NGW行星齒輪減速器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說明書】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書課題名稱 NGW 行星減速器的設(shè)計(jì) 班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)老師 NGW行星減速器的設(shè)計(jì)摘 要本文完成了對(duì)一級(jí)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該減速器具有較小的傳動(dòng)比,而且,它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、外廓尺寸小和重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和震動(dòng)的能力較強(qiáng)、噪聲低的特點(diǎn),適用于化工、輕工業(yè)以及機(jī)器人等領(lǐng)域。這些功用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)展有著較重要的意義。首先簡(jiǎn)要介紹了課題的背景以及齒輪減速器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),然后比較了各種傳動(dòng)結(jié)構(gòu),從而確定了傳動(dòng)的基本類型。論文主體部分是對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件包括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈及行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算,通過所給的輸入功率、傳動(dòng)比、輸入轉(zhuǎn)速以及工況系數(shù)確定齒輪減速器的大致結(jié)構(gòu)之后,對(duì)其進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算和主要零部件的強(qiáng)度校核計(jì)算。其中該減速器的設(shè)計(jì)與其他減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比有三大特點(diǎn):其一,為了使三個(gè)行星輪的載荷均勻分配,采用了齒式浮動(dòng)機(jī)構(gòu),即太陽輪與高速軸通過齒式聯(lián)軸器將二者連接在一起,從而實(shí)現(xiàn)了太陽輪的浮動(dòng);其二,該減速器的箱體采用的是法蘭式箱體,上下箱體分別鑄造而成;其三,內(nèi)齒圈與箱體采用分離式,通過螺栓和圓錐銷將其與上下箱體固定在一起。最后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了總結(jié),基本上完成了對(duì)該減速器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:行星齒輪,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),校核計(jì)算4目錄前言1第1章 傳動(dòng)方案的確定61.1 設(shè)計(jì)任務(wù)61.1.1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)61.1.2 齒輪傳動(dòng)的兩大類型71.2行星機(jī)構(gòu)的類型選擇71.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)71.2.2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型10第2章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算122.1 配齒計(jì)算122.1.1 確定各齒輪的齒數(shù)122.1.2 初算中心距和模數(shù)132.2 幾何尺寸計(jì)算142.3 裝配條件驗(yàn)算172.3.1 鄰接條件172.3.2 同心條件172.3.2 安裝條件182.4 齒輪強(qiáng)度校核192.4.1 a-c傳動(dòng)強(qiáng)度校核192.4.1 c-b傳動(dòng)強(qiáng)度校核24第3章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算293.1 行星軸設(shè)計(jì)293.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)313.2.1 輸入軸設(shè)計(jì)313.2.2 輸出軸設(shè)計(jì)32第4章 行星架和箱體的設(shè)計(jì)354.1 行星架的設(shè)計(jì)354.1.1 行星架結(jié)構(gòu)方案354.1.2 行星架制造精度374.2 箱體的設(shè)計(jì)39結(jié)論42參考文獻(xiàn)44附錄45主要代號(hào)代號(hào)意 義單 位代號(hào)意 義單 位abCdeHHBHRCX中心距、標(biāo)準(zhǔn)中心距角度變位齒輪的中心距切齒中心距 齒寬頂隙頂隙系數(shù)直徑、分獨(dú)圓直徑插刀齒的分度圓直徑齒頂圓直徑基圓直徑齒根圓直徑節(jié)圓直徑齒槽寬作用力法向力徑向力切向力齒向公差摩擦系數(shù)基節(jié)極限偏差齒距極限偏差高度布氏硬度洛氏硬度齒頂高齒頂高系數(shù)齒根高傳動(dòng)比齒數(shù)變位系數(shù)轉(zhuǎn)臂變位系數(shù)和系數(shù)齒形系數(shù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的壽命系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmNNNNmmmmmm mNy角的漸開線函數(shù)系數(shù)、載荷系數(shù)使用系數(shù)行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)動(dòng)載系數(shù)長(zhǎng)度彎矩模數(shù)指數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)轉(zhuǎn)速行星輪數(shù)目功率半徑、分度圓半徑節(jié)圓半徑齒頂圓半徑基圓半徑齒根圓半徑轉(zhuǎn)矩重合度效率計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力許用齒根彎曲應(yīng)力系數(shù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的尺寸系數(shù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的螺旋角系數(shù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的重合度系數(shù)中心距變動(dòng)系數(shù)壓力角、齒形角齒頂壓力角mmmmr/minkWmmmmmmmmmmradrad前言本課題通過對(duì)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初步計(jì)算出各零件的設(shè)計(jì)尺寸和裝配尺寸,并對(duì)涉及結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化分析,為行星齒輪減速器產(chǎn)品的開發(fā)和性能評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)行星齒輪減速器規(guī)?;a(chǎn)提供了參考和理論依據(jù)。通過本設(shè)計(jì),要能弄懂該減速器的傳動(dòng)原理,達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)與鞏固,從而在以后的工作中能解決類似的問題。1.齒輪減速器的研究現(xiàn)狀齒輪是使用量大面廣的傳動(dòng)元件。目前世器上齒輪最大傳遞功率已達(dá)6500kW,最大線速度達(dá)210ms(在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)300m/s);齒輪最大重量達(dá)200t,最大直徑達(dá) (組合式),最大模數(shù)m達(dá)50mm。我國(guó)自行設(shè)計(jì)的高速齒輪(增)減速器的功率已達(dá)44000kW,齒輪圓周速度達(dá)150ms以上。 由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器,用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間,起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用,在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。20世紀(jì)末的20多年,世界齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢(shì)是小型化、高速化、低噪聲、高可靠度。技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。硬齒面技術(shù)到20世紀(jì)80年代時(shí)在國(guó)外日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪,精度不低于IS01328一1975的6級(jí),綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的4倍,為軟齒而齒輪的5一6倍。一個(gè)中等規(guī)格的硬齒面齒輪減速器的重量?jī)H為軟齒面齒輪減速器的1/3左右。功率分支技術(shù)主要指行星及大功率齒輪箱的功率雙分及多分支裝置,如中心傳動(dòng)的水泥磨主減速器,其核心技術(shù)是均載。模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)通用和標(biāo)準(zhǔn)減速器旨在追求高性能和滿足用戶多樣化大覆蓋面需求的同時(shí),盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格,以便于組織生產(chǎn),使零部件生產(chǎn)形成批量,降低成本,取得規(guī)模效益。其他技術(shù)的發(fā)展還表現(xiàn)在理論研究(如強(qiáng)度計(jì)算、修形技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用,新齒形、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用等)更完善、更接近實(shí)際;普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件;材料和熱處理質(zhì)量控制水平的提高;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理;加工精度普遍提高到ISO的4一6級(jí);軸承質(zhì)量和壽命的提高;潤(rùn)滑油質(zhì)量的提高;加工裝備和檢測(cè)手段的提高等方面。這些技術(shù)的應(yīng)用和日趨成熟,使齒輪產(chǎn)品的性能價(jià)格比大大提.高,產(chǎn)品越來越完美。如非常粗略地估計(jì)一下,輸出IOONm轉(zhuǎn)矩的齒輪裝置,如果在1950年時(shí)重10kg,到80年代就可做到僅約lkg。20世紀(jì)70年代至90年代初,我國(guó)的高速齒輪技術(shù)經(jīng)歷了測(cè)繪仿制、技術(shù)引進(jìn)(技術(shù)攻關(guān))到獨(dú)立設(shè)計(jì)制造3個(gè)階段?,F(xiàn)在我國(guó)的設(shè)計(jì)制造能力基本上可滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要,設(shè)計(jì)制造的最高參數(shù):最大功率44MW,最高線速度168m/s,最高轉(zhuǎn)速67000r/min。我國(guó)的低速重載齒輪技術(shù),特別是硬齒面齒輪技術(shù)也經(jīng)歷了測(cè)繪仿制等階段,從無到有逐步發(fā)展起來。除了摸索掌握制造技術(shù)外,在20世紀(jì)80年代末至90年代初推廣硬齒面技術(shù)過程中,我們還作了解決“斷軸”、“選用”等一系列有意義的工作。在20世紀(jì)70-80年代一直認(rèn)為是國(guó)內(nèi)重載齒輪兩大難題的“水泥磨減速器”和“軋鋼機(jī)械減速器”,可以說已完全解決。20世紀(jì)80年代至90年代初,我國(guó)相繼制訂了一批減速器標(biāo)準(zhǔn),如ZBJ19004一88圓柱齒輪減速器、ZBJ19026一90運(yùn)輸機(jī)械用減速器和YB/T050一93冶金設(shè)備用YNK齒輪減速器等幾個(gè)硬齒面減速器標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn),如YB/T079 - 95三環(huán)減速器。按這些標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的許多產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)均可達(dá)到或接近國(guó)外同類產(chǎn)品的水平,其中YNK減速器較完整地吸取了德國(guó)FLENDER公司同類產(chǎn)品的特點(diǎn),并結(jié)合國(guó)情作了許多改進(jìn)與創(chuàng)新。(1) 漸開線行星齒輪效率的研究行星齒輪傳動(dòng)的效率作為評(píng)價(jià)器傳動(dòng)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一,國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。