圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程
6.1任務(wù)描述
完整的設(shè)計(jì)一臺圓柱齒輪減速器是一個(gè)復(fù)雜的過程拜鹤，欲能夠?qū)崿F(xiàn)圖1-l 及圖1-2-1 、圖1-2 -2、圖1-2-3如此眾多種類的圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)任務(wù)將是更加艱巨瞭空，如何組織率翅、構(gòu)成系統(tǒng)受啥，必須進(jìn)行分析躲履。正確、合理地分析設(shè)計(jì)過程的同時(shí)淤井，充分考慮計(jì)算機(jī)資源的影響制約因素將對圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗起重要的作用布疼。第一章曾經(jīng)討論過圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)的全過程，在此采用的分析方法是：在系統(tǒng)的目的和總目標(biāo)的指導(dǎo)下币狠，對各設(shè)計(jì)階段分層次游两，在各個(gè)層次有不同的分目標(biāo)，并以各個(gè)層次的分目標(biāo)漩绵，構(gòu)造出對應(yīng)于系統(tǒng)總目標(biāo)以及各個(gè)層次分目標(biāo)的系統(tǒng)組成要素器罐，這些要素的相互關(guān)系以及在系統(tǒng)階層上的分布形式和整體的協(xié)調(diào)形式，這就保證了系統(tǒng)在對應(yīng)于系統(tǒng)總目標(biāo)和環(huán)境因素約束集的條件下渐行，構(gòu)成系統(tǒng)組成要素集，這些要素集之間相互關(guān)系集以及要素集及相關(guān)關(guān)系集在階層分布上最優(yōu)結(jié)合铸董，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出為最優(yōu)祟印。
系統(tǒng)以層次形式存在時(shí)肴沫，層次得劃分便成為系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)重要因素。分層次性主要有以下兩個(gè)因素：一是傳遞設(shè)計(jì)信息的效率和費(fèi)用蕴忆，如果構(gòu)成系統(tǒng)的傳遞鏈及傳遞路徑過長明因，那么，各功能團(tuán)出入的次數(shù)增多泡煌，系統(tǒng)的效率將降低扭皿，周期變長，費(fèi)用隨之增加焦莉。從另一角度講澄锉，如果階層幅面太寬，不僅實(shí)現(xiàn)功能不利份帮，難于控制驮屑，計(jì)算機(jī)資源也將耗費(fèi)貽盡，使系統(tǒng)根本就無法運(yùn)行手财。二是功能團(tuán)（或功能單元）合理的結(jié)合和歸屬论稠，對于設(shè)計(jì)而言，有些功能團(tuán)之間相互交叉徐扯，互為補(bǔ)充经融。有些功能團(tuán)之間的聯(lián)系則要松弛的多。因此苫馏，合理地解決這個(gè)問題钾非，將會對系統(tǒng)的研制起到事半功倍的效果。
總之舟陆，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最佳布局纲仍，最大利用計(jì)算機(jī)資源，論文了提出圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)摸型：總?cè)蝿?wù)控制各分任務(wù)初厚，分任務(wù)調(diào)度各級數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫件蚕，實(shí)現(xiàn)圓柱齒輪減速器的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)總體構(gòu)造如圖6-l 所示产禾。
從圖6-1 中可以看出排作，圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)任務(wù)本身包括二部分：減速器參數(shù)設(shè)計(jì)和減速器繪圖。本章論述圓柱齒輪減速器參數(shù)設(shè)計(jì)亚情。
圓柱齒輪減速器參數(shù)設(shè)計(jì)部分包括原始數(shù)據(jù)輸入妄痪，設(shè)計(jì)、計(jì)算以在數(shù)輸出楞件，是減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分衫生。
6.2系統(tǒng)的輸入及輸入處理
6.2.1 系統(tǒng)的輸入
系統(tǒng)的輸入是專家系統(tǒng)的“開場條件”，人工設(shè)計(jì)的方法是由定貨單位向設(shè)計(jì)人員提供任務(wù)書（以口頭或書面形式）土浸，設(shè)計(jì)人員通過這些已知條件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作诵执。專家系統(tǒng)則要求設(shè)計(jì)人員（或由定貨人員）與計(jì)算機(jī)進(jìn)行“對話”熟央，以便使專家系統(tǒng)了解原始的已知條件。事實(shí)上唾囚，由于受人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的限制冗宠，還不能同計(jì)算機(jī)形成視、聽對話君哮，因而抄蔬，圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)CAD所采用的方法，即采用精確的輸入方式（或稱數(shù)據(jù)輸入方式而非語言物入方式）焊槐。
