6.6 初始數據一致化處理
至此，可對圓柱齒輪減速器設計的初始數據進行一致化處理。本文僅以圓柱減速器承受變交載荷時對載荷的處理說明如下：
輸入的交變載荷如圖6-3所示。當量載荷按下式計算：
Teq=∑（NiTi)/NLeq
Ni=60ni*k*hi
NLeq=∑Ni
其中，k齒輪每轉同側齒的嚙合次數；
Ti（i=l,2,3，…，N）為減速器各級載荷（扭矩單位N·M)；
Ni(i=1,2,3，…，N）為減速器各級載荷相對應的應力循環(huán)次數；
ni(i=l,2,3,…，N）為第i級載荷齒輪的轉速r/min ；
hi(i=l,2,3，…，N）在第i級載荷下齒輪的工作小時數；
p齒輪材料與熱處理的特性系數，見表6-6。
6.7齒輪傳動幾何參數設計
1.按強度經驗公式計算齒輪傳動幾何參數
齒輪傳動計算是機城設計中非常典型的過程，其中有計算，有經驗規(guī)則，要處理大量的圖線數表知識，同時還有許多回溯過程。本系統(tǒng)采用的方法是過程加其它知識的處理方式進行，具主要步驟見圖3-l。
2.齒輪強度校核
齒輪強度的校核包括齒輪接觸強度校核，齒根彎曲強度校核和過載能力校核三部分。強度校核部分和強度計算部分有著不可分離的聯系，其過程見圖3-1。
齒輪強度計算和校核過程中，大量地使用能夠使計算向有利于解的方向發(fā)展的啟發(fā)式知識，如：
（1）當重合度為1～1.1，螺旋角不在10°、13°范圍內時，調整齒輪寬度或（和）齒輪模數的方法；
（2）當總變位系數不在0.5～1.2 范圍內時，按不同的條件調整大（或�。X輪齒數的方法；
（3）當接觸強度安全系數不滿足要求時，改變傳動參數的方法；
（4）當齒根彎曲強度安全系數不滿足要求時，改變傳動參數的方法。
3.齒輪潤滑與膠合安全系數
齒輪潤滑與膠合安全系數計算包括潤滑劑特性值、齒面粗糙度系數、最大嚙合長度、齒形膠合特性值、允許接觸應力、節(jié)點接觸應力等計算過程。
4.輪齒最大剪切應力探度與滲碳層有效深度
本項計算的內容有各種曲率半徑及系數、接觸應力分布寬度、斯特利勃接觸應力、赫茲應力等。
5.圓柱齒輪減速器熱功率計算
熱功率計算主要考慮環(huán)境條件和減速器類型等因素，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傳動軸設計
1.軸的結構設計
抽是減速器的重要零件，它既承受彎矩又承受扭矩，受力情況十分復雜。減速器軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。
軸的結構通常為階梯軸，階梯的級數以及各階梯的直徑和長度，應綜合考慮軸上零件和裝配固定形式，軸的加工工藝性等因素進行設計，階梯數以易于安裝，同時減少加工次數為主要原則。通過大量統(tǒng)計分析分類，系統(tǒng)采用七種軸的結構形式，分別用框架表示。表6-8其中一類軸的定義形式。其中，表中主要內容：12為段數，chatnfered-shoulder、…，nose、…分別為軸段特性、尺寸、加工特性等，第九行中的shaft-gear為連軸式齒輪，最后一列的gear-No為該齒輪的編號，可以作為索引查詢到該齒輪的參數。在確定尺寸時，某類軸的形式有時會發(fā)生變化。例如，階梯軸某一段長度為零時，這一階梯軸段便在設計圖紙上消失。
2.軸段尺寸
軸的直徑的確定，各段按下列進行：
軸伸直徑dha，按下列計算式確定：
其中，A,n,P1分別為材料系數，計算軸的轉速和功率。
軸伸擋肩直徑一般為軸承內徑dg（密封處直徑與軸承內徑相等）；
當dha≤50，按標準確性直徑選dg比dha大兩級；
當dha>50，按標準直徑選dg比dha大一級；
當由于軸伸強度及軸承內徑dg，齒輪孔徑曲的限制，不能形成多臺肩時，允許dg=dha,即軸伸無臺肩。
其它直徑，如齒輪安裝處等，按相應的結構尺寸確定。
軸承處直徑按計算選取時，有時需要作進一步的修改，即選擇的軸承內徑與計算的軸徑不一致（軸徑系列與軸承系列不同），這時會影響到軸的全部直徑。
傳動軸各段的長度，需要在箱體設計之后進行，見§6.11。
3.軸的公差與配合（見6.13）。
4.鍵的選�。ㄒ姟�6.12）。
6.9齒輪結構的選擇與參數設計
