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2011 屆本科畢業(yè)設計(論文)
外文文獻翻譯
學 院： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械工程及自動化(機械制造)
姓 名： 楊 堯
學 號： 070607109
(用外文寫)
外文出處： CHINESE JOURNAL OF
MECHNICAL ENGINEERING
Vol.22，No.5,2009
附 件： 1.外文資料翻譯譯文2.外文譯文
附件1：外文資料翻譯譯文
基于范例推理的兩級齒輪減速器設計系統(tǒng)的研究
Ji Aimin1，2，*HUANG Quansheng1，XU Huanmin1，andCHEN Zhengming3
1 College ofMechanical and Electrical Engineering,Hohai University,Changzhou 213022，China
2 StateKeyLab ofCAD&CG,Zh~iang University,Hangzhou 310058,China
3 College ofComputer and Information Engineering,Hohai University,Changzhou 213022，China
Received November 18，2008；revised May 22，2009；accepted August 10，2009；published electronically August 14，2009
摘要：兩級齒輪減速器的設計是一個繁瑣并且耗時的過程。為了提高設計過程的效率和智能化，兩級齒輪減速器的設計應用了基于范例推理（CBR）技術(shù)。首先，分析兩級齒輪減速器目前的設計理論并描述CBR的原則。第二，根據(jù)減速器的特點，研究CBR的三項關(guān)鍵技術(shù)并提供如下相關(guān)理論：(a)一個面向?qū)ο蟮闹R表示方法 （b）一種與鄰近歸納索引相結(jié)合的檢索方法 （c）一個結(jié)合基于人工修正規(guī)則修正的自適應算法案例。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的兩級齒輪減速器設計系統(tǒng)由VC++，UG和Access2003開發(fā)完成。該項研究提供了一種設計兩級齒輪減速器的新方法。如果上述開發(fā)的系統(tǒng)應用于設計兩級齒輪減速器，設計的效率將會得到提高，這使得設計者能夠從齒輪減速器繁瑣的設計中解脫出來，以便于將更多的努力放在創(chuàng)新設計上，該研究結(jié)果充分體現(xiàn)了在設計機械零件過程中，CBR技術(shù)的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞：兩級齒輪減速器，基于范例推理（CBR），特征權(quán)重，相似性
1 簡介
傳統(tǒng)的兩級齒輪減速器的設計方法是一個相當耗時的過程。甚至目前CAD都被應用于其設計過程，傳統(tǒng)設計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)于減速器設計方法的研究，主要包括減速器的參數(shù)化設計和專家系統(tǒng)（ES）。這兩種方法都有其各自的缺點：在參數(shù)化設計中需要考慮每個部件之間的關(guān)系，因為一個參數(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，這就要求設計師來熟悉減速器，并能使用設計軟件包括參數(shù)化設計的功能。此外在減速器的專家系統(tǒng)中知識的獲取是非常困難的，這是因為一些專家的知識很難用規(guī)則來表達。基于范例推理（CBR）可以改善這兩種缺點。在CBR中一個新的案例是在一個即存的案例的基礎上完成的，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]。事實上，案例通常要比規(guī)則或是模型提供更多的信息[3]。SUN， et al[4]開發(fā)了一個基于CBR的智能夾具設計系統(tǒng)。KW0NG, et al[5]，介紹了一種由先進的CBR系統(tǒng)來確定適當?shù)淖⑺軈?shù)的方法。LIU, et al[6]，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案例中的個案，并且給出了一個基礎案例來說明CBR系統(tǒng)在機械設計中的可行性。PETER[7]開發(fā)了一種在接觸力學領域?qū)ν评眍A處理階段的工程分析提供智力支持的自動化知識系統(tǒng)。XIONG，et al[8]提供了一個基于CBR的既實用又有創(chuàng)意的概念設計方法，其體現(xiàn)了工業(yè)設計方面的知識。這個系統(tǒng)縮短了概念設計的過程，幫助設計者們，并為后續(xù)開發(fā)提供了一個案例。然而上述成果更注重于CBR的基礎研究而不是與機械產(chǎn)品相結(jié)合的CBR技術(shù)。因此，我們以兩級齒輪減速器為例，對基于CBR的機械零件加工工藝進行討論。
2 CBR的關(guān)鍵技術(shù)