減速器的原始輸入數(shù)據(jù)有：
1.充分條件：
（1）原動機(jī)的型號規(guī)格音共，轉(zhuǎn)速，功率（或扭矩）唧整，允許短時(shí)過載能力瓤梦，轉(zhuǎn)動慣量，起動扭矩啊沟；
（2）工作機(jī)械的型號規(guī)格辙使，用途，頗定功率（或工作扭矩）茶宵，變載荷的負(fù)載圖危纫，起制動、短時(shí)過載扭矩和次數(shù)乌庶，工作制度和負(fù)載持續(xù)率种蝶，工作轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)方向瞒大；
（3）傳動比與允許誤差（工作機(jī)械允許轉(zhuǎn)速的誤差）螃征；
（4）要求壽命，安全系數(shù)透敌，可靠性盯滚；
（5）安裝型式（與原動機(jī)，工作機(jī)的相對位置）酗电，尺寸魄藕，重量要求；
（6）環(huán)境條件：溫度撵术，散熱冷卻條件背率，潤滑條件（是否有集中潤滑站）濕度，酸城度邪盼，灰塵濃度蛇筷；
（7）操作，控制要求梗擅；
（8）批量（制造臺數(shù)）贿叉；
（9）制造廠的設(shè)備條件（加工能力）晕忙；
（10）材料，毛坯净纬，標(biāo)準(zhǔn)件來源，庫存倩況酥盼；
（11）交貨期限打洋；
（12）成本和價(jià)格要求等。
2.必要條件（不可少的條件）
必要條件是充分條件中的前三條传等。其余條件用戶如果未提剥跃，由設(shè)計(jì)人員按此三條確定。對于一個(gè)實(shí)用型的系統(tǒng)鹉奸，人機(jī)交互口是非常重要的笙寻，它是一個(gè)軟件系統(tǒng)的外在表現(xiàn)，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可用性骂铁。CGREST采用的方法是對輸入進(jìn)行分類后吹零，對不同類型采用不同屏幕的表格輸入技術(shù)。具體如表6-1拉庵、表6-2所示：
由于輸入數(shù)據(jù)的不確定性灿椅，系統(tǒng)允許進(jìn)行缺省輸入，以“N”為標(biāo)志钞支；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤需要修改時(shí)茫蛹，在“HIT”處鍵入“N”修改此屏幕的輸入數(shù)據(jù)。
6.2.2系統(tǒng)輸入?yún)?shù)的處理
系統(tǒng)的輸入以數(shù)據(jù)形式進(jìn)行烁挟，專家系統(tǒng)則以知識的某種形式表達(dá)婴洼。如表6-3和表6-4的輸入“K”（指金屬滾軋機(jī)械類）和“C”（指冷軋機(jī)），則產(chǎn)生如下的轉(zhuǎn)變：
METAL ROLLINE==>（KIND OF MACHINE IS METAL ROLLING MACHINE）
COOL ROLLING MACHINE==>（WORKING MACHINE IS COOL ROOLING MACHINE）
一般情況下撼嗓，工作機(jī)械確定后柬采，其工況條件便有可能隨之確定。這就是說静稻，在確定工作機(jī)械名稱時(shí)警没，隱含確定以下內(nèi)容：即這種工作機(jī)械的載荷情況（如均勻、中等沖擊還是強(qiáng)沖擊）胚僧，一般負(fù)載情況患赏，一般要求效率等等。為了適應(yīng)特殊情況渡厦，系統(tǒng)通過逆向推理的方式對默認(rèn)值的詢問得到設(shè)計(jì)人員的進(jìn)一步認(rèn)可界北，即將工作機(jī)械的默認(rèn)工況條件作為假設(shè)目標(biāo)，通過詢問進(jìn)一步確定审鸿。其形式如下：
Is （middle impact load）true__扇收？
6.3減速器原動機(jī)械的選擇
它動力機(jī)械時(shí)可以用輸入的方法決定好侈。
電動機(jī)是已經(jīng)系列化的產(chǎn)品。在機(jī)械設(shè)計(jì)中役倾，關(guān)于電動機(jī)的選擇瞻聪，主要是根據(jù)所需電動機(jī)的輸出功率、工作機(jī)構(gòu)的要求刃撮、工作條件椎崎、工作環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性等因素畸裳，確定電動機(jī)的類型缰犁、功率及轉(zhuǎn)速，亦即確定電動機(jī)的型號怖糊∷荩可歸納出如下的規(guī)則：
rules==＞((rule motor-l
(if (working mechine is elevator))
(then （motor type is JZ series)))
((rule motor-5
(if (working mechine has standard as IEC)
(then ( motor type is Y series)))