現(xiàn)在,計(jì)算行星齒輪傳動(dòng)效率的方法很多,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多有關(guān)行星齒輪傳動(dòng)效率的計(jì)算方法,在設(shè)計(jì)計(jì)算中,較常用的計(jì)算方有3種:嚙合功率法、力偏移法、和傳動(dòng)比法(克萊依涅斯法),其中以嚙合功率法的用途最為廣泛,此方法用來計(jì)算普通的2K2H和3K型行星齒輪的效率十分方便。(2) 漸開線行星齒輪均載分析的研究現(xiàn)狀行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。這些都是由于在其結(jié)構(gòu)上采用了多個(gè)行星輪的傳動(dòng)方式,充分利用了同心軸齒輪之間的空間,使用了多個(gè)行星輪來分擔(dān)載荷,形成功率流,并合理的采用了內(nèi)嚙合傳動(dòng),從而使其具備了上述的許多優(yōu)點(diǎn)。但是,這只是最理想的情況,而在實(shí)際應(yīng)用中,由于加工誤差和裝配誤差的存在,使得在傳動(dòng)過程中各個(gè)行星輪上的載荷分配不均勻,造成載荷有集中在一個(gè)行星輪上的現(xiàn)象,這樣,行星齒輪的優(yōu)越性就得不到發(fā)揮,甚至不如普通的外傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。所以,為了更好的發(fā)揮行星齒輪的優(yōu)越性,均載的問題就成了一個(gè)十分重要的課題。在結(jié)構(gòu)方面,起初人們只努力地提高齒輪的加工精度,從而使得行星齒輪的制造和裝配變得比較困難。后來通過時(shí)間采取了對(duì)行星齒輪的基本構(gòu)件徑向不加限制的專門措施和其它可自動(dòng)調(diào)位的方法,即采用各種機(jī)械式地均載機(jī)構(gòu),以達(dá)到各行星輪間的載荷分布均勻的目的。典型的幾種均載機(jī)構(gòu)有基本構(gòu)件浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)、杠桿聯(lián)動(dòng)均載機(jī)構(gòu)和采用彈性件的均載機(jī)構(gòu)。2.齒輪減速器的發(fā)展趨勢(shì)隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn),“九五”期間,齒輪行業(yè)的專業(yè)化生產(chǎn)水平有了明顯提高,如一汽、二汽等大型企業(yè)集團(tuán)的齒輪變速箱廠、車轎廠,通過企業(yè)改組、改制,改為相對(duì)獨(dú)立的專業(yè)廠,參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng);隨著軍工轉(zhuǎn)民用,農(nóng)機(jī)齒輪企業(yè)轉(zhuǎn)加工非農(nóng)用齒輪產(chǎn)品,調(diào)整了企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu);私有企業(yè)的堀起,中外合資企業(yè)的涌現(xiàn),齒輪行業(yè)的整體結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,行業(yè)實(shí)力增強(qiáng),技術(shù)進(jìn)步加快。近十幾年來,計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造中的廣泛應(yīng)用,改變了制造業(yè)的傳統(tǒng)觀念和生產(chǎn)組織方式。一些先進(jìn)的齒輪生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)采用精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造等先進(jìn)技術(shù)。形成了高精度、高效率的智能化齒輪生產(chǎn)線和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理。適應(yīng)市場(chǎng)要求的新產(chǎn)品開發(fā),關(guān)鍵工藝技術(shù)的創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng),產(chǎn)品質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)以及員工技術(shù)素質(zhì)與創(chuàng)新精神,是2l世紀(jì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。在2l世紀(jì)成套機(jī)械裝備中,齒輪仍然是機(jī)械傳動(dòng)的基本部件。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,使得機(jī)械加工精度、加工效率太為提高,從而推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品多樣化,整機(jī)配套的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化,以及造型設(shè)計(jì)藝術(shù)化,使產(chǎn)品更加精致、美觀。CNC機(jī)床和工藝技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展。在傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電子控制、液壓傳動(dòng),齒輪、帶鏈的混合傳動(dòng),將成為變速箱設(shè)計(jì)中優(yōu)化傳動(dòng)組合的方向。在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的學(xué)科交叉,將成為新型傳動(dòng)產(chǎn)品發(fā)展的重要趨勢(shì)。工業(yè)通用變速箱是指為各行業(yè)成套裝備及生產(chǎn)線配套的大功率和中小功率變速箱。國(guó)內(nèi)的變速箱將繼續(xù)淘汰軟齒面,向硬齒面(5060HRC)、高精度(45級(jí))、高可靠度軟啟動(dòng)、運(yùn)行監(jiān)控、運(yùn)行狀態(tài)記錄、低噪聲、高的功率與體積比和高的功率與重量比的方向發(fā)展。中小功率變速箱為適應(yīng)機(jī)電一體化成套裝備自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)速、多種控制與通訊功能的接口需要,產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外型在相應(yīng)改變。矢量變頻代替直流伺服驅(qū)動(dòng),已成為近年中小功率變速箱產(chǎn)品(如擺輪針輪傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)等)追求的目標(biāo)。 隨著我國(guó)航天、航空、機(jī)械、電子、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機(jī)器人等在各工業(yè)部門的應(yīng)用,我國(guó)在諧波傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用方面已取得顯著成績(jī)。同時(shí),隨著國(guó)家高新技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)諧波傳動(dòng)技術(shù)產(chǎn)品的需求將會(huì)更加突出。總之,當(dāng)今世界各國(guó)減速器及齒輪技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動(dòng)效率;二低即低噪聲、低成本;二化即標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化。減速器和齒輪的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展,在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平,因此,開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術(shù)在我國(guó)有廣闊的前景。3.論文的基本內(nèi)容:(1)選擇傳動(dòng)方案。傳動(dòng)方案的確定包括傳動(dòng)比的確定和傳動(dòng)類型的確定。(2)設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算,都大致包括:選擇傳動(dòng)方案、傳動(dòng)零件齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核、軸承的選型與壽命計(jì)算、鍵的選擇與強(qiáng)度計(jì)算、箱體的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑與密封的選擇等。在對(duì)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上,依據(jù)給定的減速器設(shè)計(jì)的主要參數(shù),通過CAD繪圖軟件建立行星齒輪減速器各零件的二維平面圖,繪制出減速器的總裝圖對(duì)其進(jìn)行分析。 第1章 傳動(dòng)方案的確定1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)減速器。原始條件和數(shù)據(jù):傳動(dòng)比i=5.5,功率p=120kw,輸入轉(zhuǎn)速N=1000 rpm,中等沖擊。使用壽命10年。且要求該齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸較小。1.1.1 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)齒輪傳動(dòng)與其它傳動(dòng)比較,具有瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、工作可靠、壽命長(zhǎng)、效率高、可實(shí)現(xiàn)平行軸任意兩相交軸和交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng),適應(yīng)的圓周速度和傳動(dòng)功率范圍大,但齒輪傳動(dòng)的制造成本高,低精度齒輪傳動(dòng)時(shí)噪聲和振動(dòng)較大,不適宜于兩軸間距離較大的傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是以主動(dòng)輪的輪齒依次推動(dòng)從動(dòng)輪來進(jìn)行工作的,是是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛的一種傳動(dòng)形式。齒輪傳動(dòng)可按一對(duì)齒輪軸線的相對(duì)位置來劃分,也可以按工作條件的不同來劃分。隨著行星傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展,目前,高速漸開線行星齒輪傳動(dòng)裝置所傳遞的功率已達(dá)到20000kW,輸出轉(zhuǎn)矩已達(dá)到4500kN。據(jù)有關(guān)資料介紹,人們認(rèn)為目前行星齒輪傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向如下。(1) 標(biāo)準(zhǔn)化、多品種 目前世界上已有50多個(gè)漸開線行星齒輪傳動(dòng)系列設(shè)計(jì);而且還演化出多種型式的行星減速器、差速器和行星變速器等多品種的產(chǎn)品。(2) 硬齒面、高精度 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學(xué)熱處理。齒輪制造精度一般均在6級(jí)以上。顯然,采用硬齒面、高精度有利于進(jìn)一步提高承載能力,使齒輪尺寸變得更小。(3) 高轉(zhuǎn)速、大功率 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高速傳動(dòng)中,如在高速汽輪中已獲得日益廣泛的應(yīng)用,其傳動(dòng)功率也越來越大。(4) 大規(guī)格、大轉(zhuǎn)矩 在中低速、重載傳動(dòng)中,傳遞大轉(zhuǎn)矩的大規(guī)格的行星齒輪傳動(dòng)已有了較大的發(fā)展。1.1.2 齒輪傳動(dòng)的兩大類型輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿渦輪組成的輪系,稱為空間輪系;而由圓柱齒輪組成的輪系,稱為平面輪系。根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各齒輪的幾何軸線相對(duì)位置是否變動(dòng),齒輪傳動(dòng)分為兩大類型。(1)普通齒輪傳動(dòng)(定軸輪系)當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何位置都是固定不變的,則稱為普通齒輪傳動(dòng)(或稱定軸輪系)。在普通齒輪傳動(dòng)中,如果各齒輪副的軸線均相互平行,則稱為平行軸齒輪傳動(dòng);如果齒輪系中含有一個(gè)相交軸齒輪副或一個(gè)相錯(cuò)軸齒輪副,則稱為不平行軸齒輪傳動(dòng)(空間齒輪傳動(dòng))。(2)行星齒輪傳動(dòng)(行星輪系)當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定,而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn),即在該齒輪系中,至少具有一個(gè)作行星運(yùn)動(dòng)的齒輪,則稱該齒輪傳動(dòng)為行星齒輪傳動(dòng),即行星輪系。