CBR是一種類似或類比的方法。當一個CBR系統(tǒng)解決一個新問題，它會從先前的案例中重新獲取一個或多個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)品設計系統(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，案例研究和案例庫維護，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別的傳統(tǒng)標志，并按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行編碼的功能。案例可以由一些方法進行描述，其中包括幀、對象謂語、語義網(wǎng)絡和規(guī)則等等，其中幀和對象謂語是最常用的方法。
案例檢索是一個按照特征參數(shù)索引值及其相似性來發(fā)現(xiàn)一個相關(guān)聯(lián)的案例或是更多類似的案例。Ref[9]將案例檢索分作三個部分：特征識別、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、特征識別、初步匹配和最優(yōu)選擇。數(shù)據(jù)采集的觀測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中提取關(guān)鍵特性來確立有效的指標。特征識別的目的是要選出新案例的關(guān)鍵特征。特征識別常指關(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。這些典型的實例檢索方法包括最鄰近法，索引歸納法，信息導引法，信息神經(jīng)元索引法和模板檢索法。
3 基于案例推理（CBR）的兩級齒輪減速器的設計
3.1 案例庫的建立
3.1.1 案例描述
本文使用的是面向?qū)ο髮拥囊粋€案例表示模型[11-12]，這向上一層的軟件提供了一個統(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?、?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作維護和靈活性的擴張，并給出了具體的關(guān)系保護模型，并按照映射原理和轉(zhuǎn)換機理建立一個透明的對象，并對其進行合理且有效的管理。映射原理的對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)庫的關(guān)系模型之間的一種轉(zhuǎn)換關(guān)系。對象模型層，數(shù)據(jù)庫，以及其他功能模型間的關(guān)系顯示在Fig.2上。
兩級齒輪減速器是一個復雜的組合，為了案例表述的方便，我們將兩級齒輪減速器分成五個組件類和兩個部分組。
五個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。最終每個部分組將會映射到其潛在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的位置。因此兩級減速器的對象知識模型顯示在Fig.3中。
3.1.2 案例庫的建立
根據(jù)Fig.3中顯示的兩級減速器的案例表述模型，兩級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)庫的底層，從而建立了案例庫。在底層的數(shù)據(jù)庫中，每個目錄都包括了“案例序號”。這種關(guān)系在每個部分的映射表和減速器的映射表之間由“案例序號”來建立的。Fig.4顯示了在兩級齒輪減速器的數(shù)據(jù)庫軟件的案例庫儲存模式是屬于Access的。由于空間有限，本文并不細述部分組在Access中的儲存模式。
3.2 案例檢索
本文運用的是最鄰近法和索引歸納法相結(jié)合的檢索方法，這是因為兩級齒輪減速器設計是一個有著長時期的經(jīng)驗過程，而且是在兩級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行完整的檢索，并且使用最鄰近法來得到一個良好的
檢索。Fig.5顯示了詳細的檢索過程?，F(xiàn)在本文將依次描述基于案例推理的二級齒輪減速器設計的案例檢索的子過程和方法。
3.2.1關(guān)鍵特性的提取
源案例庫的特征是在關(guān)鍵特性的提取之前就得到預處理。 （1）數(shù)據(jù)的預處理。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小的區(qū)間擁有大部分相同數(shù)量的數(shù)據(jù)時，將原區(qū)間分為N個小區(qū)間（N是由用戶提供的離散數(shù)據(jù)）。第一個和最后一個區(qū)間在本文中將會得到延長：第一個區(qū)間的上限值改到零，最后一個區(qū)間的下限改為無窮，這是為了確保一個新案例的屬性值能有新的區(qū)間與之對應，因為基于案例推理（CBR）是一個不斷研究的過程（案例的數(shù)量將會不斷增加），并且避免在增加一個新的案例和檢索新的案例而不超過源案例庫的屬性值時，將小的區(qū)間再次分割。N個區(qū)間被標識為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，“精密級減速器”有三個可供用戶選擇的源案例庫：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識到。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。兩級減速器的關(guān)鍵特性選擇如下。Table.1給出了源案例庫。