……）
電動機(jī)的型號確定后，根據(jù)工作機(jī)械的功率并考慮傳動效率等因素選擇電動機(jī)容量伍伤；根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)速并徘；并進(jìn)行一系列的校核。然后從電動機(jī)文件中查取標(biāo)準(zhǔn)的電動機(jī)數(shù)據(jù)嚷缭。
6.4 選擇材料
減速器需要設(shè)計(jì)的零件種類很多饮亏；同時(shí)，每一種零件可供選擇的材料也有許多種阅爽。如綱材路幸，鑄鐵以及特殊情況下使用的有色金屬，粉末冶金及塑料等付翁。但在重型機(jī)城減速器中简肴，以鋼為主。零件材料中百侧，以齒輪材料的選擇較為典型尚羽，現(xiàn)討論如下：
6.4.1 齒輪材料
選擇齒輪材料，除考慮圓柱齒輪減速器的工作條件惕仪、結(jié)構(gòu)拌驻、尺寸、精度界贮、壽命牲晤、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求外，還要考慮制造廠的生產(chǎn)技術(shù)條件驾萄“穑可以通過推理選擇一種材料，但這在實(shí)用的系統(tǒng)中并不實(shí)際，一個(gè)顯而易見的原因是若生產(chǎn)廠家無此種材料的情況出現(xiàn)薪丐。通常滿足某類條件的是一材料系列冗腐，例如，
滲破齒輪鋼ORDERI==＞(17CrNiMo6 20CrNi4W 20Cr2MnMo…… 16MnCr5)
高調(diào)質(zhì)鋼OROBR2==＞(40GrNiMo 42CrMO4V 34GrNiMo6V 42CrMo)
以及調(diào)質(zhì)炯ORDER3==＞(42CrMo4V 42CrMO 40CrNi)
等使用時(shí)選用的規(guī)則如下（產(chǎn)生式）:
若選用材料類確定脱睛，則計(jì)算機(jī)出現(xiàn)下列形式
The PRDER1 series material is （17GrNiMo6 20CrNi4W 20Cr2MnMo ……）
selecting the material ==>17CrNiMo6
satisfactory 蚊患？ （Y or N）
默認(rèn)時(shí)選擇材料系列的前項(xiàng)，否則依次向后护盈。
當(dāng)材料確定后查库，系統(tǒng)從材料庫（如表6-5）中選取相應(yīng)的材料。
6.4.2 軸及其他材料
軸黄琼、箱體以及對大型組裝具輪采用的支撐部分的材料的選擇方法類同于齒輪材料，在此不詳細(xì)討論整慎。若當(dāng)前材料數(shù)據(jù)庫無可供選擇的材料時(shí)脏款，系統(tǒng)便要求用戶輸入指定的材料特性，并按相應(yīng)的格式加入到材料數(shù)據(jù)庫裤园，以便不斷地完善系統(tǒng)的材料庫撤师。
6.4.3 材料熱處理
材料確定后，根據(jù)選擇材料的種類拧揽，可以確定所采用的熱處理工藝剃盾，（可從表6-5中看出）并同時(shí)確定齒輪材料與熱處理特性系數(shù)，有表6-6（框架方法）表示之淤袜，特殊情況這里不予考慮痒谴。
6.4傳動方案
傳動方案的設(shè)計(jì)由齒輪齒形，傳動級數(shù)和傳動型式等組成部分蜻赃。
6.5.1齒輪齒形
齒輪齒形的選擇需要考慮許多因素椰严，如傳動效率、傳動平穩(wěn)性钥币、承載能力荡偶、振動、沖擊嘁老、噪音等烧乙。圓柱齒輪有三種齒輪齒形可供選擇：直齒、斜齒醉镇、人字齒形辱窘。可歸納如下的規(guī)則形式（齒輪齒形選取規(guī)則）：
其中窒汤，規(guī)則六實(shí)際上是一條缺省規(guī)則蜂镇。
規(guī)則l的條件項(xiàng)，初次使用時(shí)，由于中心距尚未確定给酥，不能觸發(fā)運(yùn)用深怕。系統(tǒng)采用的方法是先用初次選用的齒形參與傳動計(jì)算，待求出中心距時(shí)再次調(diào)用該規(guī)則集進(jìn)行推理泵肄。若于原來的假設(shè)發(fā)生沖突捆交，撤銷原假設(shè)并以新事實(shí)重新進(jìn)行計(jì)算。
6.5.2 傳動級數(shù)
1.總傳動比
總傳動比i（i=nl/n2 ）已在設(shè)計(jì)條件中給出腐巢。
若傳動裝置中各級傳動串聯(lián)時(shí)品追，則總傳動比
i=i1x×i2×i3×… ×ig
式中，il～ig為各級傳動的傳動比冯丙。
表6-7傳動比范圍
|
齒 輪 特 性 |
傳 動 比 范 圍 |
|
單級 |
二級 |
三級 |
四級 |
|
滲碳肉瓦、淬火、磨齒
6級精度 |
≤5.6
（6.3） |
6.3-20
（31.5） |
22.5-100
（180） |
112-560
（1000） |
|
調(diào)質(zhì)齒面HB286-360
滾齒精度7-8級 |
≤6.3
（7.1） |
7.1-31.5
（40） |
35.5-200
（250） |
225-1000
（1600） |
|
調(diào)質(zhì)齒面HB217-286
滾齒精度8級 |
≤7.1
（8） |
8-40
(50) |
40-250
（350） |
250-1600
（2500） |
