帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)【兩級(jí)展開式圓柱齒輪減速器】【說明書+CAD】

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14，2009摘要：兩級(jí)齒輪減速器的設(shè)計(jì)是一個(gè)繁瑣并且耗時(shí)的過程。為了提高設(shè)計(jì)過程的效率和智能化，兩級(jí)齒輪減速器的設(shè)計(jì)應(yīng)用了基于范例推理（CBR）技術(shù)。首先，分析兩級(jí)齒輪減速器目前的設(shè)計(jì)理論并描述CBR的原則。第二，根據(jù)減速器的特點(diǎn)，研究CBR的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)并提供如下相關(guān)理論：(a)一個(gè)面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示方法 （b）一種與鄰近歸納索引相結(jié)合的檢索方法 （c）一個(gè)結(jié)合基于人工修正規(guī)則修正的自適應(yīng)算法案例。同樣，為了提高案例檢索的可信度，出現(xiàn)了一種新的確定特征權(quán)重的方法和一種相似的算法，即一種帶有層次分析法（AHP）的組合加權(quán)法和粗糙集理論。最后根據(jù)上面的分析結(jié)果，基于CBR的兩級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)由VC+，UG和Access2003開發(fā)完成。該項(xiàng)研究提供了一種設(shè)計(jì)兩級(jí)齒輪減速器的新方法。如果上述開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計(jì)兩級(jí)齒輪減速器，設(shè)計(jì)的效率將會(huì)得到提高，這使得設(shè)計(jì)者能夠從齒輪減速器繁瑣的設(shè)計(jì)中解脫出來，以便于將更多的努力放在創(chuàng)新設(shè)計(jì)上，該研究結(jié)果充分體現(xiàn)了在設(shè)計(jì)機(jī)械零件過程中，CBR技術(shù)的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：兩級(jí)齒輪減速器，基于范例推理（CBR），特征權(quán)重，相似性1 簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的兩級(jí)齒輪減速器的設(shè)計(jì)方法是一個(gè)相當(dāng)耗時(shí)的過程。甚至目前CAD都被應(yīng)用于其設(shè)計(jì)過程，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限至今仍沒有得到消除。為了改變這種情況，許多人已經(jīng)做了關(guān)于減速器設(shè)計(jì)方法的研究，主要包括減速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)和專家系統(tǒng)（ES）。這兩種方法都有其各自的缺點(diǎn)：在參數(shù)化設(shè)計(jì)中需要考慮每個(gè)部件之間的關(guān)系，因?yàn)橐粋€(gè)參數(shù)的變化可能使得減速器的參數(shù)或是結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這就要求設(shè)計(jì)師來熟悉減速器，并能使用設(shè)計(jì)軟件包括參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能。此外在減速器的專家系統(tǒng)中知識(shí)的獲取是非常困難的，這是因?yàn)橐恍＜业闹R(shí)很難用規(guī)則來表達(dá)?；诜独评恚–BR）可以改善這兩種缺點(diǎn)。在CBR中一個(gè)新的案例是在一個(gè)即存的案例的基礎(chǔ)上完成的，所以新的案例可以通過修改某些部分或直接使用即存案例，并且由于在CBR中基本的知識(shí)就是案例，因此案例的獲取要比規(guī)則的獲取容易的多1-2。事實(shí)上，案例通常要比規(guī)則或是模型提供更多的信息3。SUN， et al4開發(fā)了一個(gè)基于CBR的智能夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。KW0NG, et al5，介紹了一種由先進(jìn)的CBR系統(tǒng)來確定適當(dāng)?shù)淖⑺軈?shù)的方法。LIU, et al6，提出了一種與聚類技術(shù)相結(jié)合的檢索算法來定位在基礎(chǔ)案例中的個(gè)案，并且給出了一個(gè)基礎(chǔ)案例來說明CBR系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的可行性。PETER7開發(fā)了一種在接觸力學(xué)領(lǐng)域?qū)ν评眍A(yù)處理階段的工程分析提供智力支持的自動(dòng)化知識(shí)系統(tǒng)。XIONG，et al8提供了一個(gè)基于CBR的既實(shí)用又有創(chuàng)意的概念設(shè)計(jì)方法，其體現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。這個(gè)系統(tǒng)縮短了概念設(shè)計(jì)的過程，幫助設(shè)計(jì)者們，并為后續(xù)開發(fā)提供了一個(gè)案例。然而上述成果更注重于CBR的基礎(chǔ)研究而不是與機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合的CBR技術(shù)。因此，我們以兩級(jí)齒輪減速器為例，對(duì)基于CBR的機(jī)械零件加工工藝進(jìn)行討論。2 CBR的關(guān)鍵技術(shù)CBR是一種類似或類比的方法。當(dāng)一個(gè)CBR系統(tǒng)解決一個(gè)新問題，它會(huì)從先前的案例中重新獲取一個(gè)或多個(gè)與新問題最相似的案例，并且在修改的情況下，使其滿足新的情況。CBR的流程被顯示在Fig.1中。根據(jù)CBR的流程，基于案例推理（CBR）的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展需要解決一些問題，包括案例描述，案例檢索，案例修正，案例研究和案例庫(kù)維護(hù)，其中案例描述，案例檢索以及案例修正被稱作三大關(guān)鍵技術(shù)。 案例描述是指那些案例以一些電腦能夠識(shí)別的傳統(tǒng)標(biāo)志，并按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼的功能。