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1、文章编号：!#$%&（）$#(#$)*+最新齿轮精度、强度标准及应用该标准的软件,-./0*李钊刚（南京高速齿轮箱厂，南京!）厉始忠（机械科学研究院，北京!1 1）郭永（北京艾克斯特工业自动化技术公司，北京!2 1!）【摘要】对)*+最新圆柱齿轮精度和强度标准与旧标准进行了对比，介绍了按照.3 4 5 6 7 8 9 9:;3 6?著的 机械零件 的齿轮设计方法以及最新齿轮国际标准开发的具有我国知识产权的软件 齿轮设计专家系统,-./0*的特点及在企业的实际应用。关键词：齿轮精度；专家系统；应用中图分类号：-$%文献标识码：A!概述齿轮的质量依据是标准。齿轮强度和精度两项标准提供的是保证齿轮产
2、品的性能、质量和可靠性的最重要的基础数据的计算方法。改革开放以来，尽管我国在采用国际标准方面作了大量的卓有成效的工作，但仍赶不上世界齿轮技术发展的步伐。)*+-B C 齿轮技术委员会经过 多年的努力，以德国的/)4标准为母型，吸收美国A.D A等标准的先进成分，不断修订完善，并最终于%年代正式颁布了)*+!$2#!E!%(，)*+!$2#E!%&及相关技术报告组成的渐开线圆柱齿轮精度标准体系和)*+C$C#!#(E!%C渐开线圆柱齿轮强度标准。相比之下，我国近年来一直执行的.F!%(#2 2精度标准是参照)*+!$2#!%&(制订的，.F$1 2#2$强度标准是参照)*+/C$C#!%2 制订
3、的，均为国际&年代以前的技术水平，且个参照标准已经过时和废止。已修订的.F-$1 2#!%&虽已等效采用)*+C$C#!#$E!%C标准，但由于宣贯没跟上等种种原因，同时该标准与)*+新标准仍未能达到等同（例如精度标准仍然引用.F!%(#2 2，而)*+C$C E!%C的引用标准为)*+!$2#!E!%(），尚未推广开。我们在贯彻.F!%(标准中发现存在的齿形误差最难达到要求，齿形的齿顶部规定不够合理，在采用.F$1 2 作强度计算时经常遇到对软齿面或中硬齿面齿轮因算的!值过大而使强度通不过等问题，在)*+新标准中都作了有效的改进。齿轮设计是决定和制约齿轮产品的水平、质量、可靠性和成本的关键环
4、节。近百年来，为研究和摸索齿轮的设计和制造规律，国内外许多齿轮工作者都付出了毕生的精力。他们的成果都凝聚在有关著作和不断更新的相关标准中。为了将)*+最新齿轮强度的精度标准和国内外一些著名的齿轮专家的设计思想、方法和经验都融合到一个软件中，从!%C年起，北京艾克斯特工业自动化技术有限公司（F 6 5 G 5 9 H)9 I J K?LA J M 7 8 5 M 9-6 N O 9 M P=M H LB M 3 Q I）与南京高速齿轮箱厂、机械科学研究院三家合作，用了四年时间联合开发出,-./0*齿轮设计专家系统。艾克斯特公司负责软件的开发；南京齿轮既是直接用户，任务的委托方，又是软件研制的直接
5、参加单位，负责提任务要求，提参考图，软件试用，发现问题，提修改意见；机械院提供国际最新齿轮标准的技术支持。该软件的开发走的是理论和实践相结合的路子。首先是编制者下了大功夫钻研通相关的齿轮强度、精度标准和设计方法，把数十部设计手册的方法作比较、归类，集中专家的思路，再推荐几种方法编入软件中。因而软件的编制不是简单地停留在照书抄公式的模式，而是以理解为基础。由于工夫下得深，在此过程中还发现并纠正了)*+C$C E!%C和.F-$1 2#!%&标准中的一些错误，向)*+提了提案。第二是广泛听取采纳国内一些著名齿轮专家的意见。第三是充分吸取南高齿厂的齿轮设计和编程方面的实践经验，在板块上按设计过程，科
6、学简便应用，让使用者满意的原则，作了多次重大的调整和更新。该软件已于!%年!月通过鉴定。南高齿厂从!%年(月起在产品设计中率先直接采用了)*+!$2 E!%(和)*+!$C E!%C两项最新国际标准，迈开了产品和国际接轨的第一步。而,-./0*软件不但已成为该厂设计人员人人爱用的任何别的软件也替代不了的母软件，也已成为贯彻这两项标准和学习齿轮设计方法的活教材。这里简要介绍这两项新旧标准对比和,-./0*特点。新旧齿轮标准对比圆柱齿轮强度和精度新旧标准的主要差别见表!、表。$,-./0*软件的特点,-./0*齿轮设计专家系统，除具有许多软件所具有的模块化设计、速度快、界面友好、方便操作等优点外，
7、主要具有以下特点：（!）软件全面、完整地忠实于)*+C$C E!%C和)*+!$2 E!%(等成套齿轮强度和精度两个最新国际标准，并广泛吸收了我国齿轮专家的建议和齿轮设计、生产制造的实践经验，为齿轮设计提供了一套完整、可信的计算工具。它所包含的范围（强度计算范围见图!），对原标准的忠实性是国内任何一个软件无法与之相比的。我们因对国外的软件接触的比较少，虽不可断言国外没有这种类型的软件，但仅从!%年巴黎第四届世界齿轮和动力传动大会上以论文形式介绍的软件及会外专#机械设计与制造R J 9 3 S$D 8 N O 5 9 6?L/6 K 5 H$9:D 8 9 J T 8 N J?6%来稿日期：#!