一般情況下胃惜，傳動級數(shù)按表6-7傳動比范圍選取泞莉，表中括弧內(nèi)的值是可能的最大值。對于最佳范圍內(nèi)的易于實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的傳動設(shè)計(jì)方案（例如等強(qiáng)度原則）船殉。但是鲫趁，對于傳動比集相交的，例如圖6-2 所示的利虫，則評價(jià)準(zhǔn)則相當(dāng)復(fù)雜挨厚。到目前為止，難以找出一種較佳的判別準(zhǔn)則舔远，專家系統(tǒng)采用的方法是：當(dāng)傳動比在交集范圍內(nèi)時(shí)弓席，便展開不同方案的進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后形成多方案现碰，然后對不同的方案進(jìn)行綜合評價(jià)庵偏，選擇最優(yōu)方案。這個(gè)問題將在以后討論现辑。除按上面介紹的方法確定傳動級數(shù)及傳動比外母掀，專家系統(tǒng)根據(jù)用戶條件亦可按照下列條件確定傳動級數(shù)及傳動比，其依據(jù)為：
①用戶要求減速器矮而長扳耘；
②負(fù)載不大焰哮，但要求輸入軸和物出軸的距離大。
2.各級傳動比
二級以上圓柱齒輪減速器的各級傳動比分配原則液茧，最優(yōu)先是各級傳動承載能力大致相等仆加，其次是使各級大齒輪能夠浸油潤滑，減速器尺寸小缚庐，重量較小唁奢，各級齒輪圓周速度低，對于系列減速器還要根據(jù)所采用的材質(zhì)工藝方案，充分考慮零麻掸、部件的通用性問題酥夭。傳動比分配采用以經(jīng)驗(yàn)方法求出基本可行的分配方案，到下一步優(yōu)化設(shè)計(jì)（精確設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算）時(shí)進(jìn)一步肯定或做微小調(diào)整脊奋，經(jīng)驗(yàn)公式為：
（1）二級傳動減速器
ig=
在滿足用戶需要的前題下熬北，ig取鄰近的標(biāo)準(zhǔn)傳動比（標(biāo)準(zhǔn)傳動比系列可見附表l),il向較大標(biāo)準(zhǔn)值靠，12向較小標(biāo)準(zhǔn)值靠诚隙，i1和i2之間也可問跳一級或取相鄰的二級讶隐，主要視傳動誤差及用戶要求。
（2）三級傳動減速器
ig=
優(yōu)先采用的方案為：取i2為ig相鄰的標(biāo)準(zhǔn)傳動比久又，i1為大于i2一級巫延，i3為小于i2一級的標(biāo)準(zhǔn)傳動比。
也可實(shí)現(xiàn)下式的方案：
i1≤i2≈ig≤i3
（3
）四級傳動減速器
ig=
優(yōu)先采用：i1>i2≈ig≈i3>i4
對各級減速器地消，總傳動誤差分析如下：
△i=￤（i-i＇）÷i￤×1000%
式中：△i烈评、i、i＇分別為總傳動誤差犯建、理論傳動比和實(shí)際傳動比。
對傳動誤差的要求：
△i≤（g+2)*100% g=1,2,3,4為傳動級數(shù)
對于特殊情況下傳動比的確定娇歹，由于情況千差萬別张相，無明確規(guī)則可以遵循，系統(tǒng)暫時(shí)采用輸入的方法決定劣屑。
6.5.3 傳動結(jié)構(gòu)型式
傳動結(jié)構(gòu)型式是指齒輪及其軸線的布置和相對位置蝗腻。系統(tǒng)采用默認(rèn)方式（如齒輪材料中介紹的方法）在圖l-2中選擇傳動結(jié)構(gòu)型式。如按專家建議涮凡，對一級傳動優(yōu)先采用序號1等拓币。對于其它傳動型式或特殊設(shè)計(jì)，系統(tǒng)暫時(shí)未能考慮肤侍。
6.6 初始數(shù)據(jù)一致化處理
至此琳宽，可對圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行一致化處理。本文僅以圓柱減速器承受變交載荷時(shí)對載荷的處理說明如下：
輸入的交變載荷如圖6-3所示弄业。當(dāng)量載荷按下式計(jì)算：
Teq=∑（NiTi)/NLeq
Ni=60ni*k*hi
NLeq=∑Ni
其中泛邮，k齒輪每轉(zhuǎn)同側(cè)齒的嚙合次數(shù)；
Ti（i=l,2,3辈净，…盯质，N）為減速器各級載荷（扭矩單位N·M)；
Ni(i=1,2,3概而，…呼巷，N）為減速器各級載荷相對應(yīng)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
ni(i=l,2,3,…，N）為第i級載荷齒輪的轉(zhuǎn)速r/min 王悍；
hi(i=l,2,3破镰，…，N）在第i級載荷下齒輪的工作小時(shí)數(shù)配名；
p齒輪材料與熱處理的特性系數(shù)啤咽，見表6-6 。
6.7 齒輪傳動幾何參數(shù)設(shè)計(jì)
1.按強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算齒輪傳動幾何參數(shù)
齒輪傳動計(jì)算是機(jī)城設(shè)計(jì)中非常典型的過程渠脉，其中有計(jì)算宇整，有經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，要處理大量的圖線數(shù)表知識芋膘，同時(shí)還有許多回溯過程鳞青。本系統(tǒng)采用的方法是過程加其它知識的處理方式進(jìn)行，具主要步驟見圖3-l凡矿。