案例可以由一些方法進(jìn)行描述，其中包括幀、對(duì)象謂語(yǔ)、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則等等，其中幀和對(duì)象謂語(yǔ)是最常用的方法。 案例檢索是一個(gè)按照特征參數(shù)索引值及其相似性來發(fā)現(xiàn)一個(gè)相關(guān)聯(lián)的案例或是更多類似的案例。Ref9將案例檢索分作三個(gè)部分：特征識(shí)別、初步匹配以及最優(yōu)選擇。而本文將案例檢索分作四部分：關(guān)鍵特征的提取、特征識(shí)別、初步匹配和最優(yōu)選擇。數(shù)據(jù)采集的觀測(cè)資料通常包括許多特征屬性，而有些屬性卻與數(shù)據(jù)采集無關(guān)。那些不相關(guān)的屬性會(huì)影響數(shù)據(jù)采集的效率。去除無關(guān)的屬性可以改善數(shù)據(jù)采集的效率，使數(shù)據(jù)采集的結(jié)果更容易理解。關(guān)鍵特征提取的目的是為了從案例庫(kù)中提取關(guān)鍵特性來確立有效的指標(biāo)。特征識(shí)別的目的是要選出新案例的關(guān)鍵特征。特征識(shí)別常指關(guān)鍵特征的提取。由于其包含了豐富的特征屬性，兩級(jí)齒輪減速器的關(guān)鍵特征的提取便更為重要。這些典型的實(shí)例檢索方法包括最鄰近法，索引歸納法，信息導(dǎo)引法，信息神經(jīng)元索引法和模板檢索法。3 基于案例推理（CBR）的兩級(jí)齒輪減速器的設(shè)計(jì)3.1 案例庫(kù)的建立3.1.1 案例描述本文使用的是面向?qū)ο髮拥囊粋€(gè)案例表示模型11-12，這向上一層的軟件提供了一個(gè)統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，即，提供各式面向?qū)ο蟮母拍睢?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作維護(hù)和靈活性的擴(kuò)張，并給出了具體的關(guān)系保護(hù)模型，并按照映射原理和轉(zhuǎn)換機(jī)理建立一個(gè)透明的對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行合理且有效的管理。映射原理的對(duì)象模型是上一層面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和底層數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系模型之間的一種轉(zhuǎn)換關(guān)系。對(duì)象模型層，數(shù)據(jù)庫(kù)，以及其他功能模型間的關(guān)系顯示在Fig.2上。兩級(jí)齒輪減速器是一個(gè)復(fù)雜的組合，為了案例表述的方便，我們將兩級(jí)齒輪減速器分成五個(gè)組件類和兩個(gè)部分組。五個(gè)組件類是由高速齒輪組、低速齒輪組、高速軸和軸承、中速軸和軸承以及低速軸和軸承，兩個(gè)部分組是箱體蓋和箱體。這些組件類可以拆分成部分組。最終每個(gè)部分組將會(huì)映射到其潛在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置。因此兩級(jí)減速器的對(duì)象知識(shí)模型顯示在Fig.3中。3.1.2 案例庫(kù)的建立根據(jù)Fig.3中顯示的兩級(jí)減速器的案例表述模型，兩級(jí)齒輪減速器的特征屬性值和他們的成分都投射到數(shù)據(jù)庫(kù)的底層，從而建立了案例庫(kù)。在底層的數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)目錄都包括了“案例序號(hào)”。這種關(guān)系在每個(gè)部分的映射表和減速器的映射表之間由“案例序號(hào)”來建立的。Fig.4顯示了在兩級(jí)齒輪減速器的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的案例庫(kù)儲(chǔ)存模式是屬于Access的。由于空間有限，本文并不細(xì)述部分組在Access中的儲(chǔ)存模式。3.2 案例檢索 本文運(yùn)用的是最鄰近法和索引歸納法相結(jié)合的檢索方法，這是因?yàn)閮杉?jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)是一個(gè)有著長(zhǎng)時(shí)期的經(jīng)驗(yàn)過程，而且是在兩級(jí)齒輪減速器包括多種案例的情況下。因此最好使用索引歸納法來進(jìn)行完整的檢索，并且使用最鄰近法來得到一個(gè)良好的檢索。Fig.5顯示了詳細(xì)的檢索過程?，F(xiàn)在本文將依次描述基于案例推理的二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)的案例檢索的子過程和方法。3.2.1關(guān)鍵特性的提取 源案例庫(kù)的特征是在關(guān)鍵特性的提取之前就得到預(yù)處理。 （1）數(shù)據(jù)的預(yù)處理。定量參數(shù)的離散歸一化的處理過程是通過相同頻率的區(qū)間轉(zhuǎn)化為定性參數(shù)13。等頻率區(qū)間處理的原理是為了在每個(gè)小的區(qū)間擁有大部分相同數(shù)量的數(shù)據(jù)時(shí)，將原區(qū)間分為N個(gè)小區(qū)間（N是由用戶提供的離散數(shù)據(jù)）。第一個(gè)和最后一個(gè)區(qū)間在本文中將會(huì)得到延長(zhǎng)：第一個(gè)區(qū)間的上限值改到零，最后一個(gè)區(qū)間的下限改為無窮，這是為了確保一個(gè)新案例的屬性值能有新的區(qū)間與之對(duì)應(yīng)，因?yàn)榛诎咐评恚–BR）是一個(gè)不斷研究的過程（案例的數(shù)量將會(huì)不斷增加），并且避免在增加一個(gè)新的案例和檢索新的案例而不超過源案例庫(kù)的屬性值時(shí)，將小的區(qū)間再次分割。N個(gè)區(qū)間被標(biāo)識(shí)為0,1,2,3，n-1。定性特征屬性以升序或是降序被分配到區(qū)間0,1中。例如，“精密級(jí)減速器”有三個(gè)可供用戶選擇的源案例庫(kù)：類7，類8和類9。類7,8,9分別按照上述方法表示為1，0.5，0.屬性值的布爾屬性也很容易確定，相同的是1，不相同的是0。（2）關(guān)鍵特性的選擇。這些清晰的無關(guān)的特征在數(shù)據(jù)采集中并沒有被直接考慮到。然而許多特征在數(shù)據(jù)采集中的重要性卻很難被認(rèn)識(shí)到。這些特征是由有效的策略選擇出來的。另一方面本文使用決策樹技術(shù)按照信息量來選擇關(guān)鍵特性。決定指數(shù)樹是由關(guān)鍵特征建立的。