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梁桂明 中国锥齿轮研究第一人

2003年07月11日 00:00 宣传部 点击:[]

——记锥齿轮专家、河南科技大学教授梁桂明

李瑞卿

1984年10月16日上午9时,美国华盛顿。

在参加美国国际齿轮制造者年会全体代表的注视下,一位身材不高,略显清瘦但精神矍铄的中国人健步走上了世界齿轮业的最高讲坛。他的发言只有29分钟,但在这短短的29分钟里,来自美国齿轮制造者协会十二个成员国的齿轮研究、制造的顶尖专家们的眼神由疑问而欣喜,又由欣喜而钦羡;在这短短的29分钟里,他用大量的数据和严密的论证,平息了国际上两大齿轮学派近百年的争论。这位来自中国的学者,就是中国著名锥齿轮专家、河南科技大学教授梁桂明先生。

挑战百年禁区:

“非零变位”由神话到科学,

五星红旗第一次插在国际齿轮讲坛上

齿轮传动是现代工业最常见的传动方式。齿轮,在机械中无处不在。中华人民共和国的国徽上,也以齿轮作为民族工业的象征。然而,对于如此重要的机械构件,我国从研究到制造一直处于很低水准。建国后很长一段时间不得不仰人鼻息,依靠外国的技术和材料。改变这一状况的正是梁桂明教授。

1955年,毕业于清华大学机械系的梁桂明来到洛阳拖拉机厂。当时,对农业机械化充满热望的中国农民,将全部的理想和希望寄托在洛阳拖拉机厂生产的“东方红”拖拉机上,亲切而又形象地称“东方红”拖拉机为“铁牛”。

然而,由于技术和材料等方面的原因,“东方红”拖拉机中央传动锥齿轮的寿命不足2000小时,使得厂里出现了农民排队买配件的情景。一位买不到配件的农民,把满腹的怨气化作一段顺口溜:“卖了黄牛买铁牛,买了铁牛变死牛。”

这段顺口溜使身为机械师的梁桂明深感耻辱,彻夜难眠。以科学报效祖国的志向,使他决心做一名齿轮王国的拓荒者,彻底改变中国齿轮制造技术落后的局面。然而,从哪里着手呢?

翻开到那时为止出版的任何一本机械学教科书,它都会告诉你一条齿轮制造的“金科玉律”:要改变一对齿轮中一个齿轮的变位系数,另一齿轮必须作相应的负变位。这样,一对齿轮的变位系数和为0,称为“零变位”。这种设计虽然极大的限制了齿轮的应用和质量,但由于其百年来被国际齿轮学术界奉为圭臬,几乎不容任何人怀疑。发达国家都是在遵循“零变位”理论的前提下,靠革新材料和提高加工精度提高齿轮的强度。然而,在材料研究及制造技术低下的中国,走发达国家的老路,显然不能从根本上解决问题。那么,能否从改变齿轮的形状上另辟蹊径呢?能否在强化一个齿轮的同时不弱化另一个齿轮,做到“非零变位”呢?被逼无奈,梁桂明决心挑战“零变位”的理论禁区!

挑战已形成近百年的理论禁区,不仅需要过人的胆识和勇气,更需要付出百倍的艰辛和努力。梁桂明白天到厂里上班,晚上一下班,他就拖着疲惫的身躯钻进厕所旁那间作为“研究室”的不足4平方米的储藏室。

冬去春来,时光荏苒,转眼间,18个春秋已从梁桂明的笔下滑过,当他的演算草纸装满两个麻袋的时候,“非零变位”理论也从一片混沌中浮出水面。1976年春天的一天,梁桂明带着掩饰不住的喜悦,把拖厂的一些工友偷偷召集在一起,大家还没有坐定,他就开始了自己的开场白:“我告诉大家一个好消息……”很快,大家就听得目瞪口呆!伴随着从梁桂明嘴里涌流而出的一个个公式、一组组数据,世界轴承业近百年的理论禁区冰融雪化。一对齿轮可以同时实现正变位,变位系数之和大于零。也就是说,可以同时把齿厚加大,在不改变材料强度的前提下,靠改变齿轮的形状,提高齿轮的强度,延长齿轮的寿命——“非零变位”由神话变成了科学。

然而,在当时的政治氛围下,这意义非凡的理论突破并没有带来应有的荣光。但梁桂明并没有因此而气馁,1981年,他调入河南科技大学。除了充足的科研时间,他对学校没有任何的额外要求。他卷起研究资料和一床铺盖,一头扎进了实验室,这一住就是9年。在这艰辛的9年里,梁桂明在自己的“非零变位”领域辛勤地耕耘着,他不但巩固了自己70年代提出的强型(变位系数和大于零)锥齿轮理论,同时又论证了柔型(变位系数之和小于零)、小型(同模数条件下,体积缩小一半,突破格利逊最少齿数为6的限制)、高减速比型(突破减速比小于10的限制)等“非零变位”锥齿轮的理论论证及设计加工方案。

1985年,国家机械部组织对梁桂明教授的“非零变位”锥齿轮进行鉴定,结果表明,和“零变位” 锥齿轮相比,在材料不变的前提下,“非零变位”锥齿轮具有六大明显优势:综合强度提高30%、寿命延长50%、噪声降低2~3分贝、体积缩小1/3、适应性强且不必另作工装投资即可在普通机床上加工。鉴定认为:“在国内外皆属首创,具有国际先进水平。”

