Finite element ansysis and ISO calculation standard of tooth root bending strengthern of spiral beval gears

FENG Shaokun; WEI Bingyang; XIN Wen; CHENG Bo

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.015

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Finite element ansysis and ISO calculation standard of tooth root bending strengthern of spiral beval gears

·Design·Calculation· | 更新时间：2025-07-10

- Finite element ansysis and ISO calculation standard of tooth root bending strengthern of spiral beval gears
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 7, Pages: 117-123(2025)
- 作者机构：
  
  1.河南科技大学机电工程学院，洛阳 471000
  2.中信重工机械股份有限公司，洛阳 471039
  3.智能矿山重型装备全国重点实验室，洛阳 471000
- 作者简介：
  
  FENG Shaokun, E-mail: shaokun_feng@163.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51875174);Henan Provincial Graduate Education Reform and Quality Improvement Project(YJS2022JD12)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.015
  CLC：
- Received：15 November 2023，
  
  Revised：04 December 2023，
  
  Published：15 July 2025
- 稿件说明：
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冯少坤，魏冰阳，信稳，等. 弧齿锥齿轮弯曲强度ISO计算标准与有限元分析［J］. 机械强度，2025，47（7）：117-123.

FENG Shaokun，WEI Bingyang，XIN Wen，et al. Finite element ansysis and ISO calculation standard of tooth root bending strengthern of spiral beval gears［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：117-123.
冯少坤，魏冰阳，信稳，等. 弧齿锥齿轮弯曲强度ISO计算标准与有限元分析［J］. 机械强度，2025，47（7）：117-123. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.015.

FENG Shaokun，WEI Bingyang，XIN Wen，et al. Finite element ansysis and ISO calculation standard of tooth root bending strengthern of spiral beval gears［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：117-123. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.015.

摘要

弧齿锥齿轮弯曲强度计算复杂，准确评价难度极大。针对ISO 10300标准B1和B2这2种不同计算方法，从2种方法的计算原理出发，对比了2种方法关于齿根弯曲应力及许用弯曲应力计算涉及各参数的选取方法以及数值的选用原则，分析了2种计算方法中各参数取值对齿根弯曲应力计算的影响规律。通过若干组设计样本计算，对比了2种方法计算出的齿根弯曲应力数值。利用有限元分析对计算结果进行了验证。结果表明，由于所用修正系数种类及取值不同，2种方法计算得到的弯曲强度评价结果存在一定的差异，B1方法对齿根弯曲强度评价更保守，齿根弯曲应力比B2方法约小5%；ISO计算标准尽管考虑了多齿载荷分担，但忽略了其综合作用对齿根弯曲应力的影响，导致与有限元计算结果有差异，B1方法与有限元计算结果更接近，误差约为6%。

Abstract

The calculation of bending strength for spiral bevel gears is complex

making accurate evaluation extremely challenging. Focusing on the two distinct calculation methods

B1 and B2

as outlined in the ISO 10300 standard

this study begins with the computational principles of both approaches. It compares the selection methods and numerical application principles for parameters involved in calculating root bending stress and allowable bending stress under both methods. The influence of parameter values on root bending stress calculations is analyzed for each method. Through computations on multiple design samples

the root bending stress values derived from both methods are compared. Finite element analysis is employed to validate the computational results. The findings indicate that due to differences in the types and values of correction coefficients used

there are certain discrepancies in the bending strength evaluation results obtained by the two methods. Method B1 yields a more conservative evaluation of root bending strength

with root bending stress approximately 5% lower than that calculated by Method B2. Although the ISO calculation standard accounts for load sharing among multiple teeth

it overlooks the combined effects on root bending stress

leading to deviations from finite element analysis results. Method B1 shows closer agreement with finite element results

with an error margin of about 6%.

关键词

Keywords

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