該算法得到的信息可以用作決策屬性的參考。兩級(jí)減速器的關(guān)鍵特性選擇如下。Table.1給出了源案例庫(kù)。首先，數(shù)據(jù)采集中顯著的無關(guān)特性會(huì)被直接剔除。其他由離散歸一化處理的特性轉(zhuǎn)化成了定性屬性，然后按照上述算法的信息增益進(jìn)行挑選。其次，根據(jù)上述的等頻率區(qū)間，傳遞功率的屬性大致可以非為三個(gè)小區(qū)間：（0,10），10,20，（20，+）。定性數(shù)值的范圍分別表示為0,1,2。傳動(dòng)比，壽命以及傳遞效率的屬性被分作幾個(gè)相對(duì)應(yīng)的小區(qū)間（傳動(dòng)比：（0,15），和（15，+）；壽命：（0,350000），（350000,420000）和（42000，+）；傳遞效率：（0，0.94）和（0.94,1）。每個(gè)數(shù)字范圍區(qū)間都由0,1按照順序進(jìn)行排列。齒輪傳動(dòng)的布局的屬性被分為兩類。已成型的用0表示，還在加工的用1表示。離散化處理的結(jié)果見Table.2。 排列形式的屬性被看作識(shí)別屬性，而其他屬性被看作決策屬性。按照識(shí)別屬性，案例庫(kù)被分為兩類（m=2）。第一類由六個(gè)案例組成，其排列形式是擴(kuò)大形式（r1=6），而第二類是由其他案例所組成，這些案例的排列形式是同軸形式（r2=4）。根據(jù)信息增益算法，很容易獲得以下信息增益的所有屬性：Gp=0.29，Gt=0.12，GLh=0.29，G=0.01；這里，Gp表示的是傳遞功率的增益，Gi表示傳動(dòng)比的增益，GLh表示壽命的增益，G表示傳動(dòng)效率的增益。因此傳遞功率，傳動(dòng)比和壽命的屬性都可以以關(guān)鍵特性形式從所有特征屬性值中獲得。3.2.1 初步匹配初步匹配是這么一個(gè)過程，即從案例庫(kù)中選出與當(dāng)前設(shè)計(jì)實(shí)例相關(guān)的一組案例。這個(gè)過程是由所有關(guān)鍵特征和決策信息增益計(jì)算所建立的索引表所實(shí)現(xiàn)的。建立的索引表在Fig.6中顯示出來。案例的初步匹配完全是在索引表的基礎(chǔ)上建立起來的。3.2.2 最優(yōu)選擇 最優(yōu)選擇是從初步匹配的案例中選出最佳案例的過程。最優(yōu)案例是由最鄰近法選擇的，所以它對(duì)關(guān)鍵特征權(quán)重的計(jì)算和案例相似性的是不可缺少的。（1） 特征權(quán)重特征權(quán)重是被用來計(jì)算特征的重要性。它可以影響邏輯結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)原始信息源，確定特征權(quán)重的方法被分為兩類：主觀法和客觀法。主觀法的信息來自于專家的經(jīng)驗(yàn)，而客觀發(fā)的信息來自于原始的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。兩類方法中具有代表性的方法是層次分析法（AHP）14-15和粗糙集理論12。層次分析法（AHP）是一種決策問題被分為一些包括目標(biāo)、規(guī)則、工程等的一些層次的決策方法，并且定性分析法和定量分析法是可以被引導(dǎo)的。使ij表示特征i與特征j比較的重要性的度量。由層次分析法（AHP）得到的特征i的權(quán)重1i可以由下面這個(gè)公式計(jì)算得到。粗糙集理論是一種針對(duì)知識(shí)分類的數(shù)據(jù)推理方法，主要適用于分析知識(shí)簡(jiǎn)約性和特征屬性之間的可靠性，并且能解決特征屬性權(quán)重的相似性度量的問題。按照特定分類，它能通過既存信息來評(píng)判所有特征的重要性。關(guān)于權(quán)重計(jì)算的相關(guān)公式如下：這里 （C,D）屬性即C和D的可靠度 |POS（C,D）|合集中要素的序號(hào) SGF（a，C,D）屬性a屬性集D的重要性，a屬于C SGF(C-i,D)屬性i的重要程度 2i由粗糙集理論獲得的特征i的權(quán)重本文運(yùn)用一種層次分析法（AHP）和粗糙集理論相結(jié)合的方法來彌補(bǔ)兩種方法的缺點(diǎn)。這種聯(lián)合法是根據(jù)線性疊加原理進(jìn)行組合。這種物質(zhì)合并方式顯示在公式(5)中。這里 1i按照層次分析法獲得的特征權(quán)重 2i按粗糙集理論獲得的特征權(quán)重 系數(shù) 根據(jù)合并的方法，減速器關(guān)鍵特征的三個(gè)權(quán)重如傳遞功率的屬性，1=0.52；傳動(dòng)比的屬性，2=0.28；壽命屬性，3=0.20（假設(shè)=0.5）（2）相似性 兩級(jí)齒輪減速器的特征值是由定性參數(shù)和定量參數(shù)組成的。本文運(yùn)用公式（6）和（7）來計(jì)算定量特征的相似性16，而定性特征的相似性和布爾特性的有兩個(gè)條件：0（不同的）或者1（相同的）。所以本文提出了一種新的關(guān)于案例相似性的算法，表示如下。相關(guān)距離：特征相似性：兩個(gè)案例間的相似性：這里 dink案例n和案例k的第i個(gè)屬性間的相關(guān)距離， Vni案例n的第i個(gè)屬性的特征值， Vki案例k的第i個(gè)屬性的特征值， SDink 案例n和案例k第i個(gè)屬性的相似性， sim（n，k）案例n和案例k的相似性， t第i個(gè)特征的權(quán)重， n特征序號(hào)。 假設(shè)設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)條件顯示于Table.3中的兩級(jí)齒輪減速器，和檢索顯示在Table.4中的兩個(gè)案例。 每個(gè)關(guān)鍵特征權(quán)重分別為0.52，0.28，0.20。案例的相似性可以按照下列公式（6）-（8）計(jì)算得到 。 3.3 案例修正本文應(yīng)用結(jié)合修改規(guī)則和人工修改的方法來修正案例。Fig.7給出了案例修正的流程。規(guī)則包括經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算公式。例如，小齒輪通常是指齒寬在5-10mm的齒輪。而且條件限制是進(jìn)行設(shè)計(jì)可行性評(píng)價(jià)的主要措施，正如齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的檢驗(yàn)公式，以及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度等等。4 系統(tǒng)開發(fā)基于CBR的第二類箱體減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程顯示在Fig.8中?