工業(yè)用齒輪箱的訂購條件及相應(yīng)的設(shè)計方法和理論綜述

杜海新

（江陰齒輪箱制造有限公司，江蘇 江陰 214437）

工業(yè)用齒輪箱的訂購條件及相應(yīng)的設(shè)計方法和理論綜述

Industrial gearbox ordering conditions and corresponding design methods and theory summary

杜海新

（江陰齒輪箱制造有限公司，江蘇 江陰 214437）

由于目前我國針對工業(yè)齒輪箱的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不足和落后，因此如何確定齒輪箱的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對于買賣雙方能否達成統(tǒng)一認(rèn)識十分重要。本文對工業(yè)用閉式齒輪裝置的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和文件、齒輪強度的通用計算標(biāo)準(zhǔn)、強度計算標(biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)一的介紹和分類歸納，并對各個標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點提出了自己的見解。

齒輪箱；訂購條件；齒輪強度；計算標(biāo)準(zhǔn)

齒輪箱是工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵零部件，在某些場合甚至是核心零部件，因此齒輪箱的買賣雙方對齒輪箱的選用都十分關(guān)注。對于買方來說，如何經(jīng)濟、合理的訂購一臺運行可靠的齒輪箱一直是其關(guān)心的主要問題；對于賣方來說，如何合理的設(shè)計、制造符合客戶需求的齒輪箱以提高產(chǎn)品的市場競爭力是其主要關(guān)心的問題。從這個角度看，雙方的關(guān)切是相同的，因此也就有必要對這個雙方所關(guān)注的共同問題進行探討。

關(guān)于如何選擇齒輪箱，目前有很多種方法和途徑，其中最主要的方法就是依照各個行業(yè)領(lǐng)域相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來選擇。就我國目前的現(xiàn)狀來看，采用這個方法來選擇齒輪箱的還寥寥無幾，這是由很多原因造成的，一是由于長期以來我國基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展相對緩慢，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)更新緩慢導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)落后，不能符合目前的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，或者在某些領(lǐng)域無適用標(biāo)準(zhǔn)可循；再者，目前即使是一些最新的標(biāo)準(zhǔn)也是翻譯多年前的ISO標(biāo)準(zhǔn)后等同或修改采用作為國標(biāo)或行標(biāo)的，與國際現(xiàn)行的主流標(biāo)準(zhǔn)有很大差距，且這些標(biāo)準(zhǔn)覆蓋度小，知道這些標(biāo)準(zhǔn)的人少，使用的就更少了。再一個就是我們的齒輪箱采購方，由于大多不是來自齒輪箱行業(yè)，對齒輪產(chǎn)品本身知之甚少，所以一般也很少能提出來完整的訂貨要求，這也給合理的設(shè)計和選擇齒輪箱埋下了隱患。總的來說，在選擇齒輪箱時，買賣雙方對所訂購的齒輪箱是否“合適”具有同等重要的作用。

為了使買賣雙方能更好的了解齒輪箱的設(shè)計、制造、選型、使用等方面的特點，形成統(tǒng)一認(rèn)識，更合理的選用和設(shè)計齒輪箱，本文對目前國際、國內(nèi)齒輪傳動方面的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范作了初步的分析和論述，以供買賣雙方參考。限于筆者的經(jīng)驗及水平有限，文中錯誤之處在所難免，歡迎批評指正。

1 工業(yè)用閉式齒輪裝置的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和文件

目前工業(yè)中所采用的絕大多數(shù)齒輪裝置都是閉式齒輪裝置（Enclosed gear drives），且小齒輪的輸入轉(zhuǎn)速不大于4 500 r/min，齒輪的節(jié)圓線速度不大于 35 m/s，這種齒輪傳動裝置統(tǒng)稱為工業(yè)用閉式齒輪傳動裝置（Enclosed gear drives for industrial applications）。該類型的齒輪裝置目前還沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，下面對該類齒輪箱的現(xiàn)狀及適用于該類齒輪箱的一些國際、國內(nèi)文件做個簡單的介紹。

