塑料齿轮承载能力计算-编制说明

一、工作简况

1．任务来源

本项目根据国家标准化管理委员会《国家标准委关于下达2019年第一批推荐性

国家标准计划的通知》（国标委发[2019]11号，计划编号20221815-T-469，项目名称

“塑料齿轮承载能力计算”）进行制定，负责起草单位为北京工业大学，计划完成时

间2024年3月18日。

2．主要工作过程

本标准立项后，就开始筹建标准起草工作组，并于2023年4月8日在深圳市兆

威机电股份有限公司召开了本标准制订工作启动会，全国塑料齿轮领域18家知名企

事业单位参加。这次会议明确了本标准的主要内容、范围，研讨了《塑料齿轮承载

能力计算》标准草案，汇集了参与单位对草案的建议，通过了工作计划和任务分配

方案。

图1标准制定工作启动会（深圳市兆威机电股份有限公司）

各参与单位开展了标准相关的搜集与对比分析研究，对国内外塑料齿轮强度研

究进行了调研；同时，组织参与单位开展塑料齿轮承载能力测试试验。对本标

准草案多次修改完善后，于2023年5月19日，在浙江捷众科技股份有限公司

召开了本标准第二次制订工作会议，《塑料齿轮承载能力计算》标准草案进一步

研讨与修改，形成工作组讨论稿。

图2标准制定工作会议（浙江捷众科技股份有限公司）

2023年6月20日，经过项目工作组进一步修改，形成征求意见稿。

3．主要参加单位和工作组成员及其所做的工作

本标准由北京工业大学、深圳市兆威机电股份有限公司、苏州星诺奇科技

股份有限公司、深圳市三多乐智能传动有限公司、东莞域嘉精密五金塑胶制品

有限公司、郑州机械研究所有限公司、东莞市星火齿轮有限公司、宁波格瑞塑

业有限公司、浙江捷众科技股份有限公司、宁波双林汽车部件股份有限公司、

中山市乙之上齿轮技术有限公司、浙江捷昌线性驱动科技股份有限公司、广东

金立智能传动技术股份有限公司、重庆大学、广东海洋大学、湖南大学共同起

草。

工作组主要成员：石照耀等。

所做的工作：研究了《塑料齿轮承载能力计算》标准的国际前沿情况和我国的

产业现状；明确了标准制定的目标、主要工作与计划安排；明确了试验方案和数据

处理方案；开展了齿轮承载能力测试试验研究；标准草案撰写、讨论、反复修订；

形成标准讨论稿、标准工作组讨论稿。本标准制定先后召开了启动会和标准工作会

议。

二、标准编制原则和主要内容

1．标准编制原则

根据国内塑料齿轮研究的水平和使用要求，制定以下编制原则：

——先进原则：充分考虑国家产业发展政策，体现行业发展方向和国内塑料齿

轮的产品质量水平；

——合理原则：综合考虑生产成本及原料资源的供应情况，应既符合生产实际

情况又能最大限度满足使用要求，提高标准的市场适应能力；

——贸易原则：标准应为促进产品的国内外贸易创造条件；

——本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则

第1部分：标准的结构和编写》给出的规则进行编写。

与国家法规、法律和有关标准相一致。

2．标准主要内容

本文件规定了塑料齿轮承载能力的相关术语和定义、圆柱齿轮承载能力计算、

螺旋齿轮承载能力计算等。

2.1术语、定义和符号

定义了符号和术语：啮合线长度、中心距、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直

径、节圆直径、频率、剪切模量、齿顶啮合线长度、轮齿损耗因子、刀具的齿顶高、

传动比、使用系数、齿根载荷系数、齿面载荷系数、动载系数、齿数系数、磨损系

数、使用寿命、质量损耗、模数、法向模数、端面模数、轴向模数、载荷循环

次数、峰值转矩下的载荷循环次数、转速、输入转速、输出转、电机转速、试

验的总组数、第i组试验的重复次数等。

2.2圆柱齿轮承载能力计算

针对标准中涉及圆柱齿轮承载能力计算提出了要求，并进行尺寸估算、传

动效率计算、轮齿温度、齿根承载能力、齿面承载能力、摩擦磨损、轮齿变形

以及峰值载荷的校核说明。