1.2行星機(jī)構(gòu)的類型選擇1.2.1 行星機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較,它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下:(1)體積小,質(zhì)量小,結(jié)構(gòu)緊湊,承載能力大。一般,行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪傳動(dòng)的(即在承受相同的載荷條件下)。(2)傳動(dòng)效率高。在傳動(dòng)類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下,其效率值可達(dá)0.970,99。(3)傳動(dòng)比較大??梢詫?shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解。只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類型及配齒方案,便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中,其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。應(yīng)該指出,行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí),仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。(4)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪,均勻地分布于中心輪的周圍,從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí),也使參與嚙合的齒數(shù)增多,故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng),工作較可靠。最常見的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是NGW型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。行星齒輪傳動(dòng)的型式可按兩種方式劃分:按齒輪嚙合方式不同分有NGW、NW、NN、WW、NGWN和N等類型。按基本結(jié)構(gòu)的組成情況不同有2Z-X、3Z、Z-X-V、Z-X等類型。行星齒輪傳動(dòng)最顯著的特點(diǎn)是:在傳遞動(dòng)力時(shí)它可進(jìn)行功率分流;同時(shí),其輸入軸與輸出軸具有同軸性,即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以,行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng),而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的中的減速器、增速器和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要變速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置,行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用,表1-1列出了常用行星齒輪傳動(dòng)的型式及特點(diǎn):表1-1常用行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類型及其特點(diǎn)傳動(dòng)形式簡(jiǎn)圖性能參數(shù)特點(diǎn)傳動(dòng)比效率最大功率/kWNGW(2Z-X 負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu))=1.1313.7推薦2.890.970.99不限效率高,體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,傳遞公路范圍大,軸向尺寸小,可用于各個(gè)工作條件,在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣。單級(jí)傳動(dòng)比范圍較小,耳機(jī)和三級(jí)傳動(dòng)均廣泛應(yīng)用NW(2Z-X負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu))=150推薦721效率高,徑向尺寸比NGW型小,傳動(dòng)比范圍較NGW型大,可用于各種工作條件。但雙聯(lián)行星齒輪制造、安裝較復(fù)雜,故|7時(shí)不宜采用NN(2Z-X負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu))推薦值:=830效率較低,一般為0.70.840傳動(dòng)比打,效率較低,適用于短期工作傳動(dòng)。當(dāng)行星架X從動(dòng)時(shí),傳動(dòng)比|大于某一值后,機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖WW(2Z-X負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu))=1.2數(shù)千|=1.25時(shí),效率可達(dá)0.90.7,5以后.隨|增加徒降20傳動(dòng)比范圍大,但外形尺寸及重量較大,效率很低,制造困難,一般不用與動(dòng)力傳動(dòng)。運(yùn)動(dòng)精度低也不用于分度機(jī)構(gòu)。當(dāng)行星架X從動(dòng)時(shí),|從某一數(shù)值起會(huì)發(fā)生自鎖。常用作差速器;其傳動(dòng)比取值為=1.83,最佳值為2,此時(shí)效率可達(dá)0.9NGW()型(3Z)小功率傳動(dòng)500;推薦:=201000.80.9隨增加而下降短期工作120,長(zhǎng)期工作10結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,傳動(dòng)比范圍大,但效率低于NGW型,工藝性差,適用于中小功率功率或短期工作。若中心輪A輸出,當(dāng)|大于某一數(shù)值時(shí)會(huì)發(fā)生自鎖NGWN()型(3Z)=60500推薦:=643000.70.84隨增加而下降短期工作120,長(zhǎng)期工作10結(jié)構(gòu)更緊湊,制造,安裝比上列型傳動(dòng)方便。由于采用單齒圈行星輪,需角度變?yōu)椴拍軡M足同心條件。效率較低,宜用于短期工作。傳動(dòng)自鎖情況同上1.2.2 確定行星齒輪傳動(dòng)類型根據(jù)設(shè)計(jì)要求:連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動(dòng)比小、結(jié)構(gòu)緊湊和外廓尺寸較小。根據(jù)表1-1中傳動(dòng)類型的工作特點(diǎn)可知,2Z-X(A)型效率高,體積小,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便。適用于任何工況下的大小功率的傳動(dòng),且廣泛地應(yīng)用于動(dòng)力及輔助傳動(dòng)中,工作制度不限。本設(shè)計(jì)選用2Z-X(A)型行星傳動(dòng)較合理,其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。圖1-1減速器設(shè)計(jì)方案(單級(jí)NGW2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng))擬定的設(shè)計(jì)方案如下圖:圖2-2 減速器整體裝配圖40第2章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 配齒計(jì)算 2.1.1 確定各齒輪的齒數(shù)據(jù)2Z-X(A)型行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比值和按其配齒計(jì)算(見參考文獻(xiàn)1)公式(3-27)公式(3-33)可求得內(nèi)齒輪b和行星輪c的齒數(shù)和?,F(xiàn)考慮到行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸較小,故選擇中心輪a的齒數(shù)=17和行星輪=3.根據(jù)內(nèi)齒輪 =76.5 對(duì)內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整,同時(shí)考慮到安裝條件,取,此時(shí)實(shí)際的p值與給定的p值稍有變化,但是必須控制在其傳動(dòng)比誤差的范圍內(nèi)。實(shí)際傳動(dòng)比為=其傳動(dòng)比誤差 =2.67%由于外嚙合采用角度變位的傳動(dòng),行星輪c的齒數(shù)應(yīng)按如下公式計(jì)算,即 因?yàn)闉榕紨?shù),故取齒數(shù)修正量為。此時(shí),通過角變位后,既不增大該行星傳動(dòng)的徑向尺寸,又可以改善a-c嚙合齒輪副的傳動(dòng)性能。故 =在考慮到安裝條件為 (整數(shù))2.1.2 初算中心距和模數(shù)1. 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定太陽輪和行星輪材料為20GrMnTi,表面滲碳淬火處理,表面硬度為57 61HRC。試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限=1591Mpa。試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪=485Mpa。行星輪=4850.7Mpa=339.5Mpa (對(duì)稱載荷)。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒,精度為6級(jí)。內(nèi)齒圈材料為38GrMoAlA,淡化處理,表面硬度為973HV。試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限=1282Mpa驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限=370MPa齒形的終加工為插齒,精度為7級(jí)。2. 減速器的名義輸出轉(zhuǎn)速由 = 得 =181.82 3. 載荷不均衡系數(shù)采用太陽輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu),取。4. 齒輪模數(shù)和中心距a首先計(jì)算太陽輪分度圓直徑:式中: 一齒數(shù)比為一使用系數(shù)為1.25;一算式系數(shù)為768;一綜合系數(shù)為2;一太陽輪單個(gè)齒傳遞的轉(zhuǎn)矩。=376其中 高速級(jí)行星齒輪傳動(dòng)效率,取=0.985齒寬系數(shù)暫取=0.5=1450Mpa代入 =78.66模數(shù) m=取 m=5則 =117.5取 齒寬 取 2.2 幾何尺寸計(jì)算1. 計(jì)算變位系數(shù)(1) a-c傳動(dòng)嚙合角因 =0.93969262所以 =變位系數(shù)和 =(17+30) =1.141圖2-1選擇變位系數(shù)線圖中心距變動(dòng)系數(shù)y y=1齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù):根據(jù)線圖法,通過查找線圖2-1中心距變動(dòng)系數(shù)y y=1齒頂降低系數(shù) 分配邊位系數(shù):根據(jù)線圖法,通過查找線圖2-1得到邊位系數(shù) 則 (2) c-b傳動(dòng)由于內(nèi)嚙合的兩個(gè)齒輪采用的是高度變位齒輪,所以有從而 且 2. 幾何尺寸計(jì)算結(jié)果對(duì)于單級(jí)的2Z-X(A)型的行星齒輪傳動(dòng)按公式進(jìn)行幾何尺寸的計(jì)算,各齒輪副的計(jì)算結(jié)果如下表:表3-1各齒輪副的幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目 計(jì)算公式a-c齒輪副b-c齒輪副分度圓直徑基圓直徑齒頂圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合齒根圓直徑外嚙合內(nèi)嚙合注:齒頂高系數(shù):太陽輪、行星輪,內(nèi)齒輪;頂隙系數(shù):內(nèi)齒輪2.3 裝配條件驗(yàn)算對(duì)于所設(shè)計(jì)的單級(jí)2Z-X(A)型的行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下裝配條件2.3.1 鄰接條件按公式驗(yàn)算其鄰接條件,即 已知行星輪c的齒頂圓的直徑=164.513,和代入上式,則得164.513滿足鄰接條件2.3.2 同心條件按公式對(duì)于角變位有已知 , 代入上式得 =52.145滿足同心條件2.3.2 安裝條件按公式驗(yàn)證其安裝條件,即得將 代入該式驗(yàn)證得 滿足安裝條件嚙合要素的驗(yàn)算1. a-c傳動(dòng)端面重合度(1)頂圓齒形曲率半徑太陽輪=29.31行星輪=42.416(2)端面嚙合長(zhǎng)度式中“”號(hào)正號(hào)為外嚙合,負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合;端面節(jié)圓嚙合角。直齒輪=則 =18.67(3)端面重合度 =1.2652. 端面重合度(1)頂圓齒形曲率半徑行星輪由上面計(jì)算得,=42.416內(nèi)齒輪 =61.597(2)端面嚙合長(zhǎng)度=24.05(3)端面重合度 = =1.632.4 齒輪強(qiáng)度校核2.4.1 a-c傳動(dòng)強(qiáng)度校核本節(jié)僅列出相嚙合的小齒輪(太陽輪)的強(qiáng)度計(jì)算過程,大齒輪(行星輪)的計(jì)算方法相同,從略。