F)
Introduction
Le présent document ainsi que l’ISO 6336-1, l’ISO 6336-2, l’ISO 6336-3 et l’ISO 6336-6 donnent les
principes pour un système cohérent de méthodes pour le calcul de la capacité de charge des engrenages
cylindriques à profil en développante de cercle à denture extérieure ou intérieure. L’ISO 6336 est conçue
pour faciliter l’application des connaissances et développements futurs, aussi bien que pour échanger
les informations issues de l’expérience.
Les contraintes admissibles, telles que celles décrites dans le présent document, peuvent varier très
largement. De tels écarts sont dus aux défauts et aux variations de la composition chimique (charge),
de la structure, de la nature et du processus d’élaboration (par exemple laminage, forgeage, taux de
corroyage), du traitement thermique, des niveaux de contrainte résiduelle, etc.
Les tableaux résument les paramètres d’influence les plus importants et les exigences relatives aux
différentes classes de qualité pour chaque catégorie de matériau. Les effets de ces paramètres sur la
résistance à la pression de contact et la résistance à la flexion en pied de dent sont illustrés par des
graphiques.
Le présent document concerne les aciers pour engrenage qui sont les plus employés et traite des
méthodes de traitement thermique associées. Les recommandations sur le choix d’un matériau
particulier, d’une méthode de traitement thermique ou d’un procédé de fabrication sont exclues. De
plus, il n’est fait aucune mention concernant l’aptitude ou tout autre paramètre de tout matériau vis-à-
vis d’une méthode de fabrication spécifique ou d’une méthode de traitement thermique.
© ISO 2016 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 6336-5:2016(F)
Calcul de la capacité de charge des engrenages
cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 5:
Résistance et qualité des matériaux
1 Domaine d’application
Le présent document décrit les contraintes de pression de contact et les contraintes en pied de dent, et
donne des valeurs numériques pour ces deux contraintes limites de référence. Elle spécifie les exigences
pour la qualité du matériau et le traitement thermique, et elle fournit des indications concernant leur
influence sur chacune des contraintes limites de référence.
Les valeurs données dans le présent document sont valables pour les méthodes de calcul définies dans
l’ISO 6336-2, l’ISO 6336-3 et l’ISO 6336-6 ainsi que dans les normes d’application pour engrenages
industriels, engrenages grande vitesse et engrenages marins. Elles sont applicables aux méthodes de
calcul données dans l’ISO 10300 pour déterminer la capacité de charge des engrenages coniques. Le
présent document est applicable à tous les engrenages, aux tracés de référence, aux dimensions, aux
approches de conception, etc., définis dans ces normes. Les résultats sont en bon accord avec d’autres
méthodes les plages du domaine d’application de l’ISO 6336-1 et de l’ISO 10300-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont référencés dans le texte de sorte qu’une partie ou la totalité de leur
contenu constitue 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 642, Acier — Essai de trempabilité par trempe en bout (essai Jominy)
ISO 643:2012, Aciers — Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente
ISO 683-1, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 1: Aciers non
alliés pour trempe et revenu
ISO 683-2, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 2: Aciers
alliés pour trempe et revenu
ISO 683-3, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 3: Aciers
pour cémentation
ISO 683-4, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 4: Aciers
pour décolletage
ISO 683-5, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 5: Aciers
pour nitruration
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 2639, Acier — Détermination et vérification de la profondeur de cémentation
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ISO 6336-5:2016(F)
ISO 3754, Acier — Détermination de la profondeur conventionnelle de trempe après chauffage superficiel
ISO 4948-2, Aciers — Classification — Partie 2: Classification des aciers alliés et aciers non alliés en fonction
des principales classes de qualité et des caractéristiques principales de propriétés ou d’application
ISO 4967, Aciers — Détermination de la teneur en inclusions non métalliques — Méthode micrographique à
l’aide d’images types
ISO 6336-1, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 1: Principes de base, introduction et facteurs généraux d’influence
