ISO与AGMA渐开线圆柱齿轮强度计算标准比较研究.docx

华中科技大学硕士学位论文ISO与AGMA渐开线圆柱齿轮强度计算标准比较研究姓名：吕云霏申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：吴昌林2011-01-15摘要齿轮的强度标准是衡量齿轮质量的准则之一。国际和不同的国外先进标准关于渐开线圆柱齿轮的强度计算方法之间存在一定的差异。为了合理的评价不同标准的计算方法和计算结果和更好地将标准应用于工程实践，本文对当前在科研和生产实践中使用较多的国际标准化组织（ISO）标准与美国齿轮制造者协会（AGMA）标准进行了较为全面的比较研究。本文首先归纳和总结了齿轮强度计算标准比较的国内外研究现状，指出了其中的不足；然后从理论的角度研究了ISO和AGMA标准之间的差异，比较了两种标准的计算公式，根据含义和考虑的影响因素，分类比较了两种标准所采用的参数和修正系数；最后采用正交试验的方法选择了18组有代表性的齿轮实例进行计算，采用正交试验的极差分析法研究了齿轮设计参数的变化对两种标准的强度计算结果的影响，比较了两种标准的计算结果之间的差异，分类比较了两种标准所采用的参数和修正系数的取值及其对强度计算结果的影响，分析了导致两种标准的计算结果之间的差异的主耍原因。研究结果表明，两种标准的强度计算结果之间不存在其中一种比另一种更为保守的关系；AGMA标准的计算结果对齿轮设计参数的变化更为敏感；两种标准所采用的参数和修正系数的不同是导致两种标准的强度计算结果之间产生差异的原因；这种不同是由于两种标准对理论推导、试验数据和经验公式的侧重点有所不同，在部分参数和修正系数的计算上采用了不同的强度理论和计算方法，且两种标准所依据的试验结果的试验条件也不尽相同。关键词：齿轮强度ISO标准AGMA标准比较研究正交试验AbstractGearstrengthratingstandardisoneofthecriteriaformeasuringgearquality.Discrepanciesexistindifferentcalculationmethodsofinternationalandadvancedforeignstandardsforinvolutecylindricalgears.ThisthesismakesacomprehensivecomparativestudyofInternationalStandardsOrganization(ISO)standardandAmericanGearManufacturersAssociation(AGMA)standard,whicharewidelyappliedinscientificresearchandengineeringpractice,inordertorationallyevaluatedifferentstandards*calculationmethodsandresultsaswellasefficientlyapplystandardstoengineeringpractice.Firstanoverviewofcurrentresearchoncomparisonbetweendifferentgearstrengthratingstandardswaspresented,anddeficienciesofcurrentresearchwerepointedout;thendiscrepanciesbetweenISOandAGMAstandardswereanalyzedfromtheoreticalaspect,comparisonbetweenISOformulasandAGMAformulaswasmade,parametersandcorrectionfactorsappliedinthetwostandardswereclassifiedandcomparedbytheirmeaningsandinfluencefactorstheyconsider;finally18representativegearmesheschosenbymeansoforthogonaltestwerecalculated,effectsofvariationgeardesignparametersonstrengthratingresultsofthetwostandardswereanalyzedbyrangeanalysisoforthogonaltest,strengthratingresultsofthetwostandardswerecompared,comparativestudyaboutthevalueofparametersandcorrectionfactorsofthetwostandardsandtheireffectsongearratingresultswascarriedout,maincauseofthediscrepanciesingearratingresultsofthetwostandardswasanalyzed.Thestudyindicatesthatneitherofthetwostandardsismoreconservativethantheotherone,andthestrengthratingresultsofAGMAstandardaremoresensitivetothechangeofgeardesignparameters.Thestudyalsoindicatesthatdifferencesinparametersandcorrectionfactorsappliedinthetwostandardsresultinthediscrepanciesingearratingresultsofthetwostandards;parametersandcorrectionfactorsbetweenthetwostandardsaredifferentbecausethetwostandardsfocusdifferentlyontheoreticalderivation,experimentaldataandempiricalformulas,whichmakesthetwostandardsapplydifferentstrengththeoryandcalculationmethodsinthecalculationofsomeparametersandcorrectionfactors,moreover,gearexperimentsofthetwostandardswerecarriedoutunderdifferentexperimentalcondition,whichleadtothedifferencesbetweenexperimentaldataofthetwostandards.Keywords:gearstrength;ISOstandard;AGMAstandard;comparativestudy;orthogonaltest独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，年解密后适用本授权书。本论文属于不保密口。（请在以上方框内打“J”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1绪论1.1 课题的来源、目的和意义1.1.1 课题的来源齿轮传动是工程领域中最基础、应用最广泛的一种机械传动，齿轮的性能和成本对机械设备整体的性能和成本有着重要的影响，而齿轮的强度和精度两项标准则是评定和衡量齿轮质量的依据和准则w2O关于渐开线圆柱齿轮的强度计算，国际和国外先进的标准有：国际标准化组织(ISO)标准、美国齿轮制造者协会(AGMA)标准、德国标准化学会(DIN)标准、英国标准化学会(BS)标准等3。当前在科研和生产实践中，使用较多的标准是ISO标准和AGMA标准4-6。我国现行的齿轮强度计算标准GB/T3480-1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法是等效采用的ISO6336-16336-3:1996标准7。以上各种标准虽然理论基础都是来源于赫兹(HertZ)的齿面接触强度理论和路易斯(LeWiS)的齿根弯曲强度理论，但具体的计算方法并不完全相同，从而导致对同一对齿轮的强度进行计算时，采用不同的标准得到的结果不相等；而对于同样的设计要求，采用不同的标准进行设计，得到的齿轮的设计参数也不完全相同。由此引发了若干疑问，例如，不同标准的计算方法和计算结果之间存在哪些差异，什么原因导致了这些差异，如何评价不同标准的计算方法和计算结果，等等。1.1.2 课题的目的对ISO标准与AGMA标准关于渐开线圆柱齿轮的强度计算方法进行较为全面的比较研究，比较两种标准的计算公式、考虑的强度影响因素、采用的参数和修正系数以及强度计算结果之间的差异，研究和比较齿轮的设计参数以及两种标准的计算公式中所采用的参数和修正系数对齿轮强度计算结果的影响，分析导致两种标准之间的差异的主要原因。1.1.3 WM三本课题旨在对渐开线圆柱齿轮强度计算的ISO标准和AGMA标准进行较为全面的分析和比较，其研究成果对于科研教学和生产实践有着重要的意义：(1)有利于对不同标准的计算方法和计算结果作出合理的评价，为齿轮研究人员和齿轮设计制造者提供有价值的参考；(2)有利于深入理解齿轮强度理论，推动齿轮强度理论的进一步发展，促进齿轮强度计算标准的改进和统一；(3)有利于企业根据国际市场的需求开发新产品，增加产品种类，提高产品质量，增强企业在国际市场中的竞争力；(4)有利于了解国际和国外的先进技术，确定科技攻关方向，提高我国齿轮行业的技术水平，推动我国由齿轮制造大国转变为齿轮制造强国。1. 2ISO和AGMA齿轮强度计算标准简介1.1.1 ISO渐开线圆柱齿轮强度计算标准简介20世纪中叶，随着世界经济的发展，各国之间的技术交流和贸易往来日趋频繁，由此产生了制定能为各国接受的国际齿轮标准的需求。为此，国际标准化组织(ISo)成立了以英国、法国、德国等先进工业国家组成的齿轮技术委员会(TC60),专门负责制定与齿轮相关的国际标准8。齿轮技术委员会经过多年的研究和讨论，于1978年颁布了渐开线圆柱齿轮强度计算的国际标准草案IS0DP63369o随着齿轮强度理论的发展、齿轮制造技术的进步和齿轮使用条件的变化，旧的齿轮标准己不能满足现代机械行业的需要，因此，齿轮技术委员会在1996颁布了新的ISO6336-1996标准。ISO6336标准引入了较多的影响齿轮强度的因素，其计算公式较为繁琐和复杂，标准所采用的公式及系数绝大多数都是通过理论推导和齿轮试验得到的511101。ISO6336标准作为一项国际标准，反映了当前世界上发达国家已经普遍达到的齿轮设计技术水平，能为大多数国家、团体和企业所接受，是仲裁国际贸易纠纷的技术依据。1.1.2 AGMA渐开线圆柱齿轮强度计算标准简介美国齿轮制造者协会(AGMA)成立于1916年，由来自30多个国家的400多个会员组成，包括齿轮、减速器、增速器制造商和向齿轮工业提供