1確定計(jì)算載荷名義轉(zhuǎn)矩 =376.89 Nm名義圓周力=N=8868N2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)=60=次=次=181.82= =818.18 式中 太陽輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速() 壽命期內(nèi)要求傳動(dòng)的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(h) t=10a=70400h3. 確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)1)使用系數(shù)K取K=1. 252)動(dòng)負(fù)荷系數(shù)K因z=1750和=143.03 1200MPa查得Z=1.03)速度系數(shù)Z因=3.64和=1591 MPa查得Z=0.9754)粗糙度系數(shù)Z因 1200 MPa和齒面R=1.66=9.6查得Z=1.0265)工作硬化系數(shù)因大小齒輪均為硬齒面,且齒面R=9.66,由圖5-17取=1.06)尺寸系數(shù) 查得Z=1.010許用接觸應(yīng)力= =15911.01.00.9751.0261.01.0=1592MPa11接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SS=1.98512確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)l)試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)= 2.02)壽命系數(shù)因N=,查得=0.833)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)由=1.796,查得= 1.04)齒根表面狀況系數(shù)= 0.925(齒根R=6.36= 37. 8)5)尺寸系數(shù) 可按下式計(jì)算 =0.01m=1.013許用彎曲應(yīng)力 = =4852.00.831.00.9251.0MPa =745 MPa14彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SS=5.212.4.1 c-b傳動(dòng)強(qiáng)度校核本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪(內(nèi)齒輪)的強(qiáng)度計(jì)算過程,小齒輪(行星輪)的計(jì)算方法相同,從略。齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算按第5章中的有關(guān)公式和圖表進(jìn)行。1名義切向力 =8868N2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NN=60 =60次=2.310次式中 n太陽輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速()= n-n=181.82 3確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)1)使用系數(shù)K 取K=1. 252)動(dòng)負(fù)荷系數(shù)K根據(jù) =3.76 查得(7級(jí)精度):K=1. 0683)齒向載荷分布系數(shù)K,K由式(5-1)和(5-2) K= 1+(K-1 )KK K=1+(K-1)KK式中 K 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期(未經(jīng)跑合)的齒向載荷分布系數(shù),查得 K= 1.187 (=0.5);K 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù),查得 K= 0.83(v =3.76,HB=450);K 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期(未經(jīng)跑合)的齒向載荷分布系數(shù),由圖5-4查得 K=1.12(=12.4) K計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)的跑合影響系數(shù),由圖5-5查得K=0.95 (v =3.76,HB=450);K與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù),K=0.7K與均載系數(shù)有關(guān)的系數(shù),K=0.85則 K= 1+(1.187-1 )0.830.7=1.149 K=1+(1.12-1)0.950.85=1.0974)齒間載荷分布系數(shù)K、K因 =178.79,精度7級(jí),非硬齒面直齒輪由表5-9查得K=K=1.05)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z可查圖5-13或按下式計(jì)算 Z= =2.495 式中 直齒輪= 0端面節(jié)圓嚙合角直齒輪=20端面壓力角直齒輪=206)彈性系數(shù)Z查得 Z=189.8(鋼一鋼)7)載荷作用齒頂時(shí)的齒形系數(shù)Y查得Y=2.0538)載荷作用齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)Y查得Y=2.659)重合度系數(shù)z,Yz=0.889 =0.25+=0.25+=0.7110)螺旋角系數(shù)Z , Y可按下式計(jì)算因 =0,z= 得z=1 Y= 所以 z=1,Y=14齒數(shù)比u=2.6335計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值= =2.495189.80.8891MPa=323.75MPa6接觸應(yīng)力= =323.75=401MPa7彎曲應(yīng)力的基本值= YYYY=110.497MPa8齒根彎曲應(yīng)力=KKKK =110.491.251.0681.0971=161.812MPa9確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)l)壽命系數(shù)Z因N= 2.310,查得Z=12)潤(rùn)滑系數(shù)Z因和=1282MPa查得Z=13)速度系數(shù)Z因v=3.76和=1282MPa查得Z=0.9754)粗糙度系數(shù)Z因 =1282 MPa和齒面R=6.36=9.6查得Z=1.0265)工作硬化系數(shù)取=1.06)尺寸系數(shù) 查得Z=1.010許用接觸應(yīng)力= Z Z Z ZZw Z =1282110.9751.02611=1283MPa11接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SS=3.212確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)l)試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)Y= 2.02)壽命系數(shù)因N=2.310,查得Y=1.03)相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)Y由Y= 2.65,查得Y= 1.04)齒根表面狀況系數(shù)0.925(齒根R=6.36= 37. 8)5)尺寸系數(shù)Y 可按下式計(jì)算Y=0.006m=1.03-0.0065=1.013許用彎曲應(yīng)力=YYYYY=3702110.9251MPa=684.5MPa14彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)SS=4.23第3章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn):行星輪軸承安裝在行星輪內(nèi),行星軸固定在行星架的行星輪軸孔中;輸出軸和行星架通過鍵聯(lián)接其支承軸承在減速器殼體內(nèi),太陽輪通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與高速軸聯(lián)接,以實(shí)現(xiàn)太陽輪浮動(dòng)。太陽輪浮動(dòng)原理如圖3-1所示: 圖3-1 太陽輪浮動(dòng)原理3.1 行星軸設(shè)計(jì)1. 初算軸的最小直徑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,每個(gè)行星輪軸承受穩(wěn)定載荷,當(dāng)行星輪相對(duì)于行星架對(duì)稱布置時(shí),載荷則作用在軸跨距的中間。取行星輪與行星架之間的間隙,則跨距長(zhǎng)度。當(dāng)行星輪軸在轉(zhuǎn)臂中的配合選為H7/h6時(shí),就可以把它看成是具有跨距為的雙支點(diǎn)梁。當(dāng)軸較短時(shí),兩個(gè)軸承幾乎緊緊地靠著,因此,可以認(rèn)為軸是沿著整個(gè)跨度承受均布載荷(見圖3-2)。 圖3-2 行星輪軸的載荷簡(jiǎn)圖危險(xiǎn)截面(在跨度中間)內(nèi)的彎矩 Nmm=148538. Nmm行星輪軸采用40Cr鋼,調(diào)質(zhì)MPa,考慮到可能的沖擊振動(dòng),取安全系數(shù);則許用彎曲應(yīng)力MPa=176MPa,故行星輪軸直徑 取 其實(shí)際尺寸將在選擇軸承時(shí)最后確定。2. 選擇行星輪軸軸承在行星輪內(nèi)安裝兩個(gè)軸承,每個(gè)軸承上的徑向載荷N =1614N在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,軸承外圈以轉(zhuǎn)速=463.64考慮到行星輪軸的直徑,以及安裝在行星輪體內(nèi)的軸承,其外廓尺寸將受到限制,故初步選用單列深溝球軸承6306型,其參數(shù)為 kN kN (油?。?;取載荷系數(shù) ;當(dāng)量動(dòng)載荷 N=1937N;軸承的壽命計(jì)算 h=97377h根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該減速器要求連續(xù)工作10年,每年按320天計(jì)算,每天按22小時(shí)計(jì)算,即h。所以設(shè)計(jì)決定選用6306型軸承,并把行星輪軸直徑增大到。校核行星輪輪緣厚度是否大于許用值: = mm式中 行星輪模數(shù)(mm) mm=35.712=12.5mm滿足條件。由于行星輪寬度mm,因此兩個(gè)軸承之間安裝一厚度為5mm,寬度為13mm的套筒。3.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)3.2.1 輸入軸設(shè)計(jì)1初算軸的最小直徑由下式初步估算軸的最小直徑,選取軸材料為40Cr鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表3-2查得。表3-2 軸常用幾種材料的及值軸的材料Q235-A、20Q275、35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo/152520352545355514912613511212610311297查表取=112,得 輸入軸的最小直徑安裝法蘭,該截面處開有鍵槽,軸頸增大5%7%。故 其實(shí)際尺寸將在選擇軸承時(shí)最后確定。2選擇輸入軸軸承(1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)估算所得直徑,輪彀寬及安裝情況等條件,軸的結(jié)構(gòu)尺寸可進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)。該軸中間一段對(duì)稱安裝一對(duì)深溝球軸承6217型,其尺寸為,可畫出輸入軸草圖(如附圖03)。軸承的壽命計(jì)算 其參數(shù)為 kN kN (油?。?;取載荷系數(shù) ;當(dāng)量動(dòng)載荷 N=3873N;軸承的壽命計(jì)算 h=165258h70400h故該對(duì)軸承滿足壽命要求。3.2.2 輸出軸設(shè)計(jì)1初算軸的最小直徑在三個(gè)行星輪均布的條件下,輪齒嚙合中作用于中心輪上的力是相互平衡的,在輸出軸軸端安裝膜片盤式聯(lián)軸器時(shí),則輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只承受轉(zhuǎn)矩。輸出軸選用42CrMo合金鋼,其許用剪切應(yīng)力MPa,即求出輸出軸伸出端直徑=88.423Nmm=6114 Nmm式中 輸出軸轉(zhuǎn)矩;齒輪嚙合傳動(dòng)的效率,取=0.97。2選擇輸出軸軸承由于輸出軸的軸承不承受徑向工作載荷(僅承受輸出行星架裝置的自重),所示軸承的尺寸應(yīng)由結(jié)構(gòu)要求來確定。輸出軸端,軸頸mm。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn),輸出軸軸承須兼作行星架軸承。為了太陽輪安裝方便,使太陽輪能通過行星架輪轂中的孔,故輪轂孔的直徑應(yīng)大于太陽輪的齒頂圓直徑=99.076mm。故按結(jié)構(gòu)要求選用特輕系列單列深溝球軸承6030型,其尺寸為,可畫出行星架草圖(如附圖03)。軸承的壽命計(jì)算 其參數(shù)為 kN kN (油浴);取載荷系數(shù) ;當(dāng)量動(dòng)載荷 N=5088N;軸承的壽命計(jì)算 h=1600938h70400h故該軸承滿足壽命要求。3輸出軸上鍵的選擇及強(qiáng)度計(jì)算平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí),其主要失效形式是工作面被壓潰。因此,通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。