（1） ISO/TR 13593:1999 Enclosed gear drives for industrial applications

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，簡稱ISO）下屬的專門負責(zé)各種齒輪標(biāo)準(zhǔn)制定的第60技術(shù)委員會（ISO/TC60，以下簡稱TC60）于1999年發(fā)布了一個技術(shù)報告（technical report），即：ISO/ TR 13593：1999——Enclosed gear drives for industrial applications ，到目前為止還僅僅是個技術(shù)報告，還沒有形成ISO的標(biāo)準(zhǔn)，但其中論述的絕大多數(shù)內(nèi)容已被各國所采用。

（2） GB/Z 19414—2003工業(yè)用閉式齒輪傳動裝置

該文件是一個指導(dǎo)性文件，同樣不是一個標(biāo)準(zhǔn)。該指導(dǎo)性文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出，等同采用了ISO的技術(shù)報告——ISO/TR 13593:1999，也就是將該技術(shù)報告翻譯成漢語，由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2003年發(fā)布，成為國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件。該文件不具強制性，僅作為相關(guān)方約定參照的技術(shù)依據(jù)使用。

（3）ANSI/AGMA 6113-A06 Standard for industrial enclosed gear drives

這是一個美國國家標(biāo)準(zhǔn)，它的內(nèi)容和ISO/ TR 13593:1999基本一致。該標(biāo)準(zhǔn)由美國齒輪制造者協(xié)會（American Gear Manufacturers Association，以下簡稱AGMA）于2000年提出，2006年3月成為AGMA標(biāo)準(zhǔn)，2006年4月經(jīng)美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（American National Standards Institute，簡稱ANSI）批準(zhǔn)成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)（American National Standard）。

可以看出，目前我們常用的幾個系列標(biāo)準(zhǔn)中，在工業(yè)閉式齒輪箱的訂購標(biāo)準(zhǔn)上，只有美國一個國家標(biāo)準(zhǔn)，其余兩個還未形成標(biāo)準(zhǔn)，這在一定程度上給國內(nèi)的齒輪箱買賣雙方造成了一定的障礙。不過，從另一個方面來講，這三個文件的實質(zhì)內(nèi)容都大致相同，遵循任何一個文件都會取得大致同樣的效果，因此采購方在采購齒輪箱時，最好能指定以上任何一個文件作為采購的依據(jù)，以便雙方都清楚采購的基本條件。

下面對這三個技術(shù)性文件的主要內(nèi)容做個簡單介紹。

（1）適用范圍：小齒輪的輸入轉(zhuǎn)速不大于4 500 r/min且齒輪的節(jié)圓線速度不大于35 m/s的平行軸和正交軸圓柱、螺傘齒輪傳動，不包含行星齒輪傳動、交錯軸齒輪傳動。

（2）設(shè)計壽命：使用系數(shù)KA=1時，齒輪壽命：連續(xù)運轉(zhuǎn)10 000 h，軸承壽命L10=5 000 h；齒輪最小安全系數(shù)：接觸強度SHmin=1，彎曲強度SFmin=1.2（說明：ANSI/AGMA 6013-A06中是按照服務(wù)系數(shù)（service factor）Ksf=1 來設(shè)計的，關(guān)于這個服務(wù)系數(shù)和使用系數(shù)的不同在后續(xù)章節(jié)論述）

（3）熱功率：在無任何附加冷卻措施的情況下，熱功率的計算條件是：

油箱溫度：95 ℃；環(huán)境溫度：25 ℃；空氣流動速度：≤1.4 m/s；空氣密度：海平面空氣密度；運行條件：連續(xù)運行。

（4）齒輪箱的選用：附錄中給出了各個工況下的選用系數(shù)或服務(wù)系數(shù)，同時對這些系數(shù)做出說明，指出了使用這些系數(shù)的條件。

以上可以看出，對于工業(yè)閉式齒輪箱，除非另有說明外，其設(shè)計制造條件是有參考依據(jù)的，如果我們的設(shè)計制造方和采購方不清楚這些文件或內(nèi)容，籠統(tǒng)的說我要訂購或設(shè)計什么齒輪箱，會造成對我們所設(shè)計或采購的產(chǎn)品心中沒數(shù)，可靠度得不到統(tǒng)一的保障。因此，在訂購一般工業(yè)用齒輪箱時，要在技術(shù)說明上明確訂購的齒輪箱應(yīng)符合什么標(biāo)準(zhǔn)或文件的要求。