2.齒輪強(qiáng)度校核
齒輪強(qiáng)度的校核包括齒輪接觸強(qiáng)度校核键先，齒根彎曲強(qiáng)度校核和過載能力校核三部分。強(qiáng)度校核部分和強(qiáng)度計(jì)算部分有著不可分離的聯(lián)系紊竹，其過程見圖3-1 牺道。
齒輪強(qiáng)度計(jì)算和校核過程中，大量地使用能夠使計(jì)算向有利于解的方向發(fā)展的啟發(fā)式知識壹会，如：
（1）當(dāng)重合度為1～1.1颈顽，螺旋角不在10°、13°范圍內(nèi)時(shí)及键，調(diào)整齒輪寬度或（和）齒輪模數(shù)的方法盖赛；
（2）當(dāng)總變位系數(shù)不在0.5～1.2 范圍內(nèi)時(shí)，按不同的條件調(diào)整大（或行嘏摺）齒輪齒數(shù)的方法甜届；
（3）當(dāng)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)不滿足要求時(shí)，改變傳動參數(shù)的方法垫嚣；
（4）當(dāng)齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)不滿足要求時(shí)岩模，改變傳動參數(shù)的方法。
3.齒輪潤滑與膠合安全系數(shù)
齒輪潤滑與膠合安全系數(shù)計(jì)算包括潤滑劑特性值肖粮、齒面粗糙度系數(shù)简逮、最大嚙合長度、齒形膠合特性值尿赚、允許接觸應(yīng)力散庶、節(jié)點(diǎn)接觸應(yīng)力等計(jì)算過程。
4.輪齒最大剪切應(yīng)力探度與滲碳層有效深度
本項(xiàng)計(jì)算的內(nèi)容有各種曲率半徑及系數(shù)凌净、接觸應(yīng)力分布寬度悲龟、斯特利勃接觸應(yīng)力屋讶、赫茲應(yīng)力等。
5.圓柱齒輪減速器熱功率計(jì)算
熱功率計(jì)算主要考慮環(huán)境條件和減速器類型等因素须教，可歸納如下的規(guī)則：
rules==＞((rule ptl-coefficient-1
(if (gearbox is 1 grade transmission)
(airflow rate Uw is about (cal ? (<1.4))s/m))
(then (ptl equals (* 0.00326 (expt a 1.9)))))
……）
6.8 傳動軸設(shè)計(jì)
1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
抽是減速器的重要零件皿渗，它既承受彎矩又承受扭矩，受力情況十分復(fù)雜轻腺。減速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸乐疆。
軸的結(jié)構(gòu)通常為階梯軸，階梯的級數(shù)以及各階梯的直徑和長度贬养，應(yīng)綜合考慮軸上零件和裝配固定形式挤土，軸的加工工藝性等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)，階梯數(shù)以易于安裝郎博，同時(shí)減少加工次數(shù)為主要原則巧杰。通過大量統(tǒng)計(jì)分析分類，系統(tǒng)采用七種軸的結(jié)構(gòu)形式抱壶，分別用框架表示谈嚣。表6-8其中一類軸的定義形式。其中院颜，表中主要內(nèi)容：12為段數(shù)琅沟，chatnfered-shoulder、…驳墓，nose熏屎、…分別為軸段特性、尺寸逮赋、加工特性等，第九行中的shaft-gear為連軸式齒輪镰对，最后一列的gear-No為該齒輪的編號卓奄，可以作為索引查詢到該齒輪的參數(shù)。在確定尺寸時(shí)止毕，某類軸的形式有時(shí)會發(fā)生變化模蜡。例如，階梯軸某一段長度為零時(shí)扁凛，這一階梯軸段便在設(shè)計(jì)圖紙上消失忍疾。
2.軸段尺寸
軸的直徑的確定，各段按下列進(jìn)行：
軸伸直
徑dha谨朝，按下列計(jì)算式確定：
dha=A
其中卤妒，A,n,P1分別為材料系數(shù)，計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速和功率字币。
軸伸擋肩直徑一般為軸承內(nèi)徑dg（密封處直徑與軸承內(nèi)徑相等）则披；
當(dāng)dha≤50共缕，按標(biāo)準(zhǔn)確性直徑選dg比dha大兩級；
當(dāng)dha>50士复，按標(biāo)準(zhǔn)直徑選dg比dha大一級图谷；
當(dāng)由于軸伸強(qiáng)度及軸承內(nèi)徑dg，齒輪孔徑曲的限制阱洪，不能形成多臺肩時(shí)便贵，允許dg=dha,即軸伸無臺肩。
其它直徑弱豹，如齒輪安裝處等遂辐，按相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸確定。
軸承處直徑按計(jì)算選取時(shí)孕称，有時(shí)需要作進(jìn)一步的修改式涝，即選擇的軸承內(nèi)徑與計(jì)算的軸徑不一致（軸徑系列與軸承系列不同），這時(shí)會影響到軸的全部直徑酝遇。
傳動軸各段的長度图汪，需要在箱體設(shè)計(jì)之后進(jìn)行，見§6.11驳芙。
