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摘要齿轮减速器的设计与制造直接影响着传动的平稳性、可靠性、寿命以及劳动生产率,CAD技术为齿轮减速器设计的柔性化、快速化和自动化提供了有效的途径。遵循机械设计的一般方法,运用智能设计系统开发工具DEST建立齿轮减速器的智能设计系统,以完成齿轮减速器的方案设计、详细设计以及工艺设计,能够更好地缩短设计周期,提高齿轮减速器的设计与制造质量。
关键词智能设计 齿轮减速器 知识库 知识表达
中图分类号:TH16文献标识码:A
齿轮减速器是各类机械设备通用的传动基础件,轮减速器是机械传动中最重要的一种减速装置。随着机、电、仪产品向着多品种、小批量和高柔性的方向发展,客观上要求齿轮减速器的设计也应具有较大的柔性。CAD技术为齿轮减速器设计的柔性化、快速化和自动化提供了有效的途径。因此,采用特征造型和参数化技术进行齿轮减速器设计,能够更好地缩短设计周期,提高齿轮减速器的设计、制造质量。我国每年产量上百万台,形式规格繁多,器齿轮设计计算、工艺、机床、道具和检验仪器都比较复杂,堪称一个专业领域。齿轮减速器的结构典型,开发齿轮减速器智能设计系统具有很强的示范作用和实际应用价值。
专家系统是一个智能计算机程序系统,其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验,能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说,专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统,它应用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。
1开发平台
DEST它由C语言开发,采用基于框架、规则、方法的面向对象的知识表示,提供多推理机,具有很强的符号推理能力和数值计算能力;用户可以自定义外部函数,具有开放性;其知识库所具备的面向对象的结构特征使得它为设计类知识库的开发和维护提供了良好的环境,同时系统具有较高的推理速度和运行效率。
DEST推理工作分为两个阶段:(1) 将设计知识描述出来并编译为知识库源代码,即知识的表示阶段,即知识的编译;(2) 根据当前的设计任务的需求,利用已有的知识内容进行推理,得出理想的设计方案,即知识的利用阶段,即知识的推理。
编译是知识表示的主要环节,而推理则是诸多基于知识库的协调工作。这两个功能在结构上相对分离,使得知识的表示和知识的推理相对独立,推理机构的工作不依赖于知识的内容,只要是知识按照知识表示语言规范描述的,即可进行推理,所以从应用的角度出发DEST的结构也可以表示为:
2 齿轮减速器智能设计系统的设计
2.1 材料的选择
所选的齿轮材料应考虑与毛皮制造方法协调,并检查是否与齿轮尺寸大小相适应。例如,齿轮直径较大时,多用铸造毛皮,应选铸钢、铸铁材料。小齿轮分度圆直径d与轴的直径ds相差很小(d<1.8ds)时,可将齿轮与轴做成一体,成为齿轮轴,因此所选材料应兼顾轴的要求。廷议减速其中各级传动的大小齿轮的材料,没有特殊情况应选用相同的牌号,以减少材料品种和工艺要求。
2.2 齒面硬度的选择
锻钢齿轮分软齿面(HBS≤350)和硬齿面(HBS≥350)两种,应按工作条件和尺寸要求来选择齿面硬度。大小齿轮的齿面硬度差一般为:
软齿面齿轮HBS1- HBS2≈30～50
硬齿面齿轮HRC1≈HRC2(注脚1为小齿轮,注脚2为大齿轮)
2.3 有关计算所得参数与几何尺寸的圆整
齿轮传动的尺寸与参数的取值,有些应取标准值,有些则应圆整,有些则必须求出精确数值。
2.4 有关设计过程中的试算问题
减速器内传动零件设计计算设计问题很多,常常反复试算才能得到满意的结果,如齿轮的传动配凑中心距,有如由于蜗杆传动副的材料不同,其使用的相对滑动速度范围也不相同,因此选材料时要粗估相对滑动速度,并且在传动尺寸确定后,校验器滑动速度,检查所选材料是否适当,并修正有关初始数据。
2.5 齿数Z的选择
以船里为主的齿轮传动中,闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的平稳性,当弯曲强度满足要求是,小齿轮的齿数宜选的多一些,一般可取Z1=20~40;开式齿轮传动一般转速低,齿面磨损会使齿轮的抗弯能力降低,为使齿轮不宜过小,小齿轮的齿数不宜选用过多。
3 推理过程