；贑BR的兩級(jí)減速器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)常使用VC+，UG和Access2002作為工具進(jìn)行開發(fā)，這包括五個(gè)模塊：文件管理、案例檢索、案例修正、進(jìn)入U(xiǎn)G還有幫助模塊，如Fig.9所示。文件管理模塊是用來管理與案例相關(guān)文件的。案例檢索模塊是用來檢索案例和檢查被檢索到的案例的信息。案例修正模塊是用來按照案例序號(hào)修改檢索到的案例的。進(jìn)入U(xiǎn)G模塊是用來從案例庫(kù)中調(diào)用修改的參數(shù)和通過由ODBC技術(shù)及UG/Open+工具開發(fā)的及系統(tǒng)來完成三維建模。下面的一個(gè)實(shí)際的例子被給來詮釋基于CBR系統(tǒng)的運(yùn)行過程。假設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)二級(jí)齒輪減速器，而它的設(shè)計(jì)需要有：傳遞功率 5.36kw，傳動(dòng)比為11.06，壽命為310 000h。該系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下。（1）如Fig.10的登錄主界面所示，是進(jìn)入該系統(tǒng)和輸入用戶名和密碼。（2）Fig。11顯示的是輸入檢索條件來檢索案例，并選出最相似的案例來檢查其信息。從檢索結(jié)果中選擇案例3，是因?yàn)樗南嗨菩宰畲?。按照分析，我們很容易發(fā)現(xiàn)案例3和準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的案例的偏差小于5%。所以案例3可以作為新設(shè)計(jì)的結(jié)果。如果檢索結(jié)果和將要設(shè)計(jì)的案例間的偏差大于5%，檢索的結(jié)果便需要修正。案例修正包括全部修正和局部修正。當(dāng)最大相似性的檢索結(jié)果和將被設(shè)計(jì)的案例之間的傳遞功率屬性的偏差大于5%時(shí)，它表示沒有最佳的相似案例，這就需要重新設(shè)計(jì)。在完成設(shè)計(jì)使，需要確定新案例的相對(duì)索引值，并且新案例將被保存在案例庫(kù)中作為下一次檢索的源案例。上述過程被稱作案例研究。單最大相似性檢索結(jié)果和將要設(shè)計(jì)的案例間傳遞功率的屬性偏差小于5%，其他兩種屬性偏差可以超過允許的偏差范圍，我們通過調(diào)整齒輪傳動(dòng)比和相關(guān)齒輪參數(shù)來完成案例。調(diào)整原則是在保證其他部分參數(shù)不變的情況下，修改齒輪組和支撐軸的參數(shù)。并有必要檢查修改后的齒輪組和軸的強(qiáng)度。按照合并規(guī)則，即檢查齒輪疲勞強(qiáng)度公式，檢查軸的疲勞強(qiáng)度公式，以及人工修改等規(guī)則檢索出的案例中，這些部分將被修正。最后，修正的案例將保存在案例庫(kù)中。例如，給出的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是傳遞功率6.50kw，傳動(dòng)比11.07，壽命310 000h。案例3被檢索到。眾所周知，通過計(jì)算檢索到的案例和將被設(shè)計(jì)的案例間傳遞功率的誤差是21.95%，這超出了誤差范圍5%。這就意味著案例3需要修正。修正的部分如Fig.12所示。完成修正后，UG軟件是通過進(jìn)入U(xiǎn)G模塊運(yùn)行的，而三位建模是通過使用UG二次開發(fā)程序來獲得修正模塊的相關(guān)參數(shù)。修正齒輪的參數(shù)在Fig.13中列出。 最后，修正的部分保存在案例庫(kù)中。在Fig.14中的對(duì)話框中輸入案例的名稱，其這部分的命名原則在界面的注意事項(xiàng)可見。5 結(jié)束語(yǔ) （1）兩級(jí)齒輪減速器的案例由面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ蛠肀硎镜?，這使得減速器表達(dá)的信息更為便利和準(zhǔn)確，并且有利于案例檢索。 （2）根據(jù)二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)的實(shí)際情形，我們提倡結(jié)合層次分析法（AHP）和粗糙集理論得到的組合加權(quán)法，這可以提高案例檢索的可信度。 （3）基于CBR的兩級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)已成功地開發(fā)出來。這個(gè)系統(tǒng)使得二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)更為容易，快速和更加的智能。這種途徑可作為CBR中其他組件開發(fā)的參考。案例庫(kù)中擁有足夠的案例是基于CBR的兩級(jí)減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的先決條件。如果特定的兩級(jí)減速器的設(shè)計(jì)要求得到滿足，相關(guān)的案例必須添加到案例庫(kù)中。參考書目1CADET Sycara KA casebased synthesis tool for engineeringdesignJInternational Journal for Expert System，1992，4(2)：57-882YANG H，LU W FL1N A CA case-based progress planningsystem for machining of rotational partJJournal of Intelligent Manufacturing,1994，6(5)：41l_43O3AGNAR 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andmanufacturing，Coriolis mass flow measurement system，etcTe1：+86-51985l91959；E-mail：jamustceduHUANG Quansheng，born in 1983，is currently a mastercandidate in College of M echanical and Electrical Engineering，Hohai University,ChinaEmail：huanquans126comXU Huanminborn in 1974。