3.軸的公差與配合（見6.13）讳汇。
4.鍵的選取（見§6.12）掰闯。
6.9齒輪結(jié)構(gòu)的選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)
圓柱齒輪減速器采用的齒輪有取造齒輪和焊接齒輪枪第。鍛造齒輪其結(jié)構(gòu)分連軸式、整體式的钞、平輻板式等兜蠕，歸納的規(guī)則如下：
rules==>((rule gear-structure-49
（if (gear (> number) addend addedndum circle diameter/shaft
diameter （cal ? (< 1.5))))
(then(gear (< number) structure is shaft-style)))))
……））
下面所示的是一鍛造齒輪的設(shè)計(jì)輸出，其中4為齒輪編號抛寝。
4 forge-gear-tooth-number 76
4 forge-gear-modulus 7
4 forge-gear-block-width 124
4 forge-gear-tooth-width 119.0
……
4 forge-gear-key-width 45
4 forge-gear-key-depth 25
4 forge-gear-spoke-holl-distributing-eiamter 0.0
4 forge-gear-spoke-holl-number 8
4 forge-gear-spoke-holl-diametor 21
4 forge-gear-tooth-surface-roughnesso 0.63
……
4 forge-gear-form-tolerances(SAME AXLE 0.016)
6.10 軸承
1.軸承型號
軸承系標(biāo)準(zhǔn)件熊杨，在設(shè)計(jì)時(shí)主要的任務(wù)是選用。在圓柱齒輪減速器盗舰，多采用滾動軸承晶府。軸
承的選用，一般考慮如下幾個(gè)因素：軸承所受的載荷方向钻趋，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速川陆，旋轉(zhuǎn)精度的要求，
載荷的平穩(wěn)性因素蛮位，徑向尺寸的要求较沪，軸的剛度，軸承安裝及一致性要求等失仁。具體選用原
則如下規(guī)則所示购对。
rules==>((rule bearing-l
(if (total center dlstance equals ( cal ? （<=710））））
(then (high speed shaft bearing is order1）
(jackshaft bearing is orderl)))
……
(rule bearing-13
(if (selected high speed sbaft bearing is “7600E”))
(then（lower speed shaft bearing is “7500E”)))
……))
同材料選擇類似猾昆，軸承的選用也是一個(gè)系列，如ORDER2系列有軸承（3600 3500 (3000 3282000）……）等协包。對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫音時(shí)不存在的軸承數(shù)據(jù)帅珍，系統(tǒng)通過運(yùn)行物入而加以擴(kuò)充。
2.軸承尺寸及固定
軸承尺寸的限制因素為：
(D1ou＋D2ou）+2≤0.8a
式中幔憋，D1ou司报、2ou、a分別為小全乙、大齒輪軸軸承外徑偎洋，軸承孔中心距。
固定方式可參閱《文搞》侄伟。
6.11 箱體設(shè)計(jì)
箱體是減速器所有零件的安裝基礎(chǔ)件睁奶，從設(shè)計(jì)上必須保證足夠的剛度，強(qiáng)度撇委，良好的加工工藝性爵蝠，便宜安裝、拆卸及維修等汪仰，它由兩部分組成揩墓，箱蓋及底座。
箱體分鑄造箱體和焊接箱體典挑。這里酥宴，僅以鑄造箱體內(nèi)例。
在進(jìn)行圖1-1您觉、圖1-2-1拙寡、l-2-2、1-2-3種類的圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)時(shí)琳水，箱體是種類最多肆糕，變化程度最大的部件，因此炫刷，不可能建立一種統(tǒng)一的模式。根據(jù)傳動方案的不同郁妈，箱體形狀會發(fā)生很大的變化浑玛，設(shè)計(jì)工作量極繁重。通過分析噩咪，本系統(tǒng)采用的方法是通過框架來表達(dá)箱體設(shè)計(jì)的大量知識顾彰，如表6-11所示的框架是圖1-2-2 中第9號箱體的結(jié)構(gòu)定義式。
通過表3-3的求值胃碾，并對箱體敵據(jù)表6-9 的填值蜻罕，完成減速器箱體的設(shè)計(jì)蛹鼎。
6.12傳動軸結(jié)構(gòu)參數(shù)長度的設(shè)計(jì)計(jì)算
箱體結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)完成后，便可進(jìn)行傳動軸結(jié)構(gòu)參數(shù)長度的設(shè)計(jì)計(jì)算涯贝。軸的各段長
