Calculation and analysis of contact and bending stresses in high reduction hypoid gears

YANG Kaiwang; WEI Bingyang; YANG Jianjun; WANG Wei

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.015

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Calculation and analysis of contact and bending stresses in high reduction hypoid gears

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2026-06-16

- Calculation and analysis of contact and bending stresses in high reduction hypoid gears
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 6, Pages: 143-149(2026)
- 作者机构：
  
  1.河南科技大学机电工程学院，洛阳 471003
  2.龙门实验室，洛阳 471000
- 作者简介：
  
  WEI Bingyang, E-mail: bywei29@163.com
- 基金信息：
  
  Longmen Laboratory Frontier Exploration Topics(LMQYTSKT025);Henan Provincial Graduate Education Reform and Quality Improvement Project(YJS2022JD12)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.015
  CLC： TH132
- Received：15 October 2024，
  
  Published：15 June 2026
- 稿件说明：
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杨开旺，魏冰阳，杨建军，等. 高减比准双曲面齿轮接触与弯曲应力的计算与分析［J］. 机械强度，2026，48（6）：143-149.

YANG Kaiwang，WEI Bingyang，YANG Jianjun，et al. Calculation and analysis of contact and bending stresses in high reduction hypoid gears［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：143-149.
杨开旺，魏冰阳，杨建军，等. 高减比准双曲面齿轮接触与弯曲应力的计算与分析［J］. 机械强度，2026，48（6）：143-149. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.015.

YANG Kaiwang，WEI Bingyang，YANG Jianjun，et al. Calculation and analysis of contact and bending stresses in high reduction hypoid gears［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：143-149. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.015.

摘要

目的

高减比准双曲面（High Reduction Hypoid

HRH）齿轮几何参数与轮齿结构复杂，作为一种广义的新型锥齿轮传动形式，其工作接触应力与弯曲应力计算方法缺乏，有必要针对上述问题进行研究。

方法

首先，在分析HRH齿轮的几何参数设计要点的基础上，给出了ISO标准关于准双曲面齿轮的工作应力计算方法；其次，因HRH齿轮超出ISO标准适用范围，为适应其强度计算，对ISO标准中的当量齿数和大轮轮齿弯曲力臂计算式进行修正；然后，以齿数比3

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60的HRH齿轮为例，推导了完整的HRH齿轮工作应力计算方法及流程；最后，通过建立精确的HRH齿轮三维模型，利用大型有限元分析软件，获得了齿轮相应的工作接触和弯曲应力计算。

结果

结果表明，采用ISO标准与有限元法的计算结果相近，ISO标准的适用范围得以拓展，同时也证明了提出的ISO标准修正方法的正确性和工程应用的可行性。

Abstract

Objective

High reduction hypoid (HRH) gears with complex geometric parameters and tooth structures

as a broad form of new bevel gear transmission

lack of working contact stress and bending stress calculation methods. It is necessary to conduct research on the above issues.

Methods

Firstly

on the basis of analyzing the design points of geometric parameters of HRH gears

the calculation method of working stress of hypoid gears in ISO 10300 standard was given. Secondly

because HRH gears are beyond the scope of application of ISO standard

the calculation formulas of equivalent number of teeth and bending moment arm of the wheel teeth in ISO standard were modified in order to adapt to the strength calculation of HRH gears. Thirdly

taking HRH gears with a ratio of 3:60 as an example

the complete calculation method and process of the working stress of HRH gears were derived. Finally

by establishing an accurate three-dimensional model of HRH gears and using large-scale finite element analysis software

the corresponding working contact and bending stress calculation of gear were obtained.

Results

The results indicate that the calculation results using ISO standards and finite element method are similar. It expands the scope of application of ISO standard and proves the correctness of the proposed correction method of ISO standard and the feasibility of its application in engineering.

关键词

Keywords

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