8、C万方数据表!#$%&($)$*+、!#$%&(&)$*,及相关技术报告组成的精度标准和-.$/*+(（等效于!#$%&)$*,+）标准的对比#!$%&(（等效于)*+!,-(.!%/&）)*+!,-(!.!%&、)*+!,-(-.!%/及相关技术报告组成的精度标准体系!0有关精度的内容全含于一个标准中!0把轮齿同侧齿面偏差、径向综合偏差与径向跳动的定义和允许值分开列成两个标准，以适用于单件小批生产和批量生产的检验需要。对检验实施规范给出四个技术报告。-0齿轮精度理论是比较全面的，但缺乏考虑齿轮的商品特性-0齿轮精度以齿轮啮合传动理论为依据，突出对承载能力和噪声振动的影响。,0检验项目多，主次
9、不清，不明确。,0)*+!,-(!明确!#，$%，$，$!，$五项（一般齿轮为四项）为检验项目，其余项目不是强制性的。1&精度等级仅以偏差数值大小为依据，因而造成偏差数值小的齿轮性能有时反而不如偏差较大而形状位置较好的齿轮。1&综合考虑了偏差的数值和形状位置等因素&参数范围按直径、齿宽(分档较粗。&参数范围按直径、齿宽(分档更细2&标准中考虑制造者的经济性不够。2&在保证齿轮传动性能的基础上充分考虑了齿轮制造的经济性，如齿廓偏差放宽，齿廓和螺旋线计值范围减小等。/&对齿坯精度要求偏低。/&强调了收紧齿坯公差比加工高精度齿轮要经济。(&没有齿面粗糙度项目。(&给出了齿面粗糙度)*、)+的推荐值。
10、%&接触斑点的计值不够合理，没明确检测方法。%&规定了更合理的接触斑点值，明确了检测方法。表-!#0%0($!%)$*0和-.%1 /(%标准的比较#,1($(,（等效于)*+3 4 2,2.!%($）标准)*+2,2.!%2（#5,1($!%/等效）标准!0对接触和弯曲安全系数取值未加区分。!0明确弯曲安全系数要大于接触安全系数。-0使用系数,-分,档。-&使用系数,-分1档。,&齿向载荷分布系数,.考虑不周，对软齿面和中硬齿面算得的值太大，不适用,&,.计算作了改进，计算值比原前减小，增加了/!算法，按实际情况采用不同的公式。1&对变载荷没给出计算方法1&增加了变载荷时的强度核算方法&单齿
11、啮合刚度/计算考虑不足&单齿啮合刚度/计算考虑因素更全面2&材料疲劳极限给出的是方框图，使用时无法确定具体取值2&材料疲劳极限给出0 1、02、0 3三条线，可按不同材料热处理控制水平进行取值/&循环次数4大于持久寿命后，寿命系数取!/&寿命系数中增加了4大于持久寿命循环次数时的计算公式(&增加了单对齿啮合系数56和57业软件公司推销的软件来看，尚未见到类似的先例。图!6 5 3 7*与相关标准强度计算范围的比较（-）软件的参数设计模块是在对国内外数十本设计手册进行消化分析的基础上，听取国内外齿轮专家的意见，以德国著名齿轮专家、国际齿轮界最负盛名的两位教授0 8 9:;?0 9=A:B著的 机
12、械零件 中提出的方法为主。这一著作凝聚着这两位教授长期乃至毕生的研究成果与丰富经验，书中引用了大量第一手资料，既实用又可靠，可以解答国内在齿轮研究中所遇到的各种问题，澄清许多概念。该著作的广度和深度是我国各类手册至今未能达到和超越的。因此，采用该书的方法，具有科学性、先进性，并容易被国际认同。同时，软件兼顾不同习惯设计人员的需要，也包含了#!$2,(附录#法和 机械设计手册 化工版中采用的方法。还可以非常方便地设计校核非标准模数及齿形的齿轮。（,）软件的传动比分配采用了德国慕尼黑工业大学齿轮与传动研究所提出的分配图形；变位系数分配提供了 3)8,%-的综合性能最优的方法，此外也提供等弯曲、等滑