推理机的性能与构造一般与知识表示方式以及组织方式有关,但与知识的内容无关,这有利于保证推理机与知识库的相对独立性,当知识库中的知识有变化时无需修改推理机。本文的体系结构中为了使推理机和知识库之间相对独立,对知识库中的对象加以包装。这是因为在设计知识库的时候使用了文本映射的形式描述对象的属性和方法,但是在实际推理过程中我们需要首先逆序列化,即能够通过文本映射完成对于对象属性和方法的访问。
本系统采用正向推理如下图所示:
4 知识库的表达
知识库知识是构成专家系统的基础,知识越丰富,质量越高,解决问题的能力就越强。知识的功能性与服务性集中体现在对知识的有机组合与管理方面,而基于数据库技术的组织与管理系统可以实现这一目标。其中知识库是用来存放知识的实体。在知识库中的知识具有无矛盾性和无冗余性。知识库所需存贮容量巨大,一般容量远远超过数据库的存贮容量。在知识库的支持下,快速有效的知识存取功能是知识库实现实用化的一个关键。
推理机构是利用知识的执行体,是决定知识库系统性能好坏和工作效率高低的关键部件。知识库管理系统是知识库建立、更新、维护、管理、使用的功能体。知识获取接口是完成从知识源抽取的知识,通过向某一种知识表示语言的转换,并完成知识同化的功能部件。用户接口是一种向用户提供使用知识库的手段,并向用户提供问题求解答案的功能部件。以传动方式的产生式规则知识结构为例:
5实例推理结果
由已知输入:运输带拉力F=10000N;
运输带线速度V=0.3m/s;
驱动卷筒直径500mm;
……
得到如下的推理结果
通过在智能设计系统开发工具DEST上开发,可提高设计的效率,建立一个完善的齿轮减速器智能设计系统。该系统运行初始阶段要求设计人员输入设计信息,并可以在不同的设计环境下,根据用户需要进一步咨询用户,系统自动设计出齿轮减速器的方案,其中包括传动装置的选择,电动机的选择,齿轮材料以及型号、尺寸的选择。在方案设计中系统可以随时向用户提供设计过程信息,并可以对设计决策进行解释。
参考文献
[1]周济,查建中,肖人彬. 智能设计[M ]. 北京:高等教育出版社, 1998.
[2]肖人彬,陶振武,刘勇.智能设计原理与技术.北京:科学出版社,2006.
[3]万苏文.机械设计基础课程设计与实验指导书.重庆:重庆大学出版社, 2009.2.
[4]于惠力,张春宜,潘承怡.机械设计课程设计.北京:科学出版社,2007.
[5]同济大学.机械设计基础.人民教育出版社,1979.
[6]王旭,王积森.机械设计课程设计.北京:机械工业出版社,2007.8.
[7]刘学光,文波. 齿轮减速器设计参数的优化计算方法.
[8]戴娟,夏尊凤,汪大鹏. 圆柱齿轮减速器设计中应考虑的问题.机械,2006.4.
[9]贺四清,张永何,马康民. 基于特征与参数化的齿轮减速器设计.现代机械,2003.4.
[10]彭先珍,邓跃红.齿轮减速器设计软件的开发与应用.机械设计与制造,2001.3.
关键词智能设计 齿轮减速器 知识库 知识表达
中图分类号:TH16文献标识码:A
齿轮减速器是各类机械设备通用的传动基础件,轮减速器是机械传动中最重要的一种减速装置。随着机、电、仪产品向着多品种、小批量和高柔性的方向发展,客观上要求齿轮减速器的设计也应具有较大的柔性。CAD技术为齿轮减速器设计的柔性化、快速化和自动化提供了有效的途径。因此,采用特征造型和参数化技术进行齿轮减速器设计,能够更好地缩短设计周期,提高齿轮减速器的设计、制造质量。我国每年产量上百万台,形式规格繁多,器齿轮设计计算、工艺、机床、道具和检验仪器都比较复杂,堪称一个专业领域。齿轮减速器的结构典型,开发齿轮减速器智能设计系统具有很强的示范作用和实际应用价值。
专家系统是一个智能计算机程序系统,其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验,能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说,专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统,它应用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。
1开发平台
DEST它由C语言开发,采用基于框架、规则、方法的面向对象的知识表示,提供多推理机,具有很强的符号推理能力和数值计算能力;用户可以自定义外部函数,具有开放性;其知识库所具备的面向对象的结构特征使得它为设计类知识库的开发和维护提供了良好的环境,同时系统具有较高的推理速度和运行效率。