ISO 6336-2, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 2: Calcul de la résistance à la pression de contact (piqûre)
ISO 6336-3:2006, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et
hélicoïdale — Partie 3: Calcul de la résistance à la flexion en pied de dent
ISO 9443, Aciers pour traitements thermiques et aciers alliés — Classes de qualité de surface des ronds et
fils-machine laminés à chaud — Conditions techniques de livraison
ISO 10474, Aciers et produits sidérurgiques — Documents de contrôle
ISO 14104, Engrenages — Contrôle par attaque chimique des zones surchauffées lors de la rectification
ISO 18265, Matériaux métalliques — Conversion des valeurs de dureté
EN 10204, Produits métalliques — Types de documents de contrôle
EN 10228-1, Essais non destructifs des pièces forgées — Partie 1: Contrôle par magnétoscopie
EN 10228-3, Essais non destructifs des pièces forgées en acier — Partie 3: Contrôle par ultrasons des pièces
forgées en aciers ferritiques et martensitiques
EN 10308, Essais non destructifs — Contrôle par ultrasons des barres en acier
1)
ASTM A388-01, Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings
ASTM A609-91, Standard Practice for Castings, Carbon, Low Alloy and Martensitic Stainless Steel,
Ultrasonic Examination Thereof
ASTM E428-00, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Inspection
ASTM E1444-01, Standard Practice for Magnetic Particle Examination
3 Termes, définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1122-1 et les symboles
et unités donnés dans l’ISO 6336-1 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:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http://www.iso.org/obp
1) American Society for Testing and Materials
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ISO 6336-5:2016(F)
4 Méthode pour la détermination des contraintes admissibles de référence
4.1 Généralités
Il convient de déterminer le plus souvent possible par des essais sur engrenages, les contraintes
admissibles de référence, pour chaque matériau et chaque état de matériau. Il convient que les
conditions d’essai et les dimensions des roues d’essai soient aussi proches que possible des conditions et
des dimensions de fonctionnement des roues faisant l’objet du calcul.
Dans l’exploitation des résultats d’essai ou de données issues du fonctionnement en service, il est
indispensable d’examiner si certains facteurs d’influence sur les contraintes admissibles sont déjà
inclus ou non dans la donnée évaluée. Par exemple, pour la pression de contact, l’influence du film de
lubrifiant, de la rugosité des flancs et de la géométrie de l’engrenage; pour la résistance à la flexion en
pied de dent, le rayon et la rugosité de l’arrondi en pied de dent, ainsi que la géométrie de l’engrenage.
Si une influence spécifique est incluse dans la contrainte permissible déterminée d’après des essais ou
à partir des informations recueillies sur le terrain, il convient que le facteur d’influence correspondant
soit fixé à 1,0 dans la méthode de calcul de l’ISO 6336-2 et l’ISO 6336-3.
4.2 Méthode A
Les valeurs de contraintes admissibles de référence pour la pression de contact et la flexion sont
déterminées par des essais d’endurance avec des roues dont les dimensions sont voisines de celles
des roues devant faire l’objet du calcul dans des conditions d’essai qui sont proches des conditions de
fonctionnement prévues.
4.3 Méthode B
Les contraintes admissibles de référence, pour la pression de contact et la flexion, sont déterminées sur
la base des essais d’endurance effectués avec des roues dentées de référence dans des conditions d’essai
de référence. Les contraintes admissibles de référence en pied de dent sont également déterminées
par des essais au pulsateur. Il convient de prendre en compte l’expérience pratique. Les contraintes
admissibles de référence normalisées spécifiées en 5.2 et 5.3 reposent sur de tels essais et une telle
expérience.
Trois classes différentes, ME, MQ et ML, sont définies pour les contraintes admissibles de référence. Le
choix approprié de la classe dépend du type de production et des contrôles de qualité réalisés tels que
décrits à l’Article 6.
4.4 Méthode B
r
Les contraintes de référence en ce qui concerne la pression de contact découlant d’un essai de fatigue
de contact sur machines à galets sont à utiliser avec précaution, car elles tendent à surestimer les
contraintes admissibles de référence pour les roues dentées.