13、动比和节点位于双啮合区等,种方法供选择。这些方法选择合理、实用，8机械设计与制造C D=0-$E,F F =D L G A D B:万方数据可以满足各类实际设计的需求。（!）#$%&(并未对侧隙和齿厚公差作严格的规定，该软件提供了)种可供选择的方法，可以满足各种不同使用经验和习惯的使用者的需要，对贯彻#$%&(可起到承接作用。（*）软件以+,-./+01%!为开发平台（在+,-./+0 2 2 2上，经编辑处理也可以应用），可以自动生成!3 4 5 6图。典型齿轮零件图包含了参数表、修形曲线、技术要求、标题栏等全部内容，基本上可以满足施工图的要求。对特殊结构的齿轮可以利用计算生成的参数表重画图
14、形或对自动生成的图形进行修改，使齿轮类零件的出图便捷。（7）软件生成的强度报告书有繁有简，有中、英文两种格式，繁者可用于使用者查找中间计算结果，简者可用于存档或提供给用户，实用方便。英文报告为出口产品提供设计报告。（8）软件提供了详细和简化两类设计方式。简化法适用于方案设计，特别适合那些不太了解#$强度计算的具体细节和不想深入了解中间过程的设计人员使用。特点是输入参数较少，界面少，出结果更快。详细法适合于在方案确定后，最后进行的准确强度校核，并提供详细的帮助，有利于加深对新标准的理解。两者配合起来可满足不同使用者不同目的的设计需要。（(）软件手册图文并茂，通俗易懂，是学习齿轮设计方法及学习贯彻
15、#$7&7和#$%&(齿轮强度及精度标准的一份极好的活教材。它可以起到任何一本铅印出版物起不到的作用，既可以随意计算、演示、出结果，甚至于可指出哪个值更合理。!9:;0#软件计算结果对比应用齿轮设计专家系统9:;0?A B BCD3 E B-?F提供的算例，调质、氮化、渗碳淬火齿轮的高速齿轮以及水泥磨、轧机、通用、起重、风力发电和海军舰艇等几十个产品中齿轮传动的对比计算表明：（%）软件的几何计算结果正确，没发现一例参数或测量尺寸的错误。（）用9:;0#软件对齿轮接触疲劳和弯曲疲劳强度计算与南高齿编制的;2（;G&!(2 H(&方法）计算结果对照基本相同，说明本软件的计算结果是可信的。某些差别是
16、由于计算公式的变化造成的（如!、#、#比按;G&!(2 H(&减小，安全系数可能增大）。（注：考虑到#$的计算的数学模型有缺陷，本软件编入了文献&中的对#的!法的修正算法，其值对采用软齿面或中硬齿面齿轮强度计算更具有参考价值）。9:;0#软件中提供了%!算例，使用者可从中体会软件的许多特点和各种参数设计方法的利弊。*讨论和建议我国即将加入E:$，我国的齿轮产品要和国际接轨同样是大势所趋，而采用最先进的国际标准，是产品和国际接轨的第一步。国家鼓励要求技术进步迫切和有条件的齿轮制造企业直接采用国际最新标准。建议加快宣传贯彻#$%&(和#$7&7齿轮精度和强度两项九十年代国际新标准。9:;0#齿轮设
17、计专家系统全面、完整忠实地贯彻了这两项国际新标准，集中了国内外许多专家的设计思路和国内骨干企业的实践经验，为齿轮设计提供了一套可信的、较完整的计算工具，具有我国自己的知识产权，建议在全国推广应用。参考文献%全国齿标委秘书处等单位编3#$%&(九十年代国际齿轮精度标准#$:/7 2#$7&7 H%!&I%)7（.B.L J.A 4K A M A K -N.L O M,F A B 4P?J K A J 6?A F 3&Q P A.6 A B 6R 0 O K,O O .B.B-P?SD?-P.4.L#$7&7T F.K?4 B 6 O.L!-PE.F J 4/.B 6 F?O O.B;?A F B
18、 6#A B 4T.5?F:F A B O O O .B%)3 T A F O 3 科技简讯 沈阳汇尼克自动化工程有限公司简介沈阳汇尼克自动化工程有限公司致力于工业电气自动化领域系统设计、集成制造、工程软件开发等方面的工作。由电气、机械、自动化仪表、计算机等专业教授、研究生、高级工程师、工程师、技师组成的科研工程队伍，在可编程序控制器、交、直流调速器、数控系统、集散系统、现场总线系统、给排水系统、环保工程、温度控制器、工业组态软件等开发应用领域积累了丰富经验和业绩。目前，公司已在机床电气改造、冶金自动化、环境保护、污水处理、石油、化工、机械制造、汽车制造等行业完成多项配套工程和设备改造项目。公