圓柱齒輪減速器采用的齒輪有取造齒輪和焊接齒輪。鍛造齒輪其結構分連軸式、整體式、平輻板式等，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計輸出，其中4為齒輪編號。
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
軸承系標準件，在設計時主要的任務是選用。在圓柱齒輪減速器，多采用滾動軸承。軸承的選用，一般考慮如下幾個因素：軸承所受的載荷方向，轉軸的轉速，旋轉精度的要求，載荷的平穩(wěn)性因素，徑向尺寸的要求，軸的剛度，軸承安裝及一致性要求等。具體選用原則如下規(guī)則所示。
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，軸承的選用也是一個系列，如ORDER2系列有軸承（3600 3500 (3000 3282000）……）等。對于系統(tǒng)數據庫音時不存在的軸承數據，系統(tǒng)通過運行物入而加以擴充。
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，D1ou、2ou、a分別為小、大齒輪軸軸承外徑，軸承孔中心距。
固定方式可參閱《文搞》。
6.11 箱體設計
箱體是減速器所有零件的安裝基礎件，從設計上必須保證足夠的剛度，強度，良好的加工工藝性，便宜安裝、拆卸及維修等，它由兩部分組成，箱蓋及底座。
箱體分鑄造箱體和焊接箱體。這里，僅以鑄造箱體內例。
在進行圖1-1、圖1-2-1、l-2-2、1-2-3種類的圓柱齒輪減速器設計時，箱體是種類最多，變化程度最大的部件，因此，不可能建立一種統(tǒng)一的模式。根據傳動方案的不同，箱體形狀會發(fā)生很大的變化，設計工作量極繁重。通過分析，本系統(tǒng)采用的方法是通過框架來表達箱體設計的大量知識，如表6-11所示的框架是圖1-2-2 中第9號箱體的結構定義式。
通過表3-3的求值，并對箱體敵據表6-9 的填值，完成減速器箱體的設計。
6.12傳動軸結構參數長度的設計計算
箱體結構及尺寸設計完成后，便可進行傳動軸結構參數長度的設計計算。軸的各段長度，決定于軸上零件的寬度，零件間的相對位置，傳動布置，箱體尺寸以及安裝要求等。傳統(tǒng)的設計方法是根據草圖進行設計，專家系統(tǒng)則要求精確的數值計算。軸段長度的計算是通過其知識框架和嵌套在框架中的過程知識進行，如表6-10所示。過程知識主要用于非規(guī)律性知識的求值。在計算時，§6.8中定義的軸的結構有時會發(fā)生變化，這主要表現在
軸段安裝時的限制因素導致軸段發(fā)生變化，從而某段在軸上消失。
6.13密封件、鍵以及其它附件的設計
1.密封件的形式有許多種，如氈封式，圓形間除式，墊圈式，皮碗式，迷宮式，聯臺式等，根據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，并進行了設計，其設計結果參數如表6-11所示。
注：表中各項參數分別為端蓋外緣參數、外緣凸臺參數、端蓋軸孔徑處參數、端蓋內部凸臺參數、端蓋螺孔參數。
2.鍵的選擇
鍵是標準件，機械設計中，首先選擇鍵的類型，決定鍵及鍵槽的剖面尺寸，然后校核鍵的強度。鍵的類型選擇主要考慮以下因素：
①所傳遞的扭矩的大小，
②軸上零件是否需要移動；
③是否對軸上零件進行定位；
④鍵在軸上的位置等。
一般情況下，減速器中軸上零件與軸采用平健聯接。
根據聯接處軸徑，鍵及鍵槽的剖面尺寸按表6-12選擇，鍵的長度可取等于或小于輪毅長。
鍵接的強度校核包括工作面的比壓和鍵的抗翦強度，由下式決定：
P=（2*T）/（d*k*l）≤[P] N/mm
t=（2*T）/（d*b*l）≤[t] N/mm
式中，p、t、T、d、k、l、b分別為工作面比壓、鍵軸向剖面剪應力、軸傳遞的扭矩、連接處的軸徑、鍵的工作高度、長度、寬度。
其它內容，如銷，螺栓等等，便一一略去了。
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、軸承、聯軸器，軸承與箱體等。配合的選擇需要考慮的因素較復雜，如緊固要求、對中性要求、裝配和拆卸要求等，各類推薦的配合種類見有關的標準、手冊。本系統(tǒng)中用框架形式表示配合知識，形式如表6-13。