度列充，決定于軸上零件的寬度，零件間的相對位置跃呛，傳動布置频咨，箱體尺寸以及安裝要求等。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)草圖進(jìn)行設(shè)計(jì)秦砌，專家系統(tǒng)則要求精確的數(shù)值計(jì)算埃账。軸段長度的計(jì)算
是通過其知識框架和嵌套在框架中的過程知識進(jìn)行，如表6-10所示经聊。過程知識主要用于非
規(guī)律性知識的求值唱棍。在計(jì)算時(shí)，§6.8中定義的軸的結(jié)構(gòu)有時(shí)會發(fā)生變化守譬，這主要表現(xiàn)在
軸段安裝時(shí)的限制因素導(dǎo)致軸段發(fā)生變化估喷，從而某段在軸上消失。
6.13 密封件疗韵、鍵以及其它附件的設(shè)計(jì)
1.密封件的形式有許多種兑障，如氈封式，圓形間除式蕉汪，墊圈式流译，皮碗式，迷宮式者疤，聯(lián)臺式等福澡，根據(jù)減速器軸的形式選用其中的一種。本系統(tǒng)優(yōu)先選擇氈封式和墊圈式驹马，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)革砸，其設(shè)計(jì)結(jié)果參數(shù)如表6-11所示。
注：表中各項(xiàng)參數(shù)分別為端蓋外緣參數(shù)糯累、外緣凸臺參數(shù)算利、端蓋軸孔徑處參數(shù)、端蓋內(nèi)部凸臺參數(shù)泳姐、端蓋螺孔參數(shù)效拭。
2.鍵的選擇
鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，機(jī)械設(shè)計(jì)中门烧，首先選擇鍵的類型甜湾，決定鍵及鍵槽的剖面尺寸，然后校核鍵的強(qiáng)度鹅棺。鍵的類型選擇主要考慮以下因素：
①所傳遞的扭矩的大小兜充，
②軸上零件是否需要移動淋渤；
③是否對軸上零件進(jìn)行定位；
④鍵在軸上的位置等雄睦。
一般情況下荷十，減速器中軸上零件與軸采用平健聯(lián)接。
根據(jù)聯(lián)接處軸徑妆跌，鍵及鍵槽的剖面尺寸按表6-12選擇榴廷，鍵的長度可取等于或小于輪毅長。
鍵接的強(qiáng)度校核包括工作面的比壓和鍵的抗翦強(qiáng)度证账，由下式?jīng)Q定：
P=（2*T）/（d*k*l）≤[P] N/mm
t=（2*T）/（d*b*l）≤[t] N/mm
式中钢战，p、t除踱、T弟头、d、k涉茧、l赴恨、b分別為工作面比壓、鍵軸向剖面剪應(yīng)力伴栓、軸傳遞的扭矩伦连、連接處的軸徑、鍵的工作高度钳垮、長度惑淳、寬度。
其它內(nèi)容饺窿，如銷歧焦，螺栓等等，便一一略去了肚医。
6.14圓柱齒輪減速器主要零件的配合
減速器主要配合尺寸有軸與齒輪绢馍、軸承、聯(lián)軸器肠套，軸承與箱體等歇肖。配合的選擇需要考慮的因素較復(fù)雜，如緊固要求日俱、對中性要求役寡、裝配和拆卸要求等，各類推薦的配合種類見有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)辰稽、手冊挣傻。本系統(tǒng)中用框架形式表示配合知識咪犹，形式如表6-13爷瓜。
其中：fit-face：零件間配合的表面棵欧，如shaft-gear,shaft-bearing等；
the-kind：相配合零件的種類享偎，如對軸承來講运荸，是球軸承還是其它；
load-type：載荷的種類漏匹；
accuracyl：相配合零件l的精度吩擒；
accuracy2：相配合零件2的精度；
dimension：相配合零件的尺寸范圍硫朦；
fit-type：配合種類贷腕。
配合框架知識元的知識的運(yùn)行過程為依次對fi-face槽、the-kind側(cè)面咬展、load-type側(cè)面泽裳、accuracyl側(cè)面、accuracy2側(cè)面破婆、dimension側(cè)面匹配涮总，若成功，將返回的知識加入到專家系統(tǒng)的上下文中祷舀；否則系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)提問瀑梗，要求輸入相應(yīng)的配合方式。
6.15 概算圓柱齒輪減速器體積裳扯、重量
1.圓柱齒輪減速器體積
概算體積V不計(jì)軸伸抛丽、通氣帽等尺寸，按下式計(jì)算：
V=L×B×H/10003 m3
2.圓柱齒輪減速器重量GW
GW=1.2×（GW1+GW2+GW3+GW4+GW5)
其中嚎朽，GW1為機(jī)體铺纽、機(jī)蓋重量，通過簡化六面體并乘于相應(yīng)的系數(shù)得到哟忍；
GW2為齒輪重量诫瑞，按不同的齒輪分別進(jìn)行計(jì)算；
GW3為高速軸齒輪軸部分重量融确；
GW4為中間軸齒輪軸部分重量喘玄；
Gw5為低速軸重量；
1.2為考慮其它零件醒横、附件時(shí)的系數(shù)蝗悼。
6.16 圓柱齒輪減速器價(jià)格、生產(chǎn)周期
1.圓柱齒輪減速器價(jià)格主要考慮齒輪材料禁舌、精度出募，減速器中心距，總重量等因素，如表6-14蒂扇。專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)中昔永，可用框架表示（表6-15 ):