is currently a lecmrer in College ofM echanical and Electrical Engineering，Hohai University,ChinaShe received her PhD degree from Nanjing University of Scienceand Technology,China，in 2008Her research interests includeprocess reasoning based on mathematical logic decision-makinglogic method，etcE-mail：alexandra xu2003( vahoocorncn)CHEN Zhengming，born in 1965，is currently a professor and aPhD candidate supervisor in College of Computer andInformation Engineering，Hohai University,ChinaHe receivedhis PhD degree from Zhejiang University,China，in 2001Hisresearch interests include in feature modeling and recognition，CADCAM integration，etcE-mail：zmchenhhuceducn附件2：外文原文指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日 備注：畢業(yè)論文、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述封面填寫要求：漢字用宋體，三號(hào)，阿拉伯?dāng)?shù)字用Times New Roman字體，三號(hào)，日期格式為：2007-05-12，字體Times New Roman，三號(hào)，對(duì)齊方式為橫線居中。目錄1.傳動(dòng)方案的分析 （1）2.電動(dòng)機(jī)的選擇 （1）3.轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) （2）4轉(zhuǎn)動(dòng)件的設(shè)計(jì) （3）5.軸的設(shè)計(jì) （10）6.軸承的校核 （19）7.鍵的校核 （22）8.減速器附件的選擇 （23）9.潤(rùn)滑與密封 （23）10.設(shè)計(jì)小結(jié) （23）11.參考資料 （23）設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果1. 傳動(dòng)方案的分析傳動(dòng)方案如下： 為兩級(jí)圓柱齒輪減速器。齒輪為斜齒輪，總傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣。斜齒輪傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)平穩(wěn)。鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，為減小沖擊和振動(dòng)，將其布置在低速級(jí)。2. 電動(dòng)機(jī)的選擇1.工作機(jī)的輸出功率： 滾筒的轉(zhuǎn)速： 2.工作機(jī)的有效功率 聯(lián)軸器功率 齒輪功率 鏈輪功率軸承功率 輸送帶功率總效率為78.85%工作機(jī)輸出功率3040w滾筒轉(zhuǎn)速46.522r/min總效率78.85%設(shè)計(jì)與計(jì)算說明主要結(jié)果3.電動(dòng)機(jī)的選擇：所需電機(jī)功率=3040/78.85%=3855.22w。參考文獻(xiàn) 查表20-1，可取Y112M-4型號(hào)。額定功率4KW 滿載轉(zhuǎn)速1440r/min 額定轉(zhuǎn)矩2.2 最大轉(zhuǎn)矩2.3 質(zhì)量43Kg中心高H=112mm。外伸軸段D與E為28mm和60mm。3. 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)1. 計(jì)算總轉(zhuǎn)動(dòng)比： =1440/46.522=30.953。2. 分配各級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)比為使兩極的大齒輪有相近的浸油深度，高速轉(zhuǎn)動(dòng)比和低速轉(zhuǎn)動(dòng)比為/=1.1-1.5。取1.3鏈轉(zhuǎn)動(dòng)比為2-4。取2.4。=30.953可求出=4.095，=3.150，=2.4。3. 各軸轉(zhuǎn)速 =1440r/min=1440/4.095=351.65r/min=351.65/3.15=113.95r/min4. 各軸輸入功率 5. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 95503.855/1440=25.57N.m 電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y112M-4各級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)比依次為4.0953.150.2.4轉(zhuǎn)速為1440r/m351.65r/m113.95r/m各軸輸入功率為3.855kw3.828kw3.676kw3.530kw3.215kw各軸輸入扭矩25.57N.m設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果95503.828/1440=25.39N.m95503.676/351.65=99.83N.m9550 3.530/113.95=295.84N.m95503.215/46.522=660.28N.m以上數(shù)據(jù)整理如下：項(xiàng)目電動(dòng)機(jī)軸高速軸中間軸低速軸卷軸轉(zhuǎn)速（r/min）14401440351.65113.9546.522功率（KW）3.8553.8283.6763.5303.215轉(zhuǎn)矩（N.m）25.5725.3999.83295.84660.2轉(zhuǎn)動(dòng)比14.0953.152.4效率0.9930.96030.96030.91084.轉(zhuǎn)動(dòng)件的設(shè)計(jì)（一）高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)1.選擇精度，材料，齒數(shù)。參考文獻(xiàn)（2）第十章一般工作機(jī)，速度不高，選7級(jí)。小齒輪為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度280HBS，大齒輪為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度240HBS。小齒輪齒數(shù)選21，大齒輪選85。初選螺旋角14度2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：即1） 確定各計(jì)算值1，試選=1.6，2.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.433。