首先，數(shù)據(jù)采集中顯著的無關(guān)特性會被直接剔除。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。傳動比，壽命以及傳遞效率的屬性被分作幾個相對應的小區(qū)間（傳動比：（0,15），和（15，+∞）；壽命：（0,350000），（350000,420000）和（42000，+∞）；傳遞效率：（0，0.94）和（0.94,1））。每個數(shù)字范圍區(qū)間都由0,1…按照順序進行排列。齒輪傳動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別屬性，而其他屬性被看作決策屬性。按照識別屬性，案例庫被分為兩類（m=2）。第一類由六個案例組成，其排列形式是擴大形式（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，Gη=0.01；這里，Gp表示的是傳遞功率的增益，Gi表示傳動比的增益，GLh表示壽命的增益，Gη表示傳動效率的增益。因此傳遞功率，傳動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過程，即從案例庫中選出與當前設計實例相關(guān)的一組案例。這個過程是由所有關(guān)鍵特征和決策信息增益計算所建立的索引表所實現(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，所以它對關(guān)鍵特征權(quán)重的計算和案例相似性的是不可缺少的。
（1） 特征權(quán)重
特征權(quán)重是被用來計算特征的重要性。它可以影響邏輯結(jié)果的準確性。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，而客觀發(fā)的信息來自于原始的統(tǒng)計數(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、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的。使αij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ω1i可以由下面這個公式計算得到。
粗糙集理論是一種針對知識分類的數(shù)據(jù)推理方法，主要適用于分析知識簡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判所有特征的重要性。關(guān)于權(quán)重計算的相關(guān)公式如下：
這里 γ（C,D）—屬性即C和D的可靠度
|POS（C,D）|—合集中要素的序號
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
ω2i—由粗糙集理論獲得的特征i的權(quán)重
本文運用一種層次分析法（AHP）和粗糙集理論相結(jié)合的方法來彌補兩種方法的缺點。這種聯(lián)合法是根據(jù)線性疊加原理進行組合。這種物質(zhì)合并方式顯示在公式(5)中。
這里 ω1i—按照層次分析法獲得的特征權(quán)重
ω2i—按粗糙集理論獲得的特征權(quán)重
α—系數(shù)
根據(jù)合并的方法，減速器關(guān)鍵特征的三個權(quán)重如傳遞功率的屬性，ω1=0.52；傳動比的屬性，ω2=0.28；壽命屬性，ω3=0.20（假設α=0.5）
（2）相似性
兩級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。本文運用公式（6）和（7）來計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：
兩個案例間的相似性：
這里 dink—案例n和案例k的第i個屬性間的相關(guān)距離，
Vni—案例n的第i個屬性的特征值，
Vki—案例k的第i個屬性的特征值，
SDink —案例n和案例k第i個屬性的相似性，
sim（n，k）—案例n和案例k的相似性，
ωt—第i個特征的權(quán)重，
n—特征序號。
假設設計其設計條件顯示于Table.3中的兩級齒輪減速器，和檢索顯示在Table.4中的兩個案例。
每個關(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）計算得到 。
3.3 案例修正
本文應用結(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)驗公式，計算公式。例如，小齒輪通常是指齒寬在5-10mm的齒輪。而且條件限制是進行設計可行性評價的主要措施，正如齒輪接觸疲勞強度的檢驗公式，以及齒根彎曲疲勞強度等等。
4 系統(tǒng)開發(fā)
基于CBR的第二類箱體減速器設計系統(tǒng)的流程顯示在Fig.8中?；贑BR的兩級減速器的設計系統(tǒng)常使用VC++，UG和Access2002作為工具進行開發(fā)，這包括五個模塊：文件管理、案例檢索、案例修正、進入UG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修改檢索到的案例的。進入UG模塊是用來從案例庫中調(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。
下面的一個實際的例子被給來詮釋基于CBR系統(tǒng)的運行過程。假設設計一個二級齒輪減速器，而它的設計需要有：傳遞功率 5.36kw，傳動比為11.06，壽命為310 000h。該系統(tǒng)的運行過程如下。
（1）如Fig.10的登錄主界面所示，是進入該系統(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，是因為它的相似性最大。按照分析，我們很容易發(fā)現(xiàn)案例3和準備設計的案例的偏差小于5%。所以案例3可以作為新設計的結(jié)果。
