齿轮设计专家系统-NGC-XTGDES.doc

齿轮设计专家系统XTGDES用户使用报告南 京 高 速 齿 轮 箱 厂一九九九年十月 9 齿轮设计专家系统XTGDES用户使用报告一、概述渐开线圆柱齿轮是在机械传动领域中应用量大面广的基础零部件，其水平和质量直接影响国民经济许多部门的产品质量和效益。齿轮设计是决定和制约齿轮产品的水平、质量、可靠性和成本的最关键环节。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。世界各工业国家都根据自己的经验和情况制订了自己相关的齿轮标准，其中强度和精度标准是保证齿轮性能、质量和可靠性的最重要的两项基础依据。目前，最先进的、最权威的当属国际标准化组织ISO/TC60齿轮技术委员会经过20多年的努力，以德国的DIN标准为母型，吸收美国AGMA等标准的先进成份，不断修订完善并最终正式颁布的ISO1328-1:1995，ISO1328-2:1997及相关技术报告组成的渐开线圆柱齿轮精度标准和ISO6336-15:1996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GB10095-88精度标准是参照ISO1328-1975制订的，GB3480-83强度标准是参照ISO/DP6336-1980制订的，均为国际70年代以前的技术水平，且2个参照标准已经过时和废止。我国已修订的GB/T3480-1997虽已等效采用ISO6336-1996标准，但尚未推广开。我们早已认识到，面临国内外激烈的竞争，产品必须上水平、上质量、必须和国际接轨，就首先必须提高设计和制造水平，采用最先进的国际标准，也就是把标准接轨作为产品和国际接轨的第一步。由于齿轮强度计算公式的复杂性，用手算已经基本上是不可能的了，必须编制相应的计算机软件。我厂过去用的齿轮计算软件主要有2类：一是80年代初引进美国费城齿轮公司的，二是参照GB3480-83自己编的。现在这些软件的依据标准都已过时，自编软件因不可能投入大量的人力和时间，都是针对具体应用条件作了适当的简化，因此，应用范围有一定限制。而国内市场上的各类软件，大多是不好用的。其原因不只是标准不先进，下的功夫不深，更重要的是大多数软件的编制都缺少齿轮设计的实践经验，对齿轮强度和精度的理解不够深，对齿轮传动的设计方法缺乏研究，因而所编软件往往限于照抄一些手册上的公式（来龙去脉及合理与否都不知道），算的结果是否可信可能自己也说不清楚，更无法用于指导设计。要搞出好的齿轮设计软件，必须走理论和实践相结合的路子。在同一目标下，1996年初我厂和清华大学、机械部机械院三家走到了一起，决定联合开发一个齿轮设计专家系统。我厂既是直接用户，任务的委托方，又是软件研制的直接参加单位。我厂负责提任务要求，提参考图，软件试用，发现问题，提修改意见。四年来，该软件已在我厂更新了4次以上的版本和多次局部修改，因此软件一次比一次完善，一次比一次成熟和实用。可以说，该专家系统不但凝聚了编制者近十年的心血，广泛采纳了国内一些著名齿轮专家（如中国矿大孟惠荣，北京科技大学朱孝禄，机械院厉始忠、丁淳等教授专家）的意见，而且充分吸取了我厂在齿轮设计和齿轮程序编制方面的实践经验，在板块上多次作了重大的调整和更新，去除了一些不实用的冗长的内容，加进了一些实用的设计技巧，增加了简化计算方法，使设计过程更科学、更简便、更实用。该软件的主要编制者，虽然不是专业的齿轮工作者，但在完成本项目的过程中，下了大功夫钻研有关齿轮强度、精度和齿轮设计方面的理论和方法，并真正作到了消化、理解和掌握，可以说已当之无愧地成为我国较全面地掌握ISO齿轮强度理论等方面专家中的一员。加之该工作获得许多方面齿轮专家的支持，编制者能虚心诚恳听取他们的意见，因此该软件的编制不同于大多软件照书、照公式抄的路子，而是真正能把专家的思路集中起来，体现在软件中，把程序编活，指导设计。由于功夫下得大，钻得深，工作细，在这个过程中还发现了GB/T3480-1997和ISO6336-1996标准中的一些错误。如由于在该软件中画出了ISO6336中的齿形系数和应力修正系数YFa、YSa、YSF等24张图（该工作我国在制订GB/T3480-1997标准时就想作，因人员、资金等原因而没有作），发现了许多图中存在干涉曲线和齿顶变尖曲线的错误，我们就联合向ISO/TC60提了一个提案，并得到了肯定。GB/T3480-1997最后的报批稿因整理疏漏而造成正式颁布版本的约10处大小错误也被发现，并在该软件中予以纠正。二、计算结果分析经用最近版本的XTGDES软件由十多名设计人员对调质、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：1、该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。2、用本软件对齿轮接触疲劳和弯曲疲劳强度计算与GB3480-83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。个别例子两者差异大些（例如800KW中硬齿面水泥磨减速箱），可能属于两种方法本身的差异。