DEST推理工作分为两个阶段:(1) 将设计知识描述出来并编译为知识库源代码,即知识的表示阶段,即知识的编译;(2) 根据当前的设计任务的需求,利用已有的知识内容进行推理,得出理想的设计方案,即知识的利用阶段,即知识的推理。
编译是知识表示的主要环节,而推理则是诸多基于知识库的协调工作。这两个功能在结构上相对分离,使得知识的表示和知识的推理相对独立,推理机构的工作不依赖于知识的内容,只要是知识按照知识表示语言规范描述的,即可进行推理,所以从应用的角度出发DEST的结构也可以表示为:
2 齿轮减速器智能设计系统的设计
2.1 材料的选择
所选的齿轮材料应考虑与毛皮制造方法协调,并检查是否与齿轮尺寸大小相适应。例如,齿轮直径较大时,多用铸造毛皮,应选铸钢、铸铁材料。小齿轮分度圆直径d与轴的直径ds相差很小(d<1.8ds)时,可将齿轮与轴做成一体,成为齿轮轴,因此所选材料应兼顾轴的要求。廷议减速其中各级传动的大小齿轮的材料,没有特殊情况应选用相同的牌号,以减少材料品种和工艺要求。
2.2 齒面硬度的选择
锻钢齿轮分软齿面(HBS≤350)和硬齿面(HBS≥350)两种,应按工作条件和尺寸要求来选择齿面硬度。大小齿轮的齿面硬度差一般为:
软齿面齿轮HBS1- HBS2≈30～50
硬齿面齿轮HRC1≈HRC2(注脚1为小齿轮,注脚2为大齿轮)
2.3 有关计算所得参数与几何尺寸的圆整
齿轮传动的尺寸与参数的取值,有些应取标准值,有些则应圆整,有些则必须求出精确数值。
2.4 有关设计过程中的试算问题
减速器内传动零件设计计算设计问题很多,常常反复试算才能得到满意的结果,如齿轮的传动配凑中心距,有如由于蜗杆传动副的材料不同,其使用的相对滑动速度范围也不相同,因此选材料时要粗估相对滑动速度,并且在传动尺寸确定后,校验器滑动速度,检查所选材料是否适当,并修正有关初始数据。
2.5 齿数Z的选择
以船里为主的齿轮传动中,闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的平稳性,当弯曲强度满足要求是,小齿轮的齿数宜选的多一些,一般可取Z1=20~40;开式齿轮传动一般转速低,齿面磨损会使齿轮的抗弯能力降低,为使齿轮不宜过小,小齿轮的齿数不宜选用过多。
3 推理过程
推理机的性能与构造一般与知识表示方式以及组织方式有关,但与知识的内容无关,这有利于保证推理机与知识库的相对独立性,当知识库中的知识有变化时无需修改推理机。本文的体系结构中为了使推理机和知识库之间相对独立,对知识库中的对象加以包装。这是因为在设计知识库的时候使用了文本映射的形式描述对象的属性和方法,但是在实际推理过程中我们需要首先逆序列化,即能够通过文本映射完成对于对象属性和方法的访问。
本系统采用正向推理如下图所示:
4 知识库的表达
知识库知识是构成专家系统的基础,知识越丰富,质量越高,解决问题的能力就越强。知识的功能性与服务性集中体现在对知识的有机组合与管理方面,而基于数据库技术的组织与管理系统可以实现这一目标。其中知识库是用来存放知识的实体。在知识库中的知识具有无矛盾性和无冗余性。知识库所需存贮容量巨大,一般容量远远超过数据库的存贮容量。在知识库的支持下,快速有效的知识存取功能是知识库实现实用化的一个关键。
推理机构是利用知识的执行体,是决定知识库系统性能好坏和工作效率高低的关键部件。知识库管理系统是知识库建立、更新、维护、管理、使用的功能体。知识获取接口是完成从知识源抽取的知识,通过向某一种知识表示语言的转换,并完成知识同化的功能部件。用户接口是一种向用户提供使用知识库的手段,并向用户提供问题求解答案的功能部件。以传动方式的产生式规则知识结构为例:
5实例推理结果
由已知输入:运输带拉力F=10000N;
运输带线速度V=0.3m/s;
驱动卷筒直径500mm;
……
得到如下的推理结果
通过在智能设计系统开发工具DEST上开发,可提高设计的效率,建立一个完善的齿轮减速器智能设计系统。该系统运行初始阶段要求设计人员输入设计信息,并可以在不同的设计环境下,根据用户需要进一步咨询用户,系统自动设计出齿轮减速器的方案,其中包括传动装置的选择,电动机的选择,齿轮材料以及型号、尺寸的选择。在方案设计中系统可以随时向用户提供设计过程信息,并可以对设计决策进行解释。
参考文献
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[10]彭先珍,邓跃红.齿轮减速器设计软件的开发与应用.机械设计与制造,2001.3.