如果檢索結(jié)果和將要設計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。當最大相似性的檢索結(jié)果和將被設計的案例之間的傳遞功率屬性的偏差大于5%時，它表示沒有最佳的相似案例，這就需要重新設計。在完成設計使，需要確定新案例的相對索引值，并且新案例將被保存在案例庫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)果和將要設計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度。按照合并規(guī)則，即檢查齒輪疲勞強度公式，檢查軸的疲勞強度公式，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中。例如，給出的設計數(shù)據(jù)是傳遞功率6.50kw，傳動比11.07，壽命310 000h。案例3被檢索到。眾所周知，通過計算檢索到的案例和將被設計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軟件是通過進入UG模塊運行的，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中。在Fig.14中的對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可見。
5 結(jié)束語
（1）兩級齒輪減速器的案例由面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ蛠肀硎镜?，這使得減速器表達的信息更為便利和準確，并且有利于案例檢索。
（2）根據(jù)二級齒輪減速器設計的實際情形，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的兩級齒輪減速器設計系統(tǒng)已成功地開發(fā)出來。這個系統(tǒng)使得二級齒輪減速器設計更為容易，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。案例庫中擁有足夠的案例是基于CBR的兩級減速器設計系統(tǒng)運行的先決條件。如果特定的兩級減速器的設計要求得到滿足，相關(guān)的案例必須添加到案例庫中。
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作者簡介
JI Aimin．born in 1965．is currently a professor and a master
candidate supervisor in College of M echanical and Electnca1
Engineering．Hohai University,China．a(chǎn)nd State Key Lab of CAD&CG．Zheiiang University,China．He received his PhD degree from University of Science and Technology of China in
2001． His research interests include digital design and
manufacturing，Coriolis mass flow measurement system，etc．
Te1：+86-519—85l91959；E-mail：jam@ustc．edu
HUANG Quansheng，born in 1983，is currently a master
candidate in College of M echanical and Electrical Engineering，
Hohai University,China．E—mail：huanquans@126．com
XU Huanmin．born in 1974。is currently a lecmrer in College of
M echanical and Electrical Engineering，Hohai University,China．She received her PhD degree from Nanjing University of Scienceand Technology,China，in 2008．Her research interests includeprocess reasoning based on mathematical logic decision-makinglogic method，etc．
E-mail：alexandra xu2003( vahoo．corn．cn)
CHEN Zhengming，born in 1965，is currently a professor and a
PhD candidate supervisor in College of Computer and
Information Engineering，Hohai University,China．He received
his PhD degree from Zhejiang University,China，in 2001．His
research interests include in feature modeling and recognition，CAD／CAM integration，etc．
E-mail：zmchen@hhuc．edu．cn
附件2：外文原文
指導教師評語：