3.由圖10-26查得=0.77，=0.93。+=1.7。4.由表10-7選取齒寬系數(shù)=1。5.由10-6查得材料影響系數(shù)=189.86.由圖10-21d，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MPa=550MPa。25.39N.m99.83N.m295.84N.m660.28N.m精度7級(jí)材料40Cr齒數(shù)21/85設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。=/2=6014401（1030028）/2=2.0736=/（2）=0.506375由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)0.9，0.95取失效概率1%，安全系數(shù)為S=1。=/S=0.9600=540MPa。=/S=0.95550=522.5MPa。7.許用接觸應(yīng)力=（+）/2=531.21MPa。2）計(jì)算1.=35.55mm 2.V=2.680m/s3.b=35.551=35.55mm=/=h=2.25=2.251.643=3.70mmb/h=35.55/3.70=9.6084. 計(jì)算縱向重合度=0.318=0.318121tan14=1.6655.計(jì)算載荷系數(shù)Ka=1.5由V=2.680m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.1由表10-13查=1.33 ，表10-4查=1.415由表10-3查=1.4所以K=KaKv=1.51.11.41.415=3.269按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果=45.11計(jì)算模數(shù)=（45.11cos）/21=2.08mm3.按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 確定系數(shù)K=KaKv=1.51.11.41.33=3.0723由縱向重合度從圖10-28查螺旋影響系數(shù)=0.88計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)=22.988=93.05查齒形系數(shù)由表10-5查： 由10-20c 查小齒輪的彎曲疲勞極限為500MPa，大齒輪的為380MPa。由圖10-18取彎曲疲勞系數(shù)為，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，且為對(duì)稱循環(huán)。=212.5MPa=167.2MPa。計(jì)算大小齒輪的，并比較=2.691.575/212.5=0.01994，=2.1941.783/167.2=0.023397。大齒輪數(shù)大模數(shù)為2.08設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果設(shè)計(jì)計(jì)算=1.59mm綜合比較可取模數(shù)為2.5mm。可滿足彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。4.幾何尺寸計(jì)算 中心距a=136.556mm將中心距圓整為136mm則=其改變不是很大，不必修正。大小齒輪分度圓直徑大小齒輪吃寬分別取55mm，60mm。（二）低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)1.選擇精度，材料，齒數(shù)。一般工作機(jī)，速度不高，選7級(jí)。小齒輪為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度280HBS，大齒輪為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度240HBS。小齒輪齒數(shù)選26，大齒輪選82。初選螺旋角14度2.按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：即1） 確定各計(jì)算值1，試選=1.6，2.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.433。3.由圖10-26查得=0.73，=0.88。+=1.61。4.由表10-7選取齒寬系數(shù)=1。5.由10-6查得材料影響系數(shù)=189.86.由圖10-21d，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MPa模數(shù)為1.59最后取2.5中心距為136分度圓直徑為53.89218.11齒寬為60557級(jí)45鋼齒數(shù)26/82設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果=550MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。=/2=60351.651（1030028）/2=0.75955=/（2）=0.24113由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)0.91，0.94取失效概率1%，安全系數(shù)為S=1。=/S=0.91600=546MPa。=/S=0.94550=517MPa。7.許用接觸應(yīng)力=（+）/2=531.5MPa。2）計(jì)算1.=58.02mm 2.V=1.0680m/s3.b=58.021=58.02mm=/=h=2.25=2.252.165=4.8732mmb/h=58.02/4.8732=11.9095. 計(jì)算縱向重合度=0.318=0.318126tan14=2.0615.計(jì)算載荷系數(shù)Ka=1.5由V=1.069m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.06由表10-13查=1.40 ，表10-4查=1.42由表10-3查=1.4所以K=KaKv=1.51.061.41.42=3.16092設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為=72.827計(jì)算模數(shù)=（72.872cos）/26=2.718mm3.按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 確定系數(shù)K=KaKv=1.51.061.41.4=3.1164由縱向重合度從圖10-28查螺旋影響系數(shù)=0.88計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)=28.462=89.764查齒形系數(shù)由表10-5查： 由10-20c 查小齒輪的彎曲疲勞極限為500MPa，大齒輪的為380MPa。