其中：fit-face：零件間配合的表面，如shaft-gear,shaft-bearing等；
the-kind：相配合零件的種類，如對軸承來講，是球軸承還是其它；
load-type：載荷的種類；
accuracyl：相配合零件l的精度；
accuracy2：相配合零件2的精度；
dimension：相配合零件的尺寸范圍；
fit-type：配合種類。
配合框架知識元的知識的運行過程為依次對fi-face槽、the-kind側面、load-type側面、accuracyl側面、accuracy2側面、dimension側面匹配，若成功，將返回的知識加入到專家系統(tǒng)的上下文中；否則系統(tǒng)將根據當前運行狀態(tài)提問，要求輸入相應的配合方式。
6.15 概算圓柱齒輪減速器體積、重量
1.圓柱齒輪減速器體積
概算體積V不計軸伸、通氣帽等尺寸，按下式計算：
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，GW1為機體、機蓋重量，通過簡化六面體并乘于相應的系數得到；
GW2為齒輪重量，按不同的齒輪分別進行計算；
GW3為高速軸齒輪軸部分重量；
GW4為中間軸齒輪軸部分重量；
Gw5為低速軸重量；
1.2為考慮其它零件、附件時的系數。
6.16 圓柱齒輪減速器價格、生產周期
1.圓柱齒輪減速器價格主要考慮齒輪材料、精度，減速器中心距，總重量等因素，如表6-14。專家系統(tǒng)設計中，可用框架表示（表6-15 ):
2.生產周期主要由減速器中心距決定，同時計算出磨齒工時，滾齒工時和滲碳工時。
表6-14圓柱齒輪減速器價格
| 中心距mm |
80 |
100 |
112 |
125 |
140 |
160 |
180 |
200 |
… |
單價
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；
②該表為滲破淬火磨齒齒輪、6 級精度；
當為滲碳淬火不磨齒齒輪、7級精度時，價格按表6-15乘以系數0.7；
當為調質中硬度齒面HB286～360、7級精度時，價格按表6-15乘以系數0.55；
當為調質齒輪HB217～286、8級精度時，價格按表6-15乘以系數0.35；
當中心距不在表列之中時，可按插值法計，大于710mm時，按每噸1.4萬元計。
6.17 減速器設計方案的評價與選擇
通常倩況下，滿足設計條件的機械產品的設計方案并不是唯一的。因此，在專家系統(tǒng)中需要具備對多種方案進行評價決策的能力，通過某種評價準則，對產品的設計方案進行優(yōu)劣排序并決策一種最優(yōu)方案，同時提供有關信息和建議．對圓柱齒輪減速器設計方案的評價本文采取以下三種方法：
1.加權平均法：任一設計方案都含有許多衡量性能的指標，某一指標為最優(yōu)的方案并不一定就是所有方案的最優(yōu)者。所以，需要對所有性能指標進行綜合評價。又由于用戶根據不同的要求而對不同的性能指標有所側重，為了反映這種側重性，采用加權的方法，即對要求較高的指標分配較大的權系數，故加權平均的綜合評價方法可表示為：
上兩式中，P是綜合評價的結果，qj是第j個指標所占的權重，是根據設計的實際需要確定的，qj是第j個指標的單因素評價。使用時，sj在數量上均相對于第一個方案進行歸一化處理，轉化為無量綱的指標量。本文采用減速器齒輪重量、箱體重量、軸重量、體積、減速器承載能力、結構復雜性系數、傳動齒輪圓周速度等七項指標組成。
2.減速器承載能力比較法：對所設計的減速器的承載能力進行比較，優(yōu)選承載能力大的減速器。
3.結構合理性比較法：對沒有特殊設計要求的減速器進行結構合理性比較，如大、小齒輪直徑比是否超標；減速器的總高、總寬和總厚比是否合理。
6.8 系統(tǒng)的輸出
圓柱齒輪減速器設計完成后，其結果為一系列表（LISP 語言形式）組成的結果。為了使專家系統(tǒng)的結果方便地被用戶所理解，系統(tǒng)設置有相應的輸出函數，并以表格的形式，輸出所需的設計數據。下表（表6-16）為專家系統(tǒng)設計的一一級圓柱齒輪減速器的示例。
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