2 齒輪強度的通用計算標(biāo)準(zhǔn)

除了齒輪箱的整體技術(shù)文件或標(biāo)準(zhǔn)外，我們在設(shè)計或訂貨時還會牽涉到另外一個重要問題——齒輪強度的計算方法，對應(yīng)第一節(jié)所述的三個齒輪箱的技術(shù)文件或標(biāo)準(zhǔn)，在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系里，對應(yīng)有三個齒輪強度的計算方法，分別是：

（1）ISO 6336：Calculation of load capacity of spur and helical gears

該標(biāo)準(zhǔn)目前包含5部分，分別是：

ISO 6336-1:2007 Basic principles，introduction and general influence factors

ISO 6336-2:2006 Calculation of surface durability（pitting）

ISO 6336-3:2006 Calculation of tooth bending strength

ISO 6336-5:2003 Strength and quality of materials

ISO 6336-6:2006 Calculation of service life under variable load

這個計算標(biāo)準(zhǔn)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的母型是德國的DIN3990（因為最早ISO/TC60的組長國是德國），并同時吸收和借鑒了如美國AGMA等標(biāo)準(zhǔn)的一些內(nèi)容，最終形成了ISO6336。它的計算方法和原則與DIN3990一脈相承，對于齒輪強度的計算結(jié)果以安全系數(shù)的方法作為可靠度的考量，同時對于不同的使用工況，引入了使用系數(shù)（application factor）KA這個概念，用以修正計算的名義載荷。對于強度計算結(jié)果以SH（接觸強度安全系數(shù)）和SF（彎曲強度安全系數(shù)）來表達。

需要說明的是，以上所述的強度，在沒其他說明的情況下都是指疲勞強度，當(dāng)然，對于靜強度的計算方法，該標(biāo)準(zhǔn)也作出了說明。既然是疲勞強度或疲勞壽命，那么都是和時間有關(guān)系的參數(shù)，所以強度的計算結(jié)果SH和SF必須指明是在運行多長時間下的疲勞強度安全系數(shù)。對于時間的概念，該標(biāo)準(zhǔn)中是以應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL和壽命系數(shù)ZNT和YNT來表達的，即：在一定的載荷和一定的齒輪材料性能確定的情況下，通過修正材料的疲勞強度極限σHlim和σFlim來修正許用的疲勞強度值，從而得出在該應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下的疲勞強度安全系數(shù)，如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2可以看出，在NL≤10的10次方的載荷應(yīng)力循環(huán)下，ZNT的數(shù)值處于0.85～1.6的范圍內(nèi)，YNT的數(shù)值處于0.85～2.5的范圍內(nèi)。

在齒輪的材料性能、載荷、運行狀況一定的情況下，從該標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)的計算方法中可以得出如下關(guān)系式：

即：ZNT和YNT的值越大，相應(yīng)的安全系數(shù)SH和SF的值就越大。安全系數(shù)越大，就代表越安全。

但這個安全系數(shù)是有前提條件的，即：在多久的使用時間內(nèi)的安全系數(shù)；如果不考慮使用時間，單純的看安全系數(shù)SH和SF的數(shù)值，僅僅壽命系數(shù)（ZNT、YNT）一個參數(shù)對SH和SF的數(shù)值的影響將會有近（2.5/0.85）×100%≈300%的出入。

圖1 用于計算接觸強度的壽命系數(shù)ZNT

圖2 用于計算完全強度的壽命系數(shù)YNT

在一定的S-N曲線下，計算壽命系數(shù)所使用的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL按下式計算：

式中：

k——齒輪每運行一轉(zhuǎn)時，輪齒的某一側(cè)齒面參與嚙合的次數(shù)；

n——齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min；

h——連續(xù)運轉(zhuǎn)時的設(shè)計壽命，h。

從式（2）中可以得出，在不同的設(shè)計壽命h下對應(yīng)不同的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL，且h∝NL，從圖1、圖2可以得出，NL反比于ZNT和YNT，再通過式（1）可以得出h反比于SH和SF，即：在齒輪各相關(guān)參數(shù)確定的情況下，運行時間h越長，安全系數(shù)SH和SF越小；運行時間越短，安全系數(shù)越高。