由圖10-18取彎曲疲勞系數(shù)為，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，且為對(duì)稱循環(huán)。=225MPa=174.8MPa。計(jì)算大小齒輪的，并比較=2.541.615/225=0.018232，=2.2181.778/174.8=0.021561。大齒輪數(shù)大模數(shù)為2.718設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果設(shè)計(jì)計(jì)算=2.195mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取模數(shù)2.5，可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，但為了滿足接觸疲勞強(qiáng)度需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑72.827mm來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，齒輪1取28，則齒輪2取3.15 28=894.幾何尺寸計(jì)算 中心距a=150.727mm將中心距圓整為150mm則=其改變不是很大，不必修正。大小齒輪分度圓直徑大小齒輪吃寬分別取75mm，80mm。（三）鏈輪的設(shè)計(jì)1.取小鏈輪齒數(shù)為17，則大鏈輪齒數(shù)為41。參考文獻(xiàn)（2）第九章由表9-7查得Ka=1.4，由9-13查得Kz=1.35。則單排鏈計(jì)算功率為2由=6.67KW，及轉(zhuǎn)速113.95r/min。查圖9-11可選20A-1。插表9-1，鏈條節(jié)距為p=31.75mm。3.計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距取=1000mm相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)為取鏈節(jié)數(shù)為94模數(shù)為2.195最后取2.5齒數(shù)為28/89中心距為150分度圓直徑為71.79228.21齒寬為8075齒數(shù)為17/41設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果查表9-7得到中心距系數(shù)=0.24814則鏈的的最大中心距為4 .由v和鏈號(hào)，查圖9-14可知采用滴油潤(rùn)滑。5. 有效圓周力： 壓軸力系數(shù)，則壓軸力為N其總的轉(zhuǎn)動(dòng)比為其誤差為0.25%5.軸的設(shè)計(jì)（一）高速軸 參考文獻(xiàn)第15章1. =3.828KW，=1440r/min，T=25390N.mm。2.作用在齒輪上的力3.該軸上的齒輪直徑小，為齒輪軸，選40Cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3取A0=112因軸上有鍵槽其最小直徑需擴(kuò)大7%，為16.6mm。故可選彈性柱銷聯(lián)軸器。選HL2聯(lián)軸器2252GB5014-854.軸的尺寸如下圖：最大中心距993速度1.025有效圓周力3443壓軸力3960相對(duì)誤差0.25%設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果5.軸的受力分析如下：計(jì)算如下；力如下（1）設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果（2）彎距如下（1）（2）取最大值40385，扭矩為253906.校核軸的強(qiáng)度取齒輪中心處和齒輪左側(cè)校核。中心處：齒輪左側(cè)處材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=70MPa。故可以滿足。（二）中速軸1. =3.676KW，=351.65r/min，T=99830N.mm。2.作用在齒輪上的力齒輪2的分度圓直徑為218.11mm最大彎矩為40385扭矩為25390強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果齒輪2上的同齒輪1的力相同，方向相反。3.該軸上的齒輪直徑小，為齒輪軸，選45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3取A0=1124.軸的尺寸如下圖：受力圖如下：設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果5計(jì)算：力如下：=2781+942-2128=2595N（1）352+361-1038=-325N（2）836+352-1038=150N。彎矩如下：（1）（2）總彎矩如（1）設(shè)計(jì)計(jì)算與說明（2）最大值為（2）中的，扭矩為99830。6.較核軸的強(qiáng)度。由圖知道最大彎矩和扭拒在齒輪3的中心處，并較核齒輪3左側(cè)的軸肩處的強(qiáng)度。左側(cè)軸肩處的彎矩為材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=60MPa。故可以滿足（三）低速軸1. =3.676KW，=351.65r/min，T=99830N.mm。2.作用在齒輪上的力同齒輪三的力大小相等，方向相反。 3.該軸上的齒輪直徑小，為齒輪軸，選45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3取A0=112由于有兩個(gè)鍵槽直徑需擴(kuò)大1.1倍，為34.55mm。故最小處取為36mm。4.尺寸如下最大彎矩為147468強(qiáng)度滿足最小直徑36設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果5.受力圖如下：計(jì)算如下：（1）設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果（2）彎矩如下：（1）2處的明顯要小很多。（2）2處的明顯要小很多。由尺寸圖可以知道軸1處的彎矩最大，直徑相對(duì)最小6.材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=70MPa。故可以滿足。7.軸1處的軸肩受的彎矩相對(duì)很大，切受扭矩。有應(yīng)力集中，過度配合。需校核該軸鍵左側(cè)，右側(cè)沒有裝配，且直徑較大，不需校核?？箯澖孛嫦禂?shù) 抗扭截面系數(shù)該處彎距是341259 ，扭矩295840 。截面上的彎曲應(yīng)力為最大彎矩為345312強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)計(jì)算與說明截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得，=735MPa，=355MPa，=200MPa。