在齿轮王国耕耘数十年的梁桂明,不仅提出、论证、实践了锥齿轮的“非零变位”理论,而且根据自己的大量研究,提出了计算齿轮强度的“统一公式”。齿轮行业的人士都知道,锥齿轮强度的计算公式有两套:以美国格利逊公司(Gleaso)标准为蓝本的AGMA标准和以德国工业标准为蓝本的国际标准化组织标准(ISO/TC60)。两家各执一词,学术争论异常激烈,延续近百年。梁桂明教授综合两家的相似之处,独创“项目计算对比法”,提出了统一美、德两大标准的锥齿轮强度计算新公式。1984年,“统一公式”论文一经提交到世界最权威的齿轮研究、制造组织——美国齿轮制造者协会,立刻引起了巨大的轰动,于是,便出现了本文开头那激动人心的一幕。在那赐予演讲者极高荣誉的讲坛上,梁桂明教授用流利的英语宣读了他的论文——《锥齿轮强度计算新方案》。会议举办者为了表示对这位第一个走上世界最高齿轮学术讲坛的中国人的尊重,在讲台上第一次插上了鲜艳的五星红旗。从此,原本只有12个会员国的美国齿轮制造者协会又增加了一个新的成员——中国。梁桂明也成了该协会的第一位中国学术委员。与此同时,他又被国际标准化组织ISO齿轮技术委员会TC60强度组接纳为中国首席代表。

1992年11月12日,在北京庄严的人民大会堂召开的“1992年度国家科技奖颁奖大会”上,梁桂明教授的锥齿轮研究成果荣获国家科技发明二等奖,由于一等奖空缺,这是该年的最高奖。颁奖会后,他受到了国家最高领导人的接见。

挑战中国科技成果利用率低的痼疾:

瘦弱的老人创造连续坐火车90小时的个人记录,

“非零变位”技术由理论变成现实生产力,给社会带来极大经济效益

科技成果利用率低下是科研体制造成的痼疾,梁桂明教授要尽自己力所能及改变这种局面,他不愿意自己的数十年心血仅仅成为各种展览会上的展品,他说:“任何科技成果,如果不转化为生产力,那么它的意义就等于零!”正是这种社会责任感,督促着他投身于“非零变位”技术的推广工作。从1984年至今,19个炎暑寒冬,梁桂明教授几乎跑遍了中国的大中城市。有心人统计,在出差最为频繁的1992、1993两年里,他共到10个省出差50余次,平均每半月一次。

在技术推广的过程中,梁桂明教授创造了连续坐火车90小时的个人记录。那是1991年6月,正在重庆出差的梁桂明忽然接到有关部门的加急电报,让他务必于16日前赶到厦门工程机械厂。从大西南到大东南,经过90个小时的长途旅行,62岁的梁桂明于15日晚6时疲惫不堪地赶到了目的地。

原来,厦门工程机械厂生产的装载机使用的主传动锥齿轮是引进美国卡特皮拉(Caterpilar)的图纸。美国人在该项技术转让中,只提供了两张图纸,其余技术资料一概全无。根据协议,中方对该技术的消化时间只有半年,如果在此期限内中方所需要美方解决的问题不能全部提出,对方将不再负任何责任。然而,第二天就是该期限的截止日了,厦门工程机械厂仍无法弄清图纸的设计内涵,更不要说提出问题。眼看巨额的技术转让费将要白白浪费,梁桂明教授临危受命。明白事情的原委后,梁桂明理解事态的严重性,他不顾自己已是身心俱疲,马上进入工作状态,从傍晚到第二天黎明时分,梁桂明不停的演算着。中美双方的最后会议前,他终于心中有数。17日上午8时,梁桂明开始向美方代表提问,他用准确无误的数据证明,图纸上的设计强度刚刚够用,没有任何余量。在这样一种情况下,如果用中国的材料制造锥齿轮,在装载机上肯定不能用。美方专家大吃一惊,他们没有想到一个其貌不扬的老人会一眼看透图纸的“致命伤”,无奈之下,美国人只好将技术转让的解释期延长一年。“你看这个问题最终将如何解决呢?”美国代表反问道,梁桂明不加思考,胸有成竹地说:“好办。用‘非零变位’技术。不过我今天太累了,要休息一天。”

美国专家被老人的自信征服了,他们决定推迟一天返美,退掉了已买好的机票。第二天,他们和中方的工程师一道来聆听梁桂明的“非零变位”理论,愈听愈奇,欲罢不能,他们又一次退掉了次日的机票,专心致志地听完了梁桂明的演讲,并由衷地赞叹:“太神奇了!”最终,“非零变位”锥齿轮用在厦门工程机械厂的装载机上,为该厂解决了重大的技术难题。

功夫不负有心人,十数年来,“非零变位”锥齿轮技术成功地在全国工程机械、机床、船舶、机车、坦克和石油、煤炭等14个行业中得到应用,创造的直接经济效益数以亿计。

老骥伏枥,志在千里。如今,梁桂明教授已是年逾70,但他仍在“非零变位”领域里执著跋涉,仍在技术推广的征程上奔波。当记者询问他是什么力量支撑着他为齿轮事业献出了毕生的精力时,不善言辞的老人没有任何的豪言壮语。最近,记者从关于梁桂明教授的另一篇报道中,看到一件事情,也许可以为记者的疑问作出很好的诠释。1987年,梁桂明教授应邀访问德国克里根齿轮公司总部。公司的一位负责人认真地对梁桂明教授说:“我们不仅仅对您的技术感兴趣,我们真诚地邀请您加入克林根。”“对不起,”梁桂明礼貌地用德语回答,“我的祖国比贵公司更需要我!”

梁桂明,一位普通的中国学者,普通得一如他打了一辈子交道的齿轮;梁桂明,中国科学家的骄傲,辉煌得亦如他终生为之奋斗的“非零变位”理论!

上一条:我校第一位省特聘教授:薛宏博士

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