這就是說，在訂貨雙方作技術(shù)約定的時候，必須明確在多久的設(shè)計壽命內(nèi)需要達到多少的安全系數(shù)，而不是僅僅籠統(tǒng)的約定安全系數(shù)的數(shù)值。

（2）GB/T 3480—97 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法

該計算方法是我們國內(nèi)常用的計算方法，它等效采用了ISO 6336-1～6336-3：1996的計算方法，也就是將1996年版本的ISO6336的前3部分翻譯成漢語后融合成為了一個國家標(biāo)準(zhǔn)代號GB/T 3480—97。該標(biāo)準(zhǔn)由當(dāng)時的中華人民共和國機械工業(yè)部提出，國家技術(shù)監(jiān)督局1997年12月發(fā)布，1998年7月實施。

目前，該標(biāo)準(zhǔn)還是我國正在執(zhí)行的有效標(biāo)準(zhǔn)，也就是說我們還在使用近20年前的國際標(biāo)準(zhǔn)，而相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)更新至ISO6336：2006版了，而且最近幾年該標(biāo)準(zhǔn)有可能再次更新為2016版。

非常有意思的是在2008年我國又發(fā)布了一個標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3480.5—2008 《直齒輪和斜齒輪承載能力計算 第5部分：材料的強度和質(zhì)量》。初看標(biāo)準(zhǔn)代號就讓人摸不著頭腦，因為現(xiàn)行的GB3480并沒有分第1～4部分，怎么突然就冒出個第5部分了？再看內(nèi)容就明白了，實際就是將ISO 6336-5：2003翻譯成了漢語，接下去就是標(biāo)準(zhǔn)代號不好取了，于是就根據(jù)翻譯的母版取了個代號GB/T 3480.5—2008，并且代替了GB/T 8539—2000。

筆者不推薦使用該標(biāo)準(zhǔn)作為買賣雙方約定計算齒輪強度的依據(jù)，除非在所處的行業(yè)或領(lǐng)域沒有相應(yīng)的計算標(biāo)準(zhǔn)。原因是：該標(biāo)準(zhǔn)翻譯自ISO 6336，相對于國際上其他國家的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)來說，ISO6336對于齒輪的計算是最復(fù)雜的。這在日本著名齒輪學(xué)者仙波正莊所著的《齒輪強度計算》一書中有詳細的論述和說明。也就是說ISO6336中的很多計算系數(shù)通過簡單計算是很難算出來相對精確的數(shù)值的。當(dāng)然，現(xiàn)代的計算機幫助我們解決了該問題，但是前提條件是必須有與該標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的可靠的計算軟件才能實現(xiàn)。而目前的現(xiàn)狀是，國內(nèi)還沒有被大家公認(rèn)的一個可靠的計算軟件來對應(yīng)GB 3480作相應(yīng)的計算，甚至于很多單位的計算都是個人自編Excel表格來計算，其中很多計算系數(shù)的取值只能是大約值或估計值。可想而知，計算結(jié)果的可靠度有多低，同時也造成買方無法對設(shè)計結(jié)果進行評估，易產(chǎn)生技術(shù)糾紛。

而對于GB 3480的母版ISO 6336，國際上則有很多經(jīng)過認(rèn)證的計算軟件，這些軟件的計算可靠度有一定的保障。因此，筆者認(rèn)為，既然GB 3480和ISO 6336完全相同，且ISO 6336的計算又有可靠的計算軟件支撐，那么我們何不在作技術(shù)約定的時候就以ISO 6336作為約定呢？這樣一來技術(shù)約定和計算標(biāo)準(zhǔn)、計算報告完全相符，豈不是減少了很多貿(mào)易和技術(shù)糾紛。

（3）ANSI/AGMA 2101-D04 Fundamental Rating Factors and Calculation Methods for Involute Spur and Helical Gear Teeth

該標(biāo)準(zhǔn)是美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）于2004年發(fā)布的美國國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的制定者為美國齒輪制造者協(xié)會（AGMA），該標(biāo)準(zhǔn)是ANSI/AGMA 2001—D04（英制）的公制版本。