截面上由于應(yīng)力集中形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按附表3-2查取。因r/d=0.0267，D/d=1.2，查得=2.09，=1.66。又由附圖3-1可得。故有效應(yīng)力集中系數(shù)為由附圖3-2的尺寸系數(shù)=0.75，由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)系數(shù)=0.85。軸按磨削加工，由附圖3-4的表面質(zhì)量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1可得綜合系數(shù)為；計(jì)算安全系數(shù)：S=1.5故可知其安全。主要結(jié)果安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)計(jì)算與說明6.軸承的校核1.高速軸上的軸承校核。 參考文獻(xiàn)（2）13章軸承為6206型號(hào)，無派生軸向力。1.正向時(shí)，軸承1受軸向力為218N。則插值法求得e=0.207，Y=2.13，X=0.56。兩軸承的徑向力分別為，2.反向時(shí)，軸承2受軸向力為218N。兩軸承的徑向力分別為，綜合可選879N，20961/300/2/8=4.37年，則軸承在經(jīng)濟(jì)使用期限內(nèi)。2.中速軸上的軸承校核軸承為6306型號(hào)，無派生軸向力。1.正向時(shí)，軸承2受軸向力為416N。則插值法求得e=0.222，Y=1.977，X=0.56。兩軸承的徑向力分別為主要結(jié)果軸承為6206型號(hào)壽命為4.37年軸承為6306設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果，2.反向時(shí)軸承1受軸向力，為416N。兩軸承的徑向力分別為，綜合可選2103N，16712/300/2/8=3.48年，則軸承在經(jīng)濟(jì)使用期限內(nèi)。3.低速軸上的軸承校核軸承型號(hào)是7309C，有派生力。1.正向時(shí)，兩軸承的徑向力分別為Fa=634N。初選e=0.4，F(xiàn)a和軸承1的徑向力一致，。，。查表得，。壽命為3.48年軸承為7309c設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果，。所以，。，。查表，無變化。查表得Y=1，X=0.44。2.反向時(shí)，兩軸承的徑向力分別為Fa=634N。初選e=0.4，F(xiàn)a和軸承2的徑向力一致，。，。查表得，。，所以，。設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果，。查表，變化很小。查表得Y=1，X=0.44。綜合取5831N，21451/300/2/8=4.47年，則軸承在經(jīng)濟(jì)使用期限內(nèi)。7.鍵的校核1.聯(lián)軸器上的鍵，選擇鍵B645GB1096-79。為剛性動(dòng)連接，。滿足強(qiáng)度要求。2.齒輪2上的鍵，選擇鍵1063GB1096-97。為剛性動(dòng)連接，。滿足強(qiáng)度要求。3.齒輪3上的鍵，選擇1040GB1096-79。為剛性動(dòng)連接，。滿足強(qiáng)度要求。4.齒輪4上的鍵，選擇1663GB1096-79。為剛性動(dòng)連接，。壽命為4.47年強(qiáng)度滿足強(qiáng)度滿足強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)計(jì)算與說明主要結(jié)果滿足強(qiáng)度要求。5.鏈上的鍵，選擇雙鍵C1040GB1096-79。為剛性動(dòng)連接，滿足強(qiáng)度要求。鍵的計(jì)算參考文獻(xiàn)（2）第六章8.減速器附件的選擇1.端蓋的設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)（1）表9-9確定，為使制造方便，可靈活變動(dòng)，取相對(duì)一致的值，如端蓋的厚度一直。2.通氣器參考文獻(xiàn)（1）表9-6確定，選M161.5。3.油標(biāo)尺的選擇參考文獻(xiàn)（1）表9-14確定，選M12型號(hào)。4.油塞的選擇參考文獻(xiàn)（1）表9-16確定，選M141.5型號(hào)。5.起吊裝置的選擇參考文獻(xiàn)（1）表9-20確定，選箱蓋吊耳，和箱座吊耳。6.箱體參數(shù)及螺栓的選擇參考文獻(xiàn)（1）表3-1確定。9.潤(rùn)滑與密封因高速級(jí)軸的速度為2.262m/大于2m/s。故軸襯的潤(rùn)滑方式為浸油潤(rùn)滑，可以直接在箱體靠?jī)?nèi)壁開油溝即可。參考文獻(xiàn)（1）表3-4來確定的。件速器內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)件的潤(rùn)滑參考文獻(xiàn)（1）表3-3，可確定為浸油潤(rùn)滑，中級(jí)軸的速度為4.032m/s，底級(jí)軸的速度為1.36m/s。可確定最高和最低油面。參考文獻(xiàn)（1）表16-2和表16-1可選N150中負(fù)荷工業(yè)齒輪油。密封件的選擇參考文獻(xiàn)（1）表16-9，選擇氈圈油封及槽。10.設(shè)計(jì)小結(jié)本次設(shè)計(jì)過程全中途遇到了很多的問題，但在老師和同學(xué)的幫助下，我最終克服了種種困難，按期完成了作業(yè)。作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員，務(wù)必要有足夠的耐心，去面對(duì)種種的麻煩；務(wù)必要有足夠的細(xì)心，去解決一些細(xì)小的問題；務(wù)必要有足夠的責(zé)任心，去設(shè)計(jì)自己的方案。這就是本次設(shè)計(jì)過程中最重要的心得。 初次進(jìn)行一次完整的設(shè)計(jì)，其中有許多的不足，還希望老師和同學(xué)們能多多批評(píng)指正，讓我做得更好。最后，向所有在本次設(shè)計(jì)過程中幫助和支持過我的老師和同學(xué)致以真誠(chéng)的謝意，特別是指導(dǎo)我設(shè)計(jì)的周老師，謝謝你。11.參考資料（1）機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)王昆 何小柏 主編 高等教育出版社（2）機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴 紀(jì)名剛 主編 高等教育出版社（3）機(jī)械制圖 王蘭美 主編 高等教育出版社強(qiáng)度滿足強(qiáng)度滿足34