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年 月 日
備注：畢業(yè)論文、開題報告、文獻綜述封面填寫要求：漢字用宋體，三號，阿拉伯數(shù)字用Times New Roman字體，三號，日期格式為：2007-05-12，字體Times New Roman，三號，對齊方式為橫線居中。
目錄
1.傳動方案的分析 （1）
2.電動機的選擇 （1）
3.轉(zhuǎn)動裝置的設計 （2）
4轉(zhuǎn)動件的設計 （3）
5.軸的設計 （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.潤滑與密封 （23）
10.設計小結(jié) （23）
11.參考資料 （23）
設計計算與說明
主要結(jié)果
1. 傳動方案的分析
傳動方案如下：
為兩級圓柱齒輪減速器。齒輪為斜齒輪，總傳動比大，結(jié)構(gòu)簡單，應用廣。斜齒輪傳動時，傳動平穩(wěn)。鏈傳動運動不平穩(wěn)，為減小沖擊和振動，將其布置在低速級。
2. 電動機的選擇
1.工作機的輸出功率：
滾筒的轉(zhuǎn)速：
2.工作機的有效功率
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%
工作機輸出功率3040w
滾筒轉(zhuǎn)速46.522r/min
總效率78.85%
設計與計算說明
主要結(jié)果
3.電動機的選擇：
所需電機功率=3040/78.85%=3855.22w。
參考文獻 查表20-1，可取Y112M-4型號。
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)動裝置的設計
1. 計算總轉(zhuǎn)動比：
=1440/46.522=30.953。
2. 分配各級轉(zhuǎn)動比
為使兩極的大齒輪有相近的浸油深度，高速轉(zhuǎn)動比和低速轉(zhuǎn)動比為
/=1.1-1.5。取1.3鏈轉(zhuǎn)動比為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/min
4. 各軸輸入功率
5. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
95503.855/1440=25.57N.m
電動機型號Y112M-4
各級轉(zhuǎn)動比依次為4.095
3.150.2.4
轉(zhuǎn)速為
1440r/m
351.65r/m
113.95r/m
各軸輸入功率為
3.855kw
3.828kw
3.676kw
3.530kw
3.215kw
各軸輸入扭矩
25.57N.m
設計計算與說明
主要結(jié)果
95503.828/1440=25.39N.m
95503.676/351.65=99.83N.m
9550 3.530/113.95=295.84N.m
95503.215/46.522=660.28N.m
以上數(shù)據(jù)整理如下：
項目
電動機軸
高速軸
中間軸
低速軸
卷軸
轉(zhuǎn)速（r/min）
1440
1440
351.65
113.95
46.522
功率（KW）
3.855
3.828
3.676
3.530
3.215
轉(zhuǎn)矩（N.m）
25.57
25.39
99.83
295.84
660.2
轉(zhuǎn)動比
1
4.095
3.15
2.4
效率
0.993
0.9603
0.9603
0.9108
4.轉(zhuǎn)動件的設計
（一）高速級齒輪的設計
1.選擇精度，材料，齒數(shù)。參考文獻（2）第十章
一般工作機，速度不高，選7級。
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.按齒面接觸強度計算：
即
1） 確定各計算值
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)=189.8
6.由圖10-21d，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa
=550MPa。
25.39N.m
99.83N.m
295.84N.m
660.28N.m
精度7級
材料40Cr
齒數(shù)21/85
設計計算與說明
主要結(jié)果
應力循環(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.許用接觸應力=（+）/2=531.21MPa。
2）計算
1.=35.55mm
2.V==2.680m/s
3.b==35.551=35.55mm
=/=
h=2.25=2.251.643=3.70mm
b/h=35.55/3.70=9.608
4. 計算縱向重合度
=0.318=0.318121tan14=1.665
5.計算載荷系數(shù)Ka=1.5
由V=2.680m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數(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
按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為
設計計算與說明
主要結(jié)果
==45.11
計算模數(shù)==（45.11cos）/21=2.08mm
3.按齒根彎曲強度計算
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
計算當量齒數(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，且為對稱循環(huán)。