美國的齒輪標(biāo)準(zhǔn)都是由美國齒輪制造者協(xié)會（AGMA）制定的。在齒輪強度計算方面，雖然基礎(chǔ)理論和ISO/TC 60的相同（即在判斷接觸強度時以海因里希·赫茲（Heinrich Hertz）的赫茲接觸應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，在判斷彎曲強度時以威爾弗雷德·路易斯（Wilfred Lewis）懸臂梁理論為基礎(chǔ)），但具體的計算方法和對原始模型的修正方法并不相同。關(guān)于這兩個標(biāo)準(zhǔn)的比較和研究，早在20世紀(jì)80～90年代已有許多詳細論著，如美國著名齒輪學(xué)者達德利（Dudley）在其著作《Handbook of Practical Gear Design》中進行了比較研究，日本機械學(xué)會（JSME）在其編著的《齒輪強度設(shè)計資料》中也進行了詳細的比較與研究，筆者在此不再贅述。

需要特別說明的是，很多人混淆了ISO和AGMA這兩個標(biāo)準(zhǔn)中的兩個系數(shù)，即ISO6336中的使用系數(shù)（application factor）KA和AGMA2101中的服務(wù)系數(shù)（service factor）SF（CSF和KSF）。在ISO 6336-1中，使用系數(shù)KA的定義為“用于調(diào)整名義載荷以補償外部影響因素給齒輪增加的那部分載荷的系數(shù)”，并且進一步說明“這個額外增加的載荷大大取決于原動機和工作機的特性、系統(tǒng)（包括軸系和聯(lián)軸器）的慣量與剛性”，也就是說，這個使用系數(shù)KA僅是用來修正計算所使用的名義載荷的。并且在ISO 6336-6的信息性附錄A、B、C中進一步對使用系數(shù)KA作了詳細的解釋和說明，即KA是“用來確定當(dāng)量載荷和名義載荷的比例”的，同時指出在載荷譜確定的情況下，推薦使用Miner法計算當(dāng)量載荷，以確定使用系數(shù)KA，并給出了算例。而在AGMA 2101中，并沒有使用系數(shù)KA這個概念，在最近幾年版本的AGMA 2101標(biāo)準(zhǔn)中，為了國際貿(mào)易的需要，AGMA向ISO標(biāo)準(zhǔn)作了一定的靠近，具體反應(yīng)在，對于齒輪強度，實際提供了兩類判斷方法：一類就是類似ISO的強度判斷法，引入了一個系數(shù)——過載系數(shù)（overload factor）Ko，同時引入了安全系數(shù)SH和SF，從定義看，這里的過載系數(shù)Ko就相當(dāng)于ISO中的KA，安全系數(shù)SH、SF和ISO的定義一樣。另一類判斷方法就是AGMA傳統(tǒng)的強度判斷法，即：服務(wù)系數(shù)法，該標(biāo)準(zhǔn)對這個方法也做了保留，并且做出如下說明“服務(wù)系數(shù)在以前的AGMA標(biāo)準(zhǔn)中一直被使用，它是一個復(fù)合系數(shù)，包含了過載、可靠度、壽命以及其他相關(guān)的應(yīng)用系數(shù)”，并進一步明確本標(biāo)準(zhǔn)即AGMA2101-D04中該服務(wù)系數(shù)包含“載荷變動量（過載系數(shù)Ko），S-N曲線數(shù)據(jù)的統(tǒng)計偏差（可靠度系數(shù)YZ），設(shè)計的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（應(yīng)力循環(huán)系數(shù)ZN和YN）”，同時也說明AGMA服務(wù)系數(shù)是通過各個特定領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗獲得的，附錄中的數(shù)值僅作為參考使用。

那么，ISO中的使用系數(shù)KA和AGMA中的服務(wù)系數(shù)CSF和KSF有什么換算關(guān)系呢？實際上他們的近似關(guān)系在ISO 13593—1999中已經(jīng)作了說明；在ISO1 3593—1999中提出了另外一個系數(shù)，叫選用系數(shù)Ksf（selection factor），從對這個系數(shù)的描述看，它和AGMA中的服務(wù)系數(shù)就是一個概念，而且該標(biāo)準(zhǔn)附錄的表格中的選用系數(shù)Ksf的數(shù)值就是引用AGMA的服務(wù)系數(shù)的數(shù)值。