2.3交错轴螺旋齿轮承载能力计算

针对标准中涉及交错轴螺旋齿轮承载能力计算提出了要求，并进行判据、

齿根承载能力校核、齿面承载能力校核、传动效率计算的校核说明。

3．标准特点

——考虑塑料齿轮强度受温度影响甚大，需要对塑料齿轮进行轮齿温度校

核，提供齿根与齿廓温度计算公式；

——考虑磨损是塑料齿轮主要失效形式之一，需要对摩擦磨损进行校核，

并给出部分材料磨损系数；

——考虑工程塑料弹性模量较小，且传递动力，需要对轮齿进行变形校核；

——本标准提供峰值载荷校核；

——考虑塑料齿轮传动效率影响因素众多，波动范围较大，对温升有显著

影响，需要对传动效率进行估算，并进行传动效率设计；

——本标准提供交错轴螺旋齿轮承载能力计算方法，对于钢-塑料配对的交

错轴螺旋齿轮，失效几乎仅限于塑料齿轮，其主要失效类型包括磨损、轮齿断

裂、点蚀、塑性变形和熔化；

——本标准提供塑料齿轮失效类型及其成因；

——本标准提供塑料圆柱齿轮承载能力的计算简化流程图；

——附录A介绍工程塑料的关键性能和材料选择要点，突出工程塑料与金属材料

的差异；

——附录B给出17种常用工程塑料的性能参数及曲线；

——附录C提供润滑剂选择建议，介绍齿轮机构摩擦学系统中的物理/化学影响

因素。

4．解决的主要问题

（1）规定了塑料圆柱齿轮承载能力的计算方法；

（2）规定了交错轴螺旋齿轮承载能力的计算方法；

（3）概述了塑料齿轮常用材料，润滑剂选择建议。

三、主要试验（或验证）情况分析

自2023年4月起，北京工业大学、重庆大学、深圳市兆威机电股份有限公司等

采用本标准规定的方法进行承载能力计算，并进行试验验证，目的是确认国家标准

技术内容的合理性，重点是验证塑料齿轮承载能力计算的合理性及测试结果的一致

性。

四、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

塑料齿轮想要在国家工业中承担更重要的地位，需要从塑料齿轮产品设计与校

核、塑料材料研发、注塑模具设计制造、新型注塑设备与新的注塑工艺研究和齿轮

检测与实验等多方面着手研究，而这些问题的解决都离不开标准化体系的建立。

由于在应用领域上，塑料齿轮的寿命要求比金属齿轮的短很多，产品迭代更新

速度快，造成了设计研发的周期极度压缩。出台一套规范化的强度分析标准，具有

十分重要的现实意义。塑料齿轮承载能力计算标准项目可以为塑料齿轮的设计、

校核、优化、制造、检验以及销售和采购提供重要依据。本项目的主要意义在

于：

（1）建立并规范塑料齿轮类零件、传动系统的质量评价体系与指标；

（2）引导并提高国内塑料齿轮行业的设计分析水平与制造水平；

（3）实现塑料齿轮类零件、传动系统的评价体系与国外接轨；

（4）可以加快塑料齿轮“以塑代钢”的步伐；

（5）有利于塑料齿轮贸易的健康发展。

目前，国内尚无任何塑料齿轮强度标准。本标准的制定即能起到规范行业

发展的作用，并直接推动塑料齿轮标准体系的持续完善。

六、与国际、国外对比情况

该标准的总体技术水平属于国际先进水平。经多方了解，到目前为止，ISO

标准尚无；美国国家标准尚无；德国于2014-2016年连续颁布4份VDI标准；日本

于2013和2019年连续颁布两个版本国家标准，最新版本为JISB1759:2019圆柱

塑料齿轮弯曲强度的评估。

七、在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制

性标准的协调性

本标准属于齿轮标准体系中传动装置大类，试验方法小类，齿标委标准体

系代码202-23-05-0244。与现有标准、制定中标准没有矛盾，和现行法律、法

规和强制性标准协调一致。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

本标准草案无重大分歧意见。

九、标准性质的建议说明

本标准性质属于推荐性标准。