=212.5MPa
=167.2MPa。
計算大小齒輪的，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
設計計算與說明
主要結(jié)果
設計計算
=1.59mm
綜合比較可取模數(shù)為2.5mm?？蓾M足彎曲強度和接觸強度。
4.幾何尺寸計算
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）低速級齒輪設計
1.選擇精度，材料，齒數(shù)。
一般工作機，速度不高，選7級。
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.按齒面接觸強度計算：
即
1） 確定各計算值
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)=189.8
6.由圖10-21d，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa
模數(shù)為1.59
最后取2.5
中心距為136
分度圓直徑為53.89
218.11
齒寬為60
55
7級
45鋼
齒數(shù)26/82
設計計算與說明
主要結(jié)果
=550MPa。
應力循環(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.許用接觸應力=（+）/2=531.5MPa。
2）計算
1.=58.02mm
2.V==1.0680m/s
3.b==58.021=58.02mm
=/=
h=2.25=2.252.165=4.8732mm
b/h=58.02/4.8732=11.909
5. 計算縱向重合度
=0.318=0.318126tan14=2.061
5.計算載荷系數(shù)Ka=1.5
由V=1.069m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數(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
設計計算與說明
主要結(jié)果
按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為
==72.827
計算模數(shù)==（72.872cos）/26=2.718mm
3.按齒根彎曲強度計算
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
計算當量齒數(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，且為對稱循環(huán)。
=225MPa
=174.8MPa。
計算大小齒輪的，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
設計計算與說明
主要結(jié)果
設計計算
=2.195mm
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取模數(shù)2.5，可滿足彎曲疲勞強度，但為了滿足接觸疲勞強度需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑72.827mm來計算應有的齒數(shù)，
，齒輪1取28，則齒輪2取3.15 28=89
4.幾何尺寸計算
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）鏈輪的設計
1.取小鏈輪齒數(shù)為17，則大鏈輪齒數(shù)為41。參考文獻（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.計算鏈節(jié)數(shù)和中心距
取=1000mm
相應的鏈節(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71.79
228.21
齒寬為80
75
齒數(shù)為17/41
設計計算與說明
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，查圖9-14可知采用滴油潤滑。
5. 有效圓周力：
壓軸力系數(shù)，則壓軸力為N
其總的轉(zhuǎn)動比為
其誤差為0.25%
5.軸的設計
（一）高速軸 參考文獻第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大7%，為16.6mm。故可選彈性柱銷聯(lián)軸器。
選HL2聯(lián)軸器2252GB5014-85
4.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
相對誤差
0.25%
設計計算與說明
主要結(jié)果
5.軸的受力分析如下：計算如下；力如下
（1）
設計計算與說明
主要結(jié)果
（2）
彎距如下
（1）
（2）
取最大值40385，扭矩為25390
6.校核軸的強度
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
強度滿足
設計計算與說明
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=112
4.軸的尺寸如下圖：受力圖如下：
設計計算與說明
主要結(jié)果
5計算：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）
設計計算與說明
（2）
最大值為（2）中的，扭矩為99830。