在ISO 13593—1999標(biāo)準(zhǔn)中給出的他們的近似關(guān)系式如圖3所示。

In addition to the tables， Ksf can also be determined by the approximate relationship:

For pitting resistance，

For bending:

這里面的第一個公式中的Ksf就相當(dāng)于AGMA標(biāo)準(zhǔn)中的反應(yīng)接觸強度的CSF，第二個公式中的Ksf就相當(dāng)于AGMA標(biāo)準(zhǔn)中反應(yīng)彎曲強度的KSF。整個齒輪副的服務(wù)系數(shù)SF就是CSF和KSF這兩個值中最小的那個。

由此我們可以得出，ISO中的使用系數(shù)KA和AGMA中的服務(wù)系數(shù)SF的概念是不同的，不能將這兩個系數(shù)混為一談。尤其在做技術(shù)約定時，如果要求的是服務(wù)系數(shù)SF，那么需要按照AGMA的計算方法來進行齒輪強度計算；反之，如果要求在給定的使用系數(shù)KA情況下的安全系數(shù)SH和SF，那么必須注明采用ISO 6336或DIN 3990來進行齒輪強度計算。

（注：雖然AGMA 2101也可以進行給定Ko情況下的SH和SF計算，但由于其公式中的多數(shù)計算系數(shù)和ISO、DIN有較大差別，所以其計算結(jié)果和ISO、DIN沒有可比性，因此在沒有足夠的經(jīng)驗時，實際應(yīng)用較困難；所以如果使用AGMA計算方法，筆者不推薦采用SH和SF的判斷依據(jù)。）

3 工業(yè)用齒輪的強度計算標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)用齒輪強度計算標(biāo)準(zhǔn)就是通用齒輪強度計算標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，其計算方法及計算原理與通用齒輪強度計算標(biāo)準(zhǔn)沒有區(qū)別，只是規(guī)定了在工業(yè)用齒輪領(lǐng)域的計算系數(shù)的選取方法，其計算過程及公式還是通用齒輪強度計算的過程及公式。目前在應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)主要如下：

（1）ISO 9085：2002 Calculation of load capacity of spur and helical gears—Application for industrial gears

該標(biāo)準(zhǔn)和ISO 6336的齒輪強度計算方法相同，只是規(guī)定了在工業(yè)用齒輪的設(shè)計計算中，特別適用于該領(lǐng)域的各個計算系數(shù)的取值方法。

（2）GB/T 19406—2003 漸開線直齒和斜齒圓柱齒輪承載能力計算方法

該標(biāo)準(zhǔn)是我國國家標(biāo)準(zhǔn)，等同采用了ISO 9085:2002，也就是ISO 9085的漢譯版。

雖然該兩個標(biāo)準(zhǔn)都是目前現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，但筆者不推薦使用，因為該兩個標(biāo)準(zhǔn)中的計算方法都是ISO 6336-1996，這個版本已經(jīng)被ISO 6336-2006代替了，屬于落后標(biāo)準(zhǔn)，因此不推薦使用。而且長期以來我們在雙方的技術(shù)約定中也很少提及這個標(biāo)準(zhǔn)，所以它們可以僅作為齒輪設(shè)計者的參考文獻使用比較恰當(dāng)。

4 齒輪箱的采購說明

在我們了解了以上的一些設(shè)計和采購標(biāo)準(zhǔn)后，接下來就是要解決如何采購一個及經(jīng)濟又合理的齒輪箱。這實際上需要買賣雙方的共同努力。一方面，在齒輪箱的設(shè)計和訂購標(biāo)準(zhǔn)中多處作了特別說明：有很多設(shè)計計算參數(shù)是需要買賣雙方共同協(xié)商確定的；如在ISO 6336中的指出：使用系數(shù)KA，設(shè)計壽命、安全系數(shù)SH和SF是需要買賣雙方協(xié)商后達成一致協(xié)定的；同樣的在AGMA2101中也指出：服務(wù)系數(shù)和設(shè)計壽命需要買賣雙方共同商定。