4.5 Méthode B
k
Les contraintes admissibles de référence, pour une sollicitation en flexion, sont calculées à partir des
résultats d’essais réalisés sur des éprouvettes entaillées. Il convient que le rapport du rayon d’entaille
de l’éprouvette sur son épaisseur soit de préférence comparable à celui du rapport du rayon de
courbure du profil de raccordement en pied de dent au niveau de l’épaisseur à la corde dans la section
critique, et il convient que l’état de surface soit similaire au pied de dent. Au cours de l’exploitation des
résultats, il convient de tenir compte du fait que les éprouvettes d’essai sont habituellement soumises
à une contrainte de flexion répétée alors que les pieds de dent des engrenages sont soumis à une
combinaison de sollicitations combinées de contrainte de flexion, de cisaillement et de compression.
Les caractéristiques des différents matériaux peuvent être obtenues au moyen d’essais internes, de
l’expérience acquise ou de la documentation disponible.
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4.6 Méthode B
p
Les contraintes admissibles de référence, pour une sollicitation en flexion, sont calculées à partir des
résultats d’essais réalisés sur des éprouvettes non entaillées. Voir 4.5 en ce qui concerne l’interprétation
de l’exploitation des résultats d’essai. Pour prendre en considération l’influence de la sensibilité à
l’entaille, il est nécessaire d’inclure dans les calculs la forme et les facteurs d’entaille réels, ainsi leurs
résultats seront influencés par la grande incertitude de ces facteurs Les caractéristiques des différents
matériaux peuvent être obtenues auprès de laboratoires d’essais connus ou dans la littérature du
domaine.
5 Valeurs normalisées pour la contrainte admissible de référence — Méthode B
5.1 Application
Les valeurs pour la contrainte admissible de référence doivent être dérivées des Figures 1 à 16 ou
calculées à l’aide de la Formule 2 et du Tableau 1.
Les contraintes admissibles de référence, représentées aux Figures 1 à 16, reposent sur l’hypothèse
d’une composition du matériau, d’un traitement thermique et de méthodes de contrôle adaptés à la
dimension de la roue dentée.
Lorsque des valeurs d’essai sont disponibles pour des matériaux spécifiques, elles peuvent être utilisées
en lieu et place des valeurs des Figures 1 à 16.
Les données fournies dans le présent document sont tout à fait justifiées par des essais et par
l’expérience pratique.
Les valeurs sont choisies pour une probabilité d’endommagement de 1 %. Une analyse statistique permet
l’ajustement de ces valeurs afin qu’elles correspondent à d’autres probabilités d’endommagement,
mais ces ajustements requièrent une analyse attentive et peuvent nécessiter des essais spécifiques
supplémentaires ou une documentation détaillée de la source d’information utilisée pour la dérivation
du niveau de confiance des probabilités d’endommagement.
Lorsque d’autres probabilités d’endommagement (fiabilité) sont souhaitées, les valeurs de σ ,
H lim
σ et σ sont ajustées à l’aide d’un «facteur de fiabilité» adapté. Lorsque tel est le cas, un indice
F lim FE
doit être ajouté pour indiquer le pourcentage approprié (par exemple, σ pour une probabilité
H lim10
de détérioration de 10 %). Pour l’analyse statistique des résultats d’essai de fatigue, voir également la
Référence [6].
Les contraintes admissibles indiquées dans les Figures 9 et 10 ont été déterminées pour des profondeurs
de cémentation effectives d’environ 0,15m à 0,2m sur des roues dentées après finition.
n n
La façon dont le niveau de dureté superficielle influence la résistance des roues durcies superficiellement,
nitrurées, carbonitrurées et nitrocarburées ne peut pas être quantifiée avec fiabilité. Les autres
facteurs du matériau et du traitement thermique relatifs à la surface ont une influence nettement plus
marquée.
Dans certains cas, la totalité du domaine de dureté n’est pas couverte. Les intervalles admissibles sont
définis par la longueur des droites représentées aux Figures 1 à 16.
Pour les aciers durcis superficiellement (Figures 9 à 16), l’échelle de dureté HV a été choisie comme axe
de référence. L’échelle HRC est donnée à titre de comparaison. Pour définir la relation entre l’échelle des
duretés Vickers et Rockwell, consulter les tables de conversion de l’ISO 18265.