6.較核軸的強度。
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
由于有兩個鍵槽直徑需擴大1.1倍，為34.55mm。故最小處取為36mm。
4.尺寸如下
最大彎矩為147468
強度滿足
最小直徑36
設計計算與說明
主要結(jié)果
5.受力圖如下：計算如下：
（1）
設計計算與說明
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很大，切受扭矩。有應力集中，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。
抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù)
該處彎距是341259 ，扭矩295840 。
截面上的彎曲應力為
最大彎矩為345312
強度滿足
設計計算與說明
截面上的扭轉(zhuǎn)切應力為
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得，=735MPa，
=355MPa，=200MPa。
截面上由于應力集中形成的理論應力集中系數(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)表面強化處理，即=1可得綜合系數(shù)為；
計算安全系數(shù)：
>S=1.5
故可知其安全。
主要結(jié)果
安全系數(shù)滿足
設計計算與說明
6.軸承的校核
1.高速軸上的軸承校核。 參考文獻（2）13章
軸承為6206型號，無派生軸向力。
1.正向時，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，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)濟使用期限內(nèi)。
2.中速軸上的軸承校核
軸承為6306型號，無派生軸向力。
1.正向時，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
壽命為4.37年
軸承為6306
設計計算與說明
主要結(jié)果
，
2.反向時軸承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)濟使用期限內(nèi)。
3.低速軸上的軸承校核
軸承型號是7309C，有派生力。
1.正向時，兩軸承的徑向力分別為
Fa=634N。
初選e=0.4，，
Fa和軸承1的徑向力一致，
，。
，。
查表得，。
壽命為
3.48年
軸承為7309c
設計計算與說明
主要結(jié)果
，。
所以，。
，。
查表，無變化。查表得Y=1，X=0.44。
2.反向時，兩軸承的徑向力分別為
Fa=634N。
初選e=0.4，，
Fa和軸承2的徑向力一致，
，。
，。
查表得，。
，
所以，。
設計計算與說明
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。為剛性動連接，。
。
滿足強度要求。
2.齒輪2上的鍵，選擇鍵1063GB1096-97。為剛性動連接，。
滿足強度要求。
3.齒輪3上的鍵，選擇1040GB1096-79。為剛性動連接，。
滿足強度要求。
4.齒輪4上的鍵，選擇1663GB1096-79。為剛性動連接，。
壽命為
4.47年
強度滿足
強度滿足
強度滿足
設計計算與說明
主要結(jié)果
滿足強度要求。
5.鏈上的鍵，選擇雙鍵C1040GB1096-79。為剛性動連接，
滿足強度要求。鍵的計算參考文獻（2）第六章
8.減速器附件的選擇
1.端蓋的設計參考文獻（1）表9-9確定，為使制造方便，可靈活變動，取相對一致的值，如端蓋的厚度一直。
2.通氣器參考文獻（1）表9-6確定，選M161.5。
3.油標尺的選擇參考文獻（1）表9-14確定，選M12型號。
4.油塞的選擇參考文獻（1）表9-16確定，選M141.5型號。
5.起吊裝置的選擇參考文獻（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（1）表3-1確定。
9.潤滑與密封
因高速級軸的速度為2.262m/大于2m/s。故軸襯的潤滑方式為浸油潤滑，可以直接在箱體靠內(nèi)壁開油溝即可。參考文獻（1）表3-4來確定的。件速器內(nèi)轉(zhuǎn)動件的潤滑參考文獻（1）表3-3，可確定為浸油潤滑，中級軸的速度為4.032m/s，底級軸的速度為1.36m/s?？纱_定最高和最低油面。參考文獻（1）表16-2和表16-1可選N150中負荷工業(yè)齒輪油。
密封件的選擇參考文獻（1）表16-9，選擇氈圈油封及槽。
10.設計小結(jié)
本次設計過程全中途遇到了很多的問題，但在老師和同學的幫助下，我最終克服了種種困難，按期完成了作業(yè)。作為一個設計人員，務必要有足夠的耐心，去面對種種的麻煩；務必要有足夠的細心，去解決一些細小的問題；務必要有足夠的責任心，去設計自己的方案。這就是本次設計過程中最重要的心得。
初次進行一次完整的設計，其中有許多的不足，還希望老師和同學們能多多批評指正，讓我做得更好。最后，向所有在本次設計過程中幫助和支持過我的老師和同學致以真誠的謝意，特別是指導我設計的周老師，謝謝你。
11.參考資料
（1）〈機械設計機械設計基礎課程設計〉王昆 何小柏 主編 高等教育出版社
（2）〈機械設計〉 濮良貴 紀名剛 主編 高等教育出版社
（3）〈機械制圖〉 王蘭美 主編 高等教育出版社
強度滿足
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