這里要需要說明的是“設(shè)計壽命”這個概念。我們知道任何一個物體都有壽命，我們以前常說的“無限壽命”實際是不存在的，這從圖1、圖2的壽命曲線中就可以看出來，循環(huán)齒數(shù)越多，壽命系數(shù)越低。同時也要說明的是這里所說的設(shè)計壽命是連續(xù)工作的壽命，比如說：一個齒輪裝置一天工作8 h，一年工作300 d，如果要求設(shè)計壽命為10 a，那么的累計工作時間為：8×300×10=24 000 h；對于齒輪箱設(shè)計者來說，如果客戶提出了上述要求，也就明確了設(shè)計壽命為：24 000 h；當(dāng)然，不是說使用時間超過24 000 h齒輪就會壞掉，而是說超過設(shè)計壽命后設(shè)備的可靠度會降低，至于說能降低多少，這實際是個概率問題，也就是設(shè)計時的可靠度問題。對于一般工業(yè)用齒輪的設(shè)計可靠度是99%，也就是說即使在設(shè)計的壽命時間內(nèi)，也有1%的概率會損壞的，以目前的工業(yè)水平，在設(shè)計壽命內(nèi)如果要提高可靠度只能選用更大的齒輪箱，但可靠度永遠不可能達到100%，選用的齒輪箱越大只能是無限接近100%而已。現(xiàn)在回頭再看剛才的問題，不難理解，超出設(shè)計壽命的可靠度有多高，目前還無法給出具體數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，為了提高可靠度而選用過大的齒輪箱是不經(jīng)濟的，因此，如何選擇既經(jīng)濟又可靠的齒輪箱，需要具體問題具體分析；比如說：用在橡膠工業(yè)的齒輪箱，它的工作狀況基本是1 d連續(xù)工作24 h，一年工作300 d，客戶希望的設(shè)計壽命是“越長越好”，雖然這個“越長越好”的提法缺乏合理性，但也是真是的采購期望；接下來就會出現(xiàn)幾種情況：有的齒輪箱設(shè)計單位認(rèn)為達到3 a（21 600 h）就達到“長”了，有的單位則認(rèn)為達到5 a（36 000 h）就達到“長”了，還有的單位則認(rèn)為達到10 a（72 000 h）才算“長”；這些對“越長越好”的不同認(rèn)識造成了設(shè)計出的產(chǎn)品大小各異；但不得不說的是：設(shè)計壽命短的就一定會壞嗎？也不一定，如上一段所述，這是個概率問題，只能說可靠度比較低，壞的概率很高而已。這對齒輪箱的購買方有什么影響呢？影響就是：購買的產(chǎn)品可靠度不一致，產(chǎn)品的安全使用很難得到保障。

因此，如何才能保障不論從什么單位購買齒輪箱都有相同的可靠度呢？這有幾個方面的問題，拋開原材料的問題、制造的質(zhì)量問題不談，單就“設(shè)計壽命”這個因素，就需要采購方提出統(tǒng)一的設(shè)計壽命才能得到解決，怎么提出合理的設(shè)計壽命，不可一概而論，這需要采購方根據(jù)其所處行業(yè)或領(lǐng)域的使用方式和狀況，參照現(xiàn)有的使用經(jīng)驗或別人的累積數(shù)據(jù)來確定。

不管一個采購方如何制定采購說明，通常都應(yīng)該包括如下基本信息：

① 使用場合及工作制度

② 原動機的類型（電動機、液壓馬達、渦輪機）及參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速）

③ 載荷的類型（服務(wù)系數(shù)，沖擊振動程度）

④ 要求的設(shè)計壽命

下面是某公司某種冶金領(lǐng)域用齒輪箱的訂貨要求里面對齒輪的設(shè)計要求，如表1。

表1 某公司對齒輪的設(shè)計要求

當(dāng)然，該公司是一個國際知名跨國公司，他們對要采購的該類齒輪箱提出了十分詳細的要求，可能我們國內(nèi)的采購方目前還做不到這一點。當(dāng)然，如果采購方無法提供這些數(shù)據(jù)，那么作為齒輪箱的設(shè)計制造方也有義務(wù)告知自己設(shè)計時所使用的這些參數(shù)，使買賣雙方對要交易的產(chǎn)品有充分的認(rèn)知。