普通平鍵連接的強(qiáng)度條件按(3-2)式計(jì)算 (3-2) 式中 轉(zhuǎn)矩,;軸頸,mm; 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度,此處為鍵的高度,mm;鍵的工作長(zhǎng)度,mm,型鍵;型鍵;型鍵,其中為鍵的長(zhǎng)度,為鍵的寬度;許用擠壓應(yīng)力,在這里鍵材料為45鋼。其許用擠壓應(yīng)力值按輕微沖擊算查相關(guān)資料的=100120。由前面計(jì)算知輸入轉(zhuǎn)矩Nm, 選用型鍵,其型號(hào)為,將數(shù)值,鍵連接處的軸頸 =110mm代入式(3-2)得=39.94)較大時(shí),行星輪的軸承一般應(yīng)安裝在行星輪輪緣孔內(nèi)臂較合理。對(duì)于尺寸較小的整體式轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu),可以采用整休鍛造毛坯來制造,但其切削加工量較大。因此,對(duì)于尺寸較大的整體式轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu),則可采用鑄造和焊接的方法,以獲得形狀和尺寸較接近于實(shí)際轉(zhuǎn)臂的毛坯。但在制造轉(zhuǎn)臂的工藝過程中,應(yīng)注意消除鑄造或焊接的內(nèi)應(yīng)力和其他缺陷;否則將會(huì)影響到轉(zhuǎn)臂的強(qiáng)度和剛度,而致使其產(chǎn)生較大的變形,從而,影響行星齒輪機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在此,還應(yīng)該指出的是:在加工轉(zhuǎn)臂時(shí),應(yīng)盡可能提高轉(zhuǎn)臂x上的行星輪心軸孔(或軸承孔)的位置精度和同軸度 圖4-1 雙側(cè)板整體式轉(zhuǎn)臂2. 雙側(cè)板分開式轉(zhuǎn)臂雙側(cè)板分開式轉(zhuǎn)臂(見圖4-1)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一塊側(cè)板裝配到另一塊側(cè)板上,故又稱之為裝配式轉(zhuǎn)臂;其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。這主要與行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝工藝有關(guān)。當(dāng)傳動(dòng)比較小,例如,2Z-X(A)型的傳動(dòng)比4,故在此情況下本設(shè)計(jì)采用這種結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)臂。4.1.2 行星架制造精度由于在轉(zhuǎn)臂x上支承和安裝著3個(gè)行星輪的心軸,因此,轉(zhuǎn)臂x的制造精度對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的工作性能、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和行星輪間載荷分布的均勻性等都有較大的影響。在制定其技術(shù)條件時(shí),應(yīng)合理地提出精度要求,且嚴(yán)格地控制其形位偏差和孔距公差等。1. 中心距極限偏差在行星齒輪傳動(dòng)中,轉(zhuǎn)臂x上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心距偏差的大小和方向,可能增加行星輪的孔距相對(duì)誤差和轉(zhuǎn)臂x的偏心量,且引起行星輪產(chǎn)生徑向位移;從而影響到行星輪的均載效果。所以,在行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格地控制中心距極限偏差值。要求各中心距的偏差大小相等、方向相同;一般應(yīng)控制中心距極限偏差=0.010.02mm的范圍內(nèi)。該中心距極限偏差之值應(yīng)根據(jù)巾心距值,按齒輪精度等級(jí)按照表4-1選取。 表4-1 中心距極限偏差 精度等級(jí)齒輪副的中心距a18305080120180250315IT8IT916.52619.53123372743.531.5503657.540.56544.5702. 各行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差由于各行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差對(duì)行星輪間載荷分布的均勻性影響很大,故必須嚴(yán)格控制值的大小。而值主要取決于各軸孔的分度誤差,即取決于機(jī)床和工藝裝備的精度。一般,值可按下式計(jì)算,即括號(hào)中的數(shù)值,高速行星齒輪傳動(dòng)取小值,一般中低速行星傳動(dòng)取較大值。3. 轉(zhuǎn)臂x的偏心誤差轉(zhuǎn)臂x的偏心誤差,推薦值不大于相鄰行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差的1/2,即4. 各行星輪軸孔平行度公差各行星輪軸孔對(duì)轉(zhuǎn)臂x軸線的平行度公差和可按相應(yīng)的齒輪接觸精度要求確定,即和是控制齒輪副接觸精度的公差,其值可按下式計(jì)算,即=式中和在全齒寬上方向和方向的軸線平行度公差,;按GB/T100951988選取。 轉(zhuǎn)臂x上兩臂軸孔對(duì)稱線(支點(diǎn))間的距離。 齒輪寬度。5. 平衡性要求為了保證行星齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性,對(duì)中、低速行星傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臂x應(yīng)進(jìn)行靜平衡;一般,許用不平衡力矩可按表4-2選取。對(duì)于高速行星傳動(dòng),其轉(zhuǎn)臂x應(yīng)在其.上全部零件裝配完成后進(jìn)行該部件的動(dòng)平衡。表4-2轉(zhuǎn)臂x許用不平衡力矩轉(zhuǎn)臂外圓直徑 200200300350500許用不平衡力矩/N0.150.250.506. 浮動(dòng)構(gòu)件的軸向間隙如前所述,在行星齒輪傳動(dòng)中,上述各基本構(gòu)件(中心輪a, b以及轉(zhuǎn)臂x)均可以進(jìn)行浮動(dòng),以便使其行星輪間載荷均勻分布。但是,在進(jìn)行各浮動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意在每個(gè)浮動(dòng)構(gòu)件的兩端與其相鄰零件間需留有一定的軸向間隙,通常,選取軸向間隙=0.51.5mm,否則,使相鄰兩零件接觸后,不僅會(huì)影響浮動(dòng)和均載效果,而且還會(huì)導(dǎo)致摩擦發(fā)熱和產(chǎn)生噪聲。軸向間隙的大小通常是通過控制有關(guān)零件軸向尺寸的制造偏差和裝配時(shí)固定有關(guān)零件的軸向位置或修配有關(guān)零件的端面來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于小尺寸、小規(guī)格的行星齒輪傳動(dòng)其軸向間隙可取小值,對(duì)于較大尺寸、大規(guī)格的行星傳動(dòng)其軸向間隙可取較大值。4.2 箱體的設(shè)計(jì)機(jī)體是上述各基本構(gòu)件的安裝基礎(chǔ),也是行星齒輪傳動(dòng)中的重要組成部分。在進(jìn)行機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)制造工藝、安裝工藝和使用維護(hù)及經(jīng)濟(jì)性等條件來決定其具體的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)于單件生產(chǎn)和要求質(zhì)量較輕的非標(biāo)準(zhǔn)行星齒輪傳動(dòng),一般采用焊接機(jī)體。對(duì)于中、小規(guī)格的機(jī)體在進(jìn)行大批量的生產(chǎn)時(shí),通常采用鑄造機(jī)體。按照行星傳動(dòng)的安裝型式的不同??蓪C(jī)休分為臥式、立式和法蘭式(見圖4-4 )。按其結(jié)構(gòu)的不同,又可將機(jī)體分為整體式和剖分式。圖4-4 機(jī)體結(jié)構(gòu)形式圖4-4(a)所示為Application and developmentOf case based reasoning in fixture designAbstract: Based on the case based designing (CBD) methodology, the fixture similarity is in two respects: the function and the structure information. Then, the computer aided fixture design system is created on case based reasoning (CBR),in which the attributes of the main features of workpiece and structure of fixture as case index code are designed for the retrieve of the similar cases, and the structure and hierarchical relation of case library are set up for store. Meanwhile, the algorithm based on the knowledge guided in the retrieve of the similar cases, the strategy of case adapt at ion and case storage in which the case ident if cat ion number is used to distinguish from similar cases are presented. The application of the system in some projects improves the design efficiency and gets a good result .Keywords: case based reasoning ;fixture design; computer aided design(CAD) Fixtures are devices that serve as the purpose of holding the workpiece securely and accurately, and maintaining a consistent relationship with respect to the tools while machining. Because the fixture structure depends on the feature of the product and the status of the process planning in the enterprise, its design is the bottleneck during manufacturing, which restrains to improve the efficiency and leadtime. And fixture design is a complicated process, based on experience that needs comprehensive qualitative knowledge about a number of design issues including workpiece configuration, manufacturing processes involved, and machining environment. This is also a very time consuming work when using traditional CAD tools (such as Unigraphics, CATIA or Pro/E), which are good at performing detailed design tasks, but provide few benefits for taking advantage of the previous design experience and resources, which are precisely the key factors in improving the efficiency. The methodology of case based reasoning (CBR) adapts the solution of a previously solved case to build a solution for a new problem with the following four steps: retrieve, reuse, revise, and retain 1. This is a more useful method than the use of an expert system to simulate human thought because proposing a similar case and applying a few modifications seems to be self explanatory and more intuitive to humans .So various case based design support tools have been developed for numerous areas2-4, such as in injection molding and design, architectural design, die casting die design, process planning, and also in fixture design. Sun used six digitals to compose the index code that included workpiece shape, machine portion, bushing, the 1st locating device, the 2nd locating device