2.生產(chǎn)周期主要由減速器中心距決定，同時(shí)計(jì)算出磨齒工時(shí)喝暂，滾齒工時(shí)和滲碳工時(shí)缺钓。
表6-14圓柱齒輪減速器價(jià)格
|
中心距mm |
80 |
100 |
112 |
125 |
140 |
160 |
180 |
200 |
… |
|
單價(jià)
Dor
萬元 |
一級 |
0.12 |
0.18 |
- |
0.25 |
- |
0.35 |
- |
0.45 |
… |
|
二級 |
- |
- |
0.25 |
0.30 |
0.38 |
0.50 |
0.65 |
0.85 |
… |
|
三級 |
- |
- |
- |
- |
- |
0.75 |
0.95 |
1.20 |
… |
注：①二、三級圓柱齒輪減速器中心距按低速級計(jì)叫胁；
②該表為滲破淬火磨齒齒輪凰慈、6 級精度；
當(dāng)為滲碳淬火不磨齒齒輪驼鹅、7級精度時(shí)微谓，價(jià)格按表6-15乘以系數(shù)0.7；
當(dāng)為調(diào)質(zhì)中硬度齒面HB286～360输钩、7級精度時(shí)堰酿，價(jià)格按表6-15乘以系數(shù)0.55；
當(dāng)為調(diào)質(zhì)齒輪HB217～286张足、8級精度時(shí)触创，價(jià)格按表6-15乘以系數(shù)0.35；
當(dāng)中心距不在表列之中時(shí)为牍，可按插值法計(jì)哼绑，大于710mm時(shí)，按每噸1.4萬元計(jì)碉咆。
6.17 減速器設(shè)計(jì)方案的評價(jià)與選擇
通常倩況下抖韩，滿足設(shè)計(jì)條件的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案并不是唯一的。因此盆篡，在專家系統(tǒng)中需要具備對多種方案進(jìn)行評價(jià)決策的能力豹炊，通過某種評價(jià)準(zhǔn)則，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)劣排序并決策一種最優(yōu)方案春异，同時(shí)提供有關(guān)信息和建議．對圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)方案的評價(jià)本文采取以下三種方法：
1.加權(quán)平均法：任一設(shè)計(jì)方案都含有許多衡量性能的指標(biāo)遂报，某一指標(biāo)為最優(yōu)的方案并不一定就是所有方案的最優(yōu)者。所以氛坪，需要對所有性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)瞳弱。又由于用戶根據(jù)不同的要求而對不同的性能指標(biāo)有所側(cè)重，為了反映這種側(cè)重性骡侮，采用加權(quán)的方法纽债，即對要求較高的指標(biāo)分配較大的權(quán)系數(shù)，故加權(quán)平均的綜合評價(jià)方法可表示為：
（j=1束沼，2倚痰，3讥高，…，N）
（j=1系谐，2岭埠，3，…蔚鸥，N）
上兩式中，P是綜合評價(jià)的結(jié)果许赃，qj是第j個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重止喷，是根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要確定的，qj是第j個(gè)指標(biāo)的單因素評價(jià)混聊。使用時(shí)弹谁，sj在數(shù)量上均相對于第一個(gè)方案進(jìn)行歸一化處理，轉(zhuǎn)化為無量綱的指標(biāo)量句喜。本文采用減速器齒輪重量预愤、箱體重量、軸重量咳胃、體積植康、減速器承載能力、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性系數(shù)展懈、傳動齒輪圓周速度等七項(xiàng)指標(biāo)組成销睁。
2.減速器承載能力比較法：對所設(shè)計(jì)的減速器的承載能力進(jìn)行比較，優(yōu)選承載能力大的減速器停柬。
3.結(jié)構(gòu)合理性比較法：對沒有特殊設(shè)計(jì)要求的減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)合理性比較累筋，如大、小齒輪直徑比是否超標(biāo)盯糠；減速器的總高书瘤、總寬和總厚比是否合理。
6.8 系統(tǒng)的輸出
圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)完成后洁揽，其結(jié)果為一系列表（LISP 語言形式）組成的結(jié)果叙杨。為了使專家系統(tǒng)的結(jié)果方便地被用戶所理解，系統(tǒng)設(shè)置有相應(yīng)的輸出函數(shù)杉轿，并以表格的形式占窥，輸出所需的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。下表（表6-16 ）為專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一一級圓柱齒輪減速器的示例段辈。