19、司主要代理销售产品：%3可编程序控制器，低压电器，交、直流驱动产品，数控系统，0/#集散系统，现场总线系统、自动化仪表。3提供相关产品技术咨询，专业技术培训。&3承接+G G、富士、台达、三菱等大小功率主频器、直流驱动装置的维修。公司承接工程项目：自动化控制系统工程、机床大修、电气技术改造、微机给排水设备、环保工程、系统集成、工程承包。地址：沈阳市皇姑区北陵大等*7号辽宁省机械研究院七楼电话：（2 !）(7)2(!%&(7)%2)%*(7)%2)2邮编：%2 2&传真：（2 !）(7)%2)2!H#$%：D.B?N#A J 3 O N 3J B 3 K B$机械设计与制造U,B 3 2 2 2
20、 V&W A K P B?F N 0?O 6$B CW A B,L A K-,F?万方数据ISO最新齿轮精度、强度标准及应用该标准的软件XTGDESISO最新齿轮精度、强度标准及应用该标准的软件XTGDES作者：李钊刚，厉始忠，郭永作者单位：李钊刚(南京高速齿轮箱厂,南京,210012)，厉始忠(机械科学研究院,北京,100044)，郭永(北京艾克斯特工业自动化技术公司,北京,100084)刊名：机械设计与制造英文刊名：MACHINERY DESIGN&MANUFACTURE年，卷(期)：2000(3)参考文献(3条)参考文献(3条)1.全国齿标委秘书处 ISO1328-九十年代国际齿轮精度标
21、准2.ISO/TC60 ISO6336-13:1996(E)Calculation of load capacity of spur and helical gear3.Zhaogang Li Discussion on the KH method of ISO6336 Proceedings of 4th World Congress on Gearing andPower Transmission 1999 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.黄微.高旭.张丽娟 修形齿轮耐磨性和弯曲强度的研究期刊论文-起重运输机械2001(5)2.顾航.GU Hang 渐开线圆柱齿轮齿厚允
22、许偏差计算方法-基于ISO 1328九十年代国际齿轮精度标准期刊论文-常州信息职业技术学院学报2005,4(4)3.马海荣.王秀玲.李兰.MA Hai-rong.WANG Xiu-ling.LI Lan 齿轮精度评定指标选择的分析期刊论文-河北科技大学学报2001,22(1)4.梅家兵 影响齿轮主要精度超差原因分析会议论文-20005.谢家风 提高硬齿面齿轮接触精度的措施期刊论文-机械工艺师2000(12)6.李佐锋.LI Zuo-feng 提高BEST110型摩托车齿轮精度的措施期刊论文-四川理工学院学报（自然科学版）2007,20(2)7.Jean-pierre Haeffele.Dr.Luc Houpert 改进的锥形滚子轴承装置面临现代货车变速箱的日益严格的性能要求期刊论文-传动技术1999,13(1)8.黄微.陈艳丽.张丽娟.HUANG Wei.CHEN Yan-li.ZHANG Li-juan 修形齿轮弯曲强度的计算与实验研究期刊论文-鞍山钢铁学院学报2000,23(3)9.王长明 齿轮精度标准GB/T10095.12-2001与AGMA2000-A88的分析探讨期刊论文-机械传动2006,30(2)10.桂定一.Gui Dingyi 齿轮新旧标准精度结构和精度指标关系分析期刊论文-机械传动2005,29(1)本文链接：http:/