and clamping device5. But the system cannot be used for other fixture types except for drill fixtures, and cannot solve the problem of storage of the same index code that needs to be retained, which is very important in CBR6.1 Construction of a Case Index and Case Library1.1 Case index The case index should be composed of all features of the workpiece, which are distinguished from different fixtures. Using all of them would make the operation in convenient. Because the forms of the parts are diverse, and the technology requirements of manufacture in the enterprise also develop continuously, lots of features used as the case index will make the search rate slow, and the main feature unimportant, for the reason that the relative weight which is allotted to every feature must diminish. And on the other hand, it is hard to include all the features in the case index.Therefore, considering the practicality and the demand of rapid design, the case index includes both the major feature of the workpiece and the structure of fixture. The case index code is made up of 16 digits: 13 digits for case features and 3 digits for case identification number.The first 13 digits represent 13 features. Each digit is corresponding to an attribute of the feature, which may be one of“*”, “?”, “1”, “2”,“A”,“B”, “Z”, etc. In which, “*” means anyone, “?” uncertain, “0” nothing.The system rules: fixture type, workpiece shape, locating model cannot be “*”or“?”. When the system is designed, the attribute information of the three items does not have these options, which means the certain attribute must be selected. The last three digits are the case identification number, which means the 13 digits of the case feature are the same, and the number of these three digits is used for distinguishing them.The system also rules: “000” is a prototype case, which is used for retrieval, and other cases are “001”,“002”, which are used for reference cases to be searched by designers. If occasionally one of them needs to be changed as the prototype case, first it must be required to apply to change the one to “000”, and the former is changed to referential case automatically.The construction of the case index code is shown in Fig.1.1.2 Case libraryThe case library consists of lots of predefined cases. Case representation is one of the most important issues in case based reasoning. So compounding with the index code,.1.3 Hierarchical form of CaseThe structure similarity of the fixture is represented as the whole fixture similarity, components similarity and component similarity. So the whole fixture case library, components case library, component case library of fixture are formed correspondingly. Usually design information of the whole fixture is composed of workpiece information and workpiece procedure information, which represent the fixture satisfying the specifically designing function demand. The whole fixture case is made up of function components, which are described by the function components names and numbers. The components case represents the members. (function component and other structure components, main driven parameter, the number, and their constrain relations.) The component case (the lowest layer of the fixture) is the structure of function component and other components. In the modern fixture design there are lots of parametric standard parts and common non standard parts. So the component case library should record the specification parameter and the way in which it keeps them. 2 Strategy of Case RetrievalIn the case based design of fixtures ,the most important thing is the retrieval of the similarity, which can help to obtain the most similar case, and to cut down the time of adaptation. According to the requirement of fixture design, the strategy of case retrieval combines the way of the nearest neighbor and knowledge guided. That is, first search on depth, then on breadth; the knowledge guided strategy means to search on the knowledge rule from root to the object, which is firstly searched by the fixture type, then by the shape of the workpiece, thirdly by the locating method. For example, if the case index code includes the milling fixture of fixture type, the search is just for all milling fixtures, then for box of workpiece shape, the third for 1plane+ 2pine of locating method. If there is no match of it, then the search stops on depth, and returns to the upper layer, and retrieves all the relative cases on breadth.Retrieval algorithms:1)According to the case index information of fixture case library, search the relevant case library;2)Match the case index code with the code of each case of the case library, and calculate the value of the similarity measure;3)Sort the order of similarity measure, the biggest value, which is the most analogical case.Similarity between two cases is based on the similarity between the two cases. features. The calculation of similarity measure depends on the type of the feature. The value of similarity can be calculated for numerical values, for example, compareWorkpiece with the weight of 50kg and 20kg. The value can also be calculated between non numerical values, for example, now the first 13 digits index code is all non numerical values. The similarity measure of a fixture is calculated as follows: where S is the similarity measure of current fixture, n is the number of the index feature, is the weight of each feature, is the similarity measure of the attribute of the i2th feature with the attributeof relative feature of the j-th case in the case library. At the same time, , the value counts as follows:.Where is the value of the index attribute of the i-th feature, and is the value of attribute of the relative i-th feature of the j-th case in case library.So there are two methods to select the analogical fixture. One is to set the value. If the values of similarity measure of current cases were less than a given value, those cases would not be selected as analogical cases. When the case library is initially set up, and there are only a few cases, the value can be set smaller. If there are lots of analogical cases, the value should get larger. The other is just to set the number of the analogical cases (such as10), which is the largest value of similarity measure from the sorted order.3 Case adaptation and Case Storage3.1 Case adaptation The modification of the analogical case in the fixture design includes the