5 結(jié)束語

既經(jīng)濟又合理的訂購和設(shè)計制造一個運行可靠的齒輪箱是一項繁冗而復(fù)雜的工作；目前在訂購和設(shè)計制造雙方都存在對技術(shù)說明模糊不清的地方，尤其是在設(shè)計、采購標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計壽命、要求的可靠度等方面缺乏清晰的約定，不但使產(chǎn)品實現(xiàn)“既經(jīng)濟又合理”變得困難，同時也必然會給設(shè)備的安全可靠運行帶來風(fēng)險，給買賣雙方日后的糾紛埋下隱患。當(dāng)然，一個設(shè)備能否安全可靠的運行，還和設(shè)備制造方的設(shè)計、制造工藝水平，設(shè)備在工作現(xiàn)場是否進行了正確的安裝、調(diào)試，以及設(shè)備在使用中的維護和保養(yǎng)等很多因素有密切的關(guān)系。

筆者此文的目的僅僅是對買賣雙方在訂購和設(shè)計過程中一些容易遺漏和混淆的重要技術(shù)條件或要素這部分作了一些簡單的介紹和說明，希望能引起齒輪箱買賣雙方的重視和關(guān)注，以促進日后國內(nèi)齒輪箱訂購和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范性，保障買賣雙方的權(quán)益；同時也從源頭為經(jīng)濟合理的訂購和設(shè)計齒輪箱、提高設(shè)備的可靠度創(chuàng)造有利的條件。

［1］ ISO/TC60. ISO/TR 13593:1999 Enclosed gear drives for industrial applications，1999.

［2］ GB/Z 19414-2003工業(yè)用閉式齒輪傳動裝置，2003.

［3］ AGMA. ANSI/AGMA 6113-A06 Standard for industrial enclosed gear drives，2006.

［4］ ISO/TC60. ISO 6336 Calculation of load capacity of spur and helical gears，2003～2007.

［5］ GB/T 3480—97 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法，1997.

［6］ AGMA. ANSI/AGMA 2101-D04 Fundamental Rating Factors and Calculation Methods for Involute Spur and Helical Gear Teeth，2004.

［7］ ISO/TC60. ISO 9085：2002 Calculation of load capacity of spur and helical gears—Application for industrial gears，2002.

［8］ GB/T 19406—2003 漸開線直齒和斜齒圓柱齒輪承載能力計算方法，工業(yè)齒輪應(yīng)用，2003.

［9］ Darle W. Dudley. Handbook of practical gear design，1983 .

［10］ ［日］仙波正莊. 姜勇 譯. 齒輪強度計算，1982.

［11］ 日本機械學(xué)會. 李茹貞，趙清慧 譯. 齒輪強度計算資料，1984.

（XS-04）

2020年前GCC地區(qū)的塑料產(chǎn)能將增加25%

據(jù)悉，海灣石化和化工協(xié)會（GPCA）表示，2020年前海灣合作委員會（GCC）國家的塑料產(chǎn)能將增加25%達到3 380萬t/a。GPCA指出，當(dāng)前該地區(qū)的塑料工業(yè)可以生產(chǎn)13種產(chǎn)品，但是到2020年GCC地區(qū)的塑料生產(chǎn)商將可以生產(chǎn)高達29種的產(chǎn)品。

GPCA表示，2014年GCC國家的塑料產(chǎn)能增加了6%達到2 550萬t。沙特是GCC地區(qū)最大的塑料生產(chǎn)國，2014年的塑料產(chǎn)能估計為1 830萬t，占該地區(qū)總產(chǎn)能的72%。阿聯(lián)酋是GCC地區(qū)第二大塑料生產(chǎn)國，占到該地區(qū)塑料總產(chǎn)能的13%。其它GCC國家包括巴林、科威特、阿曼和卡塔爾。

GPCA秘書長Abdulwahab Al Sadoun表示：“盡管市場出現(xiàn)波動以及競爭加劇，但是GCC地區(qū)的塑料制造業(yè)仍然保持增長的勢頭。”

龐曉華摘譯自《Chemical Week》

TH132.41

1009-797X（2015）06-0020-08

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.06.003

杜海新（1980-），男，2004年畢業(yè)于河南科技大學(xué)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)。主要負責(zé)公司的技術(shù)研發(fā)工作，現(xiàn)任副總工程師，研發(fā)部部長。

2014-09-19