十、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法、实施日期

等）

标准发布后，建议由全国齿轮标准化技术委员会组织宣贯实施，企业可按照国

家标准的规定和要求组织企业内部技术人员、检验人员及相关部门人员培训。希望

尽快实施该通用标准，加大对标准的宣传、贯彻力度，推进行业的进一步发展。

建议本标准以推荐性标准发布，标准发布后6个月可实施。

十一、废止现行相关标准的建议

本标准是首次发布。

十二、其他应予说明的事项

无。

一、工作简况

1．任务来源

本项目根据国家标准化管理委员会《国家标准委关于下达2019年第一批推荐性

国家标准计划的通知》（国标委发[2019]11号，计划编号20221815-T-469，项目名称

“塑料齿轮承载能力计算”）进行制定，负责起草单位为北京工业大学，计划完成时

间2024年3月18日。

2．主要工作过程

本标准立项后，就开始筹建标准起草工作组，并于2023年4月8日在深圳市兆

威机电股份有限公司召开了本标准制订工作启动会，全国塑料齿轮领域18家知名企

事业单位参加。这次会议明确了本标准的主要内容、范围，研讨了《塑料齿轮承载

能力计算》标准草案，汇集了参与单位对草案的建议，通过了工作计划和任务分配

方案。

图1标准制定工作启动会（深圳市兆威机电股份有限公司）

各参与单位开展了标准相关的搜集与对比分析研究，对国内外塑料齿轮强度研

究进行了调研；同时，组织参与单位开展塑料齿轮承载能力测试试验。对本标

准草案多次修改完善后，于2023年5月19日，在浙江捷众科技股份有限公司

召开了本标准第二次制订工作会议，《塑料齿轮承载能力计算》标准草案进一步

研讨与修改，形成工作组讨论稿。

图2标准制定工作会议（浙江捷众科技股份有限公司）

2023年6月20日，经过项目工作组进一步修改，形成征求意见稿。

3．主要参加单位和工作组成员及其所做的工作

本标准由北京工业大学、深圳市兆威机电股份有限公司、苏州星诺奇科技

股份有限公司、深圳市三多乐智能传动有限公司、东莞域嘉精密五金塑胶制品

有限公司、郑州机械研究所有限公司、东莞市星火齿轮有限公司、宁波格瑞塑

业有限公司、浙江捷众科技股份有限公司、宁波双林汽车部件股份有限公司、

中山市乙之上齿轮技术有限公司、浙江捷昌线性驱动科技股份有限公司、广东

金立智能传动技术股份有限公司、重庆大学、广东海洋大学、湖南大学共同起

草。

工作组主要成员：石照耀等。

所做的工作：研究了《塑料齿轮承载能力计算》标准的国际前沿情况和我国的

产业现状；明确了标准制定的目标、主要工作与计划安排；明确了试验方案和数据

处理方案；开展了齿轮承载能力测试试验研究；标准草案撰写、讨论、反复修订；

形成标准讨论稿、标准工作组讨论稿。本标准制定先后召开了启动会和标准工作会

议。

二、标准编制原则和主要内容

1．标准编制原则

根据国内塑料齿轮研究的水平和使用要求，制定以下编制原则：

——先进原则：充分考虑国家产业发展政策，体现行业发展方向和国内塑料齿

轮的产品质量水平；

——合理原则：综合考虑生产成本及原料资源的供应情况，应既符合生产实际

情况又能最大限度满足使用要求，提高标准的市场适应能力；

——贸易原则：标准应为促进产品的国内外贸易创造条件；

——本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则

第1部分：标准的结构和编写》给出的规则进行编写。

与国家法规、法律和有关标准相一致。

2．标准主要内容

本文件规定了塑料齿轮承载能力的相关术语和定义、圆柱齿轮承载能力计算、

螺旋齿轮承载能力计算等。

2.1术语、定义和符号

定义了符号和术语：啮合线长度、中心距、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直

径、节圆直径、频率、剪切模量、齿顶啮合线长度、轮齿损耗因子、刀具的齿顶高、

传动比、使用系数、齿根载荷系数、齿面载荷系