following three cases:1) The substitution of components and the component;2) Adjusting the dimension of components and the component while the form remains; 3) The redesign of the model.If the components and component of the fixture are common objects, they can be edited, substituted and deleted with tools, which have been designed.3.2 Case storageBefore saving a new fixture case in the case library, the designer must consider whether the saving is valuable. If the case does not increase the knowledge of the system, it is not necessary to store it in the case library. If it is valuable, then the designer must analyze it before saving it to see whether the case is stored as a prototype case or as reference case. A prototype case is a representation that can describe the main features of a case family. A case family consists of those cases whose index codes have the same first 13 digits and different last three digits in the case library. The last three digits of a prototype case are always “000”. A reference case belongs to the same family as the prototype case and is distinguished by the different last three digits.From the concept that has been explained, the following strategies are adopted:1) If a new case matches any existing case family, it has the same first 13 digits as an existing prototype case, so the case is not saved because it is represented well by the prototype case. Or is just saved as a reference case (the last 3 digits are not “000”, and not the same with others) in the case library.2) If a new case matches any existing case family and is thought to be better at representing this case family than the previous prototype case, then the prototype case is substituted by this new case, and the previous prototype case is saved as a reference case.3) If a new case does not match any existing case family, a new case family will be generated automatically and the case is stored as the prototype case in the case library.4 Process of CBR in Fixture DesignAccording to the characteristics of fixture design, the basic information of the fixture design such as the name of fixture, part, product and the designer, etc. must be input first. Then the fixture file is set up automatically, in which all components of the fixture are put together. Then the model of the workpiece is input or designed. The detailed information about the workpiece is input, the case index code is set up, and then the CBR begins to search the analogical cases, relying on the similarity measure, and the most analogical case is selected out. If needed, the case is adapted to satisfy the current design, and restored into the case library. The flowchart of the process is shown in Fig.3.5 Illustrating for Fixture Design by CBRThis is a workpiece (seeFig.4). Its material is 45# steel. Its name is seat. Its shape is block, and the product batch size is middle, etc. A fixture is turning fixture that serves to turn the hole, which needs to be designed. The value of feature, attribute, case index code and weight of the workpiece is show n in Tab.2.Through searching, and calculating the similarity, the case index code of the most similar case is 19325513321402000, and the detailed information is show n in Tab. 3. The similarity is calculated as follows:So the value of similarity measure of the fixture which needs to be designed with the most analogical case in case library is 0.806, and the structure of the most analogical case is shown in Fig.5.After having been substituted the component, modified the locating model and clamp model, and adjusted the relative dimension, the new fixture is designed, and the figure is show n in Fig.6.As there is not the analogical fixture in the case library, the new fixture is restored in to the case library. The case index code is 19325513311402000.6 ConclusionCBR, as a problem solving methodology, is a more efficient method than an expert system to simulate human thought, and has been developed in many domains where knowledge is difficult to acquire. The advantages of the CBR are as follows: it resembles human thought more closely; the building of a case library which has self learning ability by saving new cases is easier and faster than the building of a rule library; and it supports a better transfer and explanation of new knowledge that is more different than the rule library. A proposed fixture design framework on the CBR has been implemented by using Visual C +, UG/Open API in U n graphics with Oracle as database support, which also has been integrated with the 32D parametric common component library, common components library and typical fixture library. The prototype system, developed here, is used for the aviation project, and aids the fixture designers to improve the design efficiency and reuse previous design resources.基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用摘要:根據(jù)基于事例的設(shè)計(jì)方法,提出采用工序件的特征信息和夾具的結(jié)構(gòu)特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎(chǔ)的事例索引碼,設(shè)計(jì)了事例庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式;同時(shí),提出了基于知識(shí)引導(dǎo)的夾具事例檢索算法,以及事例的修改和采用同族事例碼進(jìn)行相似事例的存貯,形成了基于事例推理的夾具設(shè)計(jì).所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號(hào)工程夾具設(shè)計(jì)等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中得到了應(yīng)用,并取得了令人滿意的使用效果.關(guān)鍵詞: 基于事例的推理 夾具設(shè)計(jì) CAD 夾具是以確定工件安全定位準(zhǔn)確為目的的裝置,并在加工過程中保持工件與刀具或機(jī)床的位置一致不變。因?yàn)閵A具的結(jié)構(gòu)依賴于產(chǎn)品的特點(diǎn)和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位,所以它的設(shè)計(jì)是制造過程中的瓶頸,制約著效率的提高. 夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程,需要有從大量的設(shè)計(jì)論文中了解質(zhì)量知識(shí)的經(jīng)驗(yàn),這些設(shè)計(jì)論文包括工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涉及加工工藝,和加工環(huán)境。當(dāng)用這些擅長(zhǎng)繪制詳細(xì)設(shè)計(jì)圖的傳統(tǒng)的CAD工具(如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時(shí),這仍然是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作,但是利用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關(guān)鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應(yīng)以往個(gè)案解決的辦法,建立一個(gè)新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改,并保留.這是一個(gè)比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法,因?yàn)樘岢鲆粋€(gè)類似的情況,和采用一些修改,似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設(shè)計(jì)工具已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中發(fā)展起來,如在注射成型及設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)投死, 規(guī)劃過程中,還有夾具設(shè)計(jì). 