5.2 Contrainte admissible de référence (pression de contact), σ
H lim
La contrainte admissible de référence σ est issue de la pression de contact qui peut être supportée
H lim
par la dent pour un nombre spécifique de cycles sans apparition de piqûres évolutives. En ce qui
concerne le début du domaine de longue durée de vie, se référer au facteur de vie Z des différents
NT
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 6336-5:2016(F)
7
matériaux figurant dans l’ISO 6336-2 (par exemple, 5 × 10 cycles de contraintes pour les matériaux
cémentés, traités dans la masse et durcis par induction correspond au début d’un domaine de résistance
pour les grandes durées de vie).
Les valeurs de σ données aux Figures 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 et 15 sont valables pour les conditions de
H lim
2)
fonctionnement et les dimensions des roues d’essai de référence, telles qu’indiquées ci-après :
— Entraxe a = 100 mm
— Angle d’hélice β = 0 (Z = 1)
β
— Module m = 3 mm à 5 mm (Z = 1)
x
— Rugosité moyenne crête à crête des flancs des dents Rz = 3 μm (Z = 1)
R
— Vitesse tangentielle v = 10 m/s (Z = 1)
v
2
— Viscosité du lubrifiant ν = 100 mm /s (Z = 1)
50 L
— Roues conjuguées du même matériau (Z = 1)
W
— Classe de précision de la roue dentée 4 à 6 selon l’ISO 1328-1
— Largeur de denture b = 10 mm à 20 mm
— Facteurs généraux d’influence K = K = K = K = 1
A v Hβ Hα
Les roues d’essai sont déclarées endommagées par piqûres dans les conditions suivantes: pour des
roues traitées dans la masse lorsque 2 % de la totalité des surfaces actives des flancs, ou pour les roues
durcies superficiellement lorsque 0,5 % de la totalité des surfaces actives des flancs, ou si 4 % de la
surface du flanc d’une seule dent est dégradé par piqûres. Les pourcentages donnés font référence à des
évaluations en essai; ils ne sont pas prévus comme des limites pour les roues dentées de production.
5.3 Contraintes de flexion pour σ et σ
F lim FE
5.3.1 Contrainte nominale de référence (flexion), σ
F lim
La contrainte nominale de référence (flexion), σ , est déterminée en soumettant les roues de
F lim
référence à des essais (voir ISO 6336-3). Il s’agit de la valeur limite de contrainte de flexion en fonction
des influences du matériau, du traitement thermique et de la rugosité de surface des profils de
raccordement en pied de dent des roues d’essai.
5.3.2 Contrainte admissible de référence (flexion), σ
FE
La contrainte admissible de référence (flexion), σ , (pour la définition de σ , voir l’ISO 6336-3) est
FE FE
la résistance à la flexion de base d’une éprouvette non entaillée, avec l’hypothèse que la condition de
sollicitation du matériau (y compris le traitement thermique) est entièrement dans le domaine élastique:
σσ=⋅ Y (1)
FE F limST
Pour la roue d’essai de référence, le facteur de concentration de contrainte est Y = 2,0. Pour tous les
ST
6
matériaux couverts par le présent document, 3 × 10 cycles de contraintes correspondent au début
du domaine de résistance pour les grandes durées de vie (voir le facteur de durée de vie Y dans
NT
l’ISO 6336-3).
2) Les données obtenues sous différentes conditions d’essai ont été ajustées pour être cohérentes avec les
conditions de référence. Il est important de noter que σ n’est pas la pression de contact sous une charge continue,
H lim
mais bien plutôt la limite supérieure de la pression de contact calculée conformément à l’ISO 6336-2 qui peut être
supportée sans endommagement par piqûres évolutives, pour un nombre de cycles de mise en charge spécifié.
© ISO 2016 – Tous droits réservés 5
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ISO 6336-5:2016(F)
Les valeurs de σ et σ indiquées aux Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 et 16 sont valables pour les
F lim FE
conditions de fonctionnement et les dimensions des roues d’essai de référence, telles qu’indiquées ci-
après (voir 5.2):
— Angle d’hélice β = 0 (Y = 1)
β
— Module m = 3 mm à 5 mm (Y = 1)
X
— Facteur de concentration de contrainte Y = 2,0
ST
— Paramètre d’entaille q = 2,5 (Y = 1)
ST δrel-T
— Rugosité moyenne crête à crête
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.