计算结果对比表产 品对照计算方法或软件SHSF对照方法本软件对照方法本软件某小车行走减速箱GB3480-83（手算）2.111.845.816.41武钢多辊拉矫机减速箱GB3480-83（手算）0.8540.932.162.29800KW中硬齿面水泥磨减速箱GB3480-83本厂G02软件1.441.163.113.82SHG60B-34GB3480-83本厂G02软件1.010.981.681.85YND360齿轮箱GB3480-83本厂G02软件1.951.825.914.88南澳200KW风电增速箱（高速级）GB3480-83本厂G02软件1.331.172.262.08南澳200KW风电增速箱（低速级）GB3480-83本厂G02软件0.920.881.181.24三、对XTGDES系统软件特点的评估通过对XTGDES开发过程的了解和实际应用，我们认为该软件具有以下特点：1、软件全面、完整地忠实于ISO6336：1996和ISO1328：1995等成套齿轮强度和精度两个最新国际标准，并广泛吸取了我国许多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最完整、最可信的计算工具。它所包容的范围，它对原标准的忠实性是国内任何一个软件无法与之相比的，因而计算结果具有权威性和国际认同性。我们达式 因对国外的软件接触的比较少，虽不可妄自断言国外没有这种类型的软件，但仅从1999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业软件公司推销的软件来看，尚未见到类似的先例。2、软件的参数设计部分是在对国内外数十本设计手册进行消化分析的基础上，听取采纳国内齿轮专家的意见，以德国著名齿轮专家、国际齿轮界最负盛名的两个教授G.Niemann & H.Winter所著机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的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GB10063-88附录B法和机械设计手册化工版中采用的方法。3、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所提出的分配图形，变位系数分配提供了DIN3992H.Winter的综合性能最优；等弯曲；等滑比和节点位于双啮合区等4种方法供选择。这些方法选择的比较合理、实用，可以满足各类实际设计的需求。4、因ISO1328并未对侧隙和齿厚公差作严格的规定，该软件提供了9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ISO1328可起到承接作用。5、软件自动生成的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。其中技术要求等许多内容可以灵活修改。对特殊结构的齿轮可以计算生成的参数表重画图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。6、软件生成的报告书有繁有简，有中英文格式，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。7、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ISO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。两者配合起来可满足不同使用者不同目的的设计需要。8、软件操作界面采用对话框形式，附有详尽的在线帮助，可引导操作者方便地操作。9、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ISO6336和ISO1328齿轮强度及精度标准的一份极好的活教材。它可起到任何一本铅印出版物起不到的作用，即可以随意计算、演示、出结果，甚至于可指出哪个值更合理。我厂青年技术人员通过使用该软件，大多已逐渐熟悉了ISO6336:1996齿轮强度计算方法的基本原理和计算过程，熟练掌握了ISO1328-1:1995成套精度标准，设计水平也有所提高。例如某技术员原来认为总变位系数等于0，自然就取x1=x2=0，现在一应用软件中的变位系数分配，懂得了x1=x2=0并不一定是最好的分配方案；某设计员设计某产品时因认为弯曲强度不够而多次加大中心距，应用该软件后发现接触强度已非常富裕了，已没有必要加大中心距而应加大模数。10、软件采用模块化设计方法，有利于系统整体功能的修改、扩充和完善。采用该软件，设计速度快捷、设计质量高。除以上优点外，我们认为该软件仍还在一些不足之处，比如缺少行星传动的计算。建议进一步开发时把行星传动、圆锥齿轮设计、圆柱齿轮和圆锥齿轮的胶合计算都包括进来，使该系统更完善。以上仅为我厂一家使用该软件后的认识体会。我们应用的产品规格范围仍有限，软件的功能不可能都考核到，也许软件中的一些缺陷我们没发现。希望兄弟用户在使用中能细心查找有无问题。通过我们在和艾克斯特公司的几年合作，使我们深信，他们是会欢迎广大用户给他们提问题，并会及时改进提供优质服务的。综上所述，我们认为：“齿轮设计专家系统XTGDES”全面、完整地忠实于ISO6336:1996和ISO1328:1995齿轮强度和精度两项最新国标标准，广泛吸取了我国许多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最完整、最可信的计算工具。软