孫用六個(gè)數(shù)字組成代碼參數(shù),包括工件的形狀、機(jī)械部分、軸襯,第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個(gè)系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲(chǔ)存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題,這在CBR中是非常重要的. 1事例參數(shù)和事例圖書館的建立1.1事例參數(shù)事例參數(shù)應(yīng)該由工件的所有的特征組成,來區(qū)別不同的夾具. 使用他們能夠使操作方便. 因?yàn)榱慵男螤钍嵌喾N多樣的, 在生產(chǎn)企業(yè)中制造的技術(shù)要求也不斷發(fā)展,許多特征作被用做事例參數(shù)將會(huì)使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因?yàn)榉峙浣o每個(gè)特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。 因此,考慮到實(shí)際和快速設(shè)計(jì)的需求,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結(jié)構(gòu)。事例參數(shù)代碼由16位數(shù)組成:13位數(shù)是事例特征 3位數(shù)是事例識(shí)別數(shù)字。 前13位數(shù)代表13個(gè)特征。 每個(gè)數(shù)字與特征的一個(gè)屬性相一致,這可能是*、?、1、2,A、B,,Z,等其中的一個(gè)。其中,*是指任何一個(gè),?代表不確定,0代表沒有。 系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型,工件的形狀,位置模式不能是*和?。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),三個(gè)項(xiàng)目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。最后三位數(shù)是事例識(shí)別號(hào)碼,如果事例特征的13位數(shù)是一樣的,這三個(gè)數(shù)字就用來區(qū)別他們。該系統(tǒng)還規(guī)定:000是用于修正的一個(gè)典型事例,其他事例001、002、,這些是用于設(shè)計(jì)師查找參考事例的. 如果其中一個(gè)偶爾需要改變成典型事例,首先它必須要求改成000,前面的自動(dòng)變成參考事例. 事例索引碼的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1夾具類型; 6工件重量; 11夾緊模型; 2工件形狀; 7工件剛度; 12夾具體; 3工件材料; 8加工內(nèi)容; 13其他; 4批 量; 9過程所有物; 14到16事例識(shí)別碼; 5工件比例; 10定位模型; 圖1 事例索引碼的結(jié)構(gòu)1.2事例庫(kù)事例庫(kù)由許多預(yù)定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復(fù)合。1.3 事例的層次化夾具的結(jié)構(gòu)相似被認(rèn)為是整個(gè)夾具,成分和內(nèi)容相似。所以,整個(gè)夾具事例庫(kù),成分事例庫(kù),夾具的成分事例庫(kù)形成相同。整個(gè)夾具的設(shè)計(jì)資料通常是由工件資料和工件加工資料組成,這就意味著夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足特別功能的需求.全部夾具事例是由功能成分組成,它是用功能成分的名字和數(shù)字來進(jìn)行描述的。成分事例代表成員(成分功能和其他結(jié)構(gòu)成分,主要驅(qū)動(dòng)參數(shù),數(shù)字,和它們的約束關(guān)系)。成分事例(夾具的最低層)是功能成分和和其他成分的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)中有很多參數(shù)化準(zhǔn)件和普通非標(biāo)準(zhǔn)件。所以成分事例圖書館應(yīng)記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。2事例修改的策略在基于事例的夾具設(shè)計(jì)中,最重要的是相似點(diǎn)的修改,這樣能有助于獲得最相似的事例,以及縮短適應(yīng)時(shí)間。根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的需求,事例修改的策略使最接近的事例方法和知識(shí)指導(dǎo)結(jié)合起來。首先在深度上查找,然后在寬度上;知識(shí)指導(dǎo)策略意味著在來自客觀事物根源的知識(shí)規(guī)則上查找,這就要首先查找固定類型,然后查找工件的形狀,第三查找定位方法。例如,如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具,就只查找所有的磨削夾具,然后查找工件形狀的盒子,第三查找一個(gè)平面兩個(gè)銷的定位方法。如果沒有合適的,就查找深度標(biāo)點(diǎn),然后回到最上層,然后再找所有與寬度相關(guān)的事例。 修改方法:1) 根據(jù)夾具事例庫(kù)的事例索引信息,查找有關(guān)事例庫(kù)。2) 將事例索引碼與事例庫(kù)的每個(gè)事例碼匹配,然后計(jì)算相似尺寸的價(jià)值。3) 整理相似尺寸的次序,最大的架子是最類似的事例。兩個(gè)事例之間的相似點(diǎn)是基于兩個(gè)事例特征之間的相似點(diǎn)。相似點(diǎn)尺寸的計(jì)算依靠特征的類型。相似點(diǎn)的價(jià)值可以通過數(shù)字化的價(jià)值來計(jì)算,例如比較重量分別是50kg 和 20kg的工件。非數(shù)字化的價(jià)值也能計(jì)算,例如,現(xiàn)在前13位索引碼都是非數(shù)字化的價(jià)值。一個(gè)夾具的相似尺寸的計(jì)算公式如下:其中S表示通用夾具的相似尺寸,n表示索引特性數(shù),表示每個(gè)特性的重量,表示事例庫(kù)中特性和相關(guān)夾具的特性的相似尺寸。同時(shí), ,數(shù)值計(jì)算如下: 其中表示第i個(gè)特征的索引特性值,表示事例庫(kù)中第j個(gè)事例的第i個(gè)特征的特性值。 所以有兩種方法選擇相似夾具。一個(gè)方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小,這些事例就不能選來作相似事例。事例庫(kù)最初建立的時(shí)候,只有一些事例,數(shù)值可以建小一點(diǎn)。如果有大量的相似事例,數(shù)值就應(yīng)該建的大一些。另外一個(gè)方法是只建立相似事例的數(shù)字(例如10),這是類型單里相似尺寸的最大值。3 事例的修改和存儲(chǔ)3.1事例的修改 夾具設(shè)計(jì)中相似事例的修改包括以下三個(gè)階段:1) 成分的替代2) 保持形式不變,調(diào)整成分的特性3) 模型重新設(shè)計(jì)如果夾具的成分是普通的物品,它們能通過使用工具被修改,代替以及刪除,這些已經(jīng)被設(shè)計(jì)好了。3.2事例的存儲(chǔ) 在將一個(gè)新的事例保存到事例庫(kù)之前,設(shè)計(jì)者必須考慮保存是否有價(jià)值。如果這個(gè)事例不能增加系統(tǒng)的知識(shí),就沒有必要把它保存到事例庫(kù)里。如果它有價(jià)值的話,設(shè)計(jì)者在保存之前必須分析一下,看看這個(gè)事例是否作為標(biāo)準(zhǔn)事例或參考事例被存儲(chǔ)了。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例是一個(gè)描述同族事例主要特征的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)同族事例是有事例庫(kù)中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例的最后三位通常是“000”。一個(gè)參考事例屬于同族標(biāo)準(zhǔn)事例,最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。從被解釋的概念中,可采用以下方法:1)如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族一致,和一個(gè)存在的標(biāo)準(zhǔn)事例的前13位數(shù)相同,那么這個(gè)事例就不能存儲(chǔ)因?yàn)橐呀?jīng)這種標(biāo)準(zhǔn)事例了。或者只能作為一個(gè)參考事例保存(最后三位不是“000”,而且和其它的不一樣)在事例庫(kù)中。 2)如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族一致,并且被認(rèn)為代替這個(gè)事例族要比以前的標(biāo)準(zhǔn)事例好,那么這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例就被這個(gè)新的事例代替,以前的標(biāo)準(zhǔn)事例作為一個(gè)參考事例保存。 3)如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族不一致,一個(gè)新的事例族將會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生,并作為標(biāo)準(zhǔn)事例保存到事例庫(kù)中。4夾具設(shè)計(jì)中基于事例推理的過程根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的特性,夾具設(shè)計(jì)的基本信息,例如夾具的名字,零件,生產(chǎn)和設(shè)計(jì)者等等,必須先輸入。然后,輸入或設(shè)計(jì)工件的模型。輸入有關(guān)工件的細(xì)節(jié)信息,建立事例索引碼,然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例,選出最相似的事例。如果需要的話,事例要滿足通用性設(shè)計(jì),再存儲(chǔ)到事例庫(kù)中。程序流程圖如圖2所示 圖2 基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)流程圖5基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)說明這是一個(gè)工件如圖3所示。材料是45鋼,底座,形狀為塊狀,生產(chǎn)批量為中批等。需要設(shè)計(jì)成一個(gè)用來旋轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn)夾具。圖3 需要設(shè)計(jì)夾具的一個(gè)工件(最大尺寸80mmx49mmx22mm)工件的特征值,屬性值,事例索引碼和重量在表1中列出。 表1 工件的事例索引碼和重量 特征名稱 特性值 索引碼 重量 夾具類型 車床夾具 1 100 工件形狀 塊狀 9 90 工件材料 中碳鋼 3 70 批量 中批 2 60 工件比例 小 5 60 工件重量 輕 5 60 工件剛度 硬度強(qiáng) 1 60 加工內(nèi)容 孔 3 80 程序要求 完成加工 3 70 定位方法 三個(gè)平面 1 100 夾緊方法 不確定 ? 90 夾具體 復(fù)合 4 80 其他 沒有 0 60 通過查找和計(jì)算相似點(diǎn),最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000,細(xì)節(jié)信息在表2中列出。 表2 最相似事例的事例索引碼特征名稱 特性值 索引碼夾具類型 車床夾具 1 工件形狀 塊狀 9 工件材料 中碳鋼 3 批量 中批 2 工件比例 小 5 工件重量 輕 5 工件剛度 硬度強(qiáng) 1 加工內(nèi)容 孔 3 程序要求 完成加工 3 定位方法 三個(gè)平面 1 夾緊方法 不確定 ? 夾具體 復(fù)合 4 其他 沒有 0 相似點(diǎn)的計(jì)算如下: 所以夾具的相似尺寸值是0.806,這是在事例庫(kù)中用于設(shè)計(jì)的最相似的事例,最相似的事例的結(jié)構(gòu)如圖4所示圖4 最相似的夾具當(dāng)成分替代,修改定位模型和夾緊模型,以及調(diào)節(jié)相關(guān)尺寸之后,新的夾具被設(shè)計(jì)出來,圖形如圖6所示 圖5 需要設(shè)計(jì)的新夾具因?yàn)樵谑吕龓?kù)中沒有相似夾具,新夾具被儲(chǔ)存到事例庫(kù)中。事例索引碼是19325523311402000。6 結(jié)論 基于事例推理,作為一個(gè)問題解決的方法,是一個(gè)比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法,已經(jīng)在很多難獲取知識(shí)的領(lǐng)域里得到發(fā)展?;谑吕评淼膬?yōu)點(diǎn)如下:它和人類的思想很相似;一個(gè)事例庫(kù)通過保存新事例獲得自學(xué)能力,它比有慣例庫(kù)更快更容易,它可以更好的傳遞和解釋新的知識(shí),這和慣例庫(kù)有很大的不同?;谑吕评碇刑岢龅囊粋€(gè)夾具設(shè)計(jì)的框架已經(jīng)被實(shí)行了,使用的是支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的VC+,UG電腦繪圖軟件。這個(gè)框架也已經(jīng)和普通成分庫(kù)和典型夾具庫(kù)結(jié)合起來。這個(gè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng),用于航空項(xiàng)目,幫助夾具設(shè)計(jì)者提高設(shè)計(jì)效率和重新使用先前的設(shè)計(jì)資源。- 18 -
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