6.6 初始数据一致化处理
至此，可对圆柱齿轮减速器设计的初始数据进行一致化处理。本文仅以圆柱减速器承受变交载荷时对载荷的处理说明如下：
输入的交变载荷如图6-3所示。当量载荷按下式计算：

Teq=∑（NiTi)/NLeq
Ni=60ni*k*hi
NLeq=∑Ni
其中，k齿轮每转同侧齿的啮合次数；
Ti（i=l,2,3，…，N）为减速器各级载荷（扭矩单位N·M)；
Ni(i=1,2,3，…，N）为减速器各级载荷相对应的应力循环次数；
ni(i=l,2,3,…，N）为第i级载荷齿轮的转速r/min ；
hi(i=l,2,3，…，N）在第i级载荷下齿轮的工作小时数；
p齿轮材料与热处理的特性系数，见表6-6。

6.7齿轮传动几何参数设计
1.按强度经验公式计算齿轮传动几何参数

齿轮传动计算是机城设计中非常典型的过程，其中有计算，有经验规则，要处理大量的图线数表知识，同时还有许多回溯过程。本系统采用的方法是过程加其它知识的处理方式进行，具主要步骤见图3-l。
2.齿轮强度校核
齿轮强度的校核包括齿轮接触强度校核，齿根弯曲强度校核和过载能力校核三部分。强度校核部分和强度计算部分有着不可分离的联系，其过程见图3-1。
齿轮强度计算和校核过程中，大量地使用能够使计算向有利于解的方向发展的启发式知识，如：
（1）当重合度为1～1.1，螺旋角不在10°、13°范围内时，调整齿轮宽度或（和）齿轮模数的方法；
（2）当总变位系数不在0.5～1.2 范围内时，按不同的条件调整大（或小）齿轮齿数的方法；
（3）当接触强度安全系数不满足要求时，改变传动参数的方法；
（4）当齿根弯曲强度安全系数不满足要求时，改变传动参数的方法。
3.齿轮润滑与胶合安全系数
齿轮润滑与胶合安全系数计算包括润滑剂特性值、齿面粗糙度系数、最大啮合长度、齿形胶合特性值、允许接触应力、节点接触应力等计算过程。
4.轮齿最大剪切应力探度与渗碳层有效深度
本项计算的内容有各种曲率半径及系数、接触应力分布宽度、斯特利勃接触应力、赫兹应力等。
5.圆柱齿轮减速器热功率计算
热功率计算主要考虑环境条件和减速器类型等因素，可归纳如下的规则：

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传动轴设计
1.轴的结构设计

抽是减速器的重要零件，它既承受弯矩又承受扭矩，受力情况十分复杂。减速器轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构通常为阶梯轴，阶梯的级数以及各阶梯的直径和长度，应综合考虑轴上零件和装配固定形式，轴的加工工艺性等因素进行设计，阶梯数以易于安装，同时减少加工次数为主要原则。通过大量统计分析分类，系统采用七种轴的结构形式，分别用框架表示。表6-8其中一类轴的定义形式。其中，表中主要内容：12为段数，chatnfered-shoulder、…，nose、…分别为轴段特性、尺寸、加工特性等，第九行中的shaft-gear为连轴式齿轮，最后一列的gear-No为该齿轮的编号，可以作为索引查询到该齿轮的参数。在确定尺寸时，某类轴的形式有时会发生变化。例如，阶梯轴某一段长度为零时，这一阶梯轴段便在设计图纸上消失。

2.轴段尺寸
轴的直径的确定，各段按下列进行：
轴伸直径dha，按下列计算式确定：

其中，A,n,P1分别为材料系数，计算轴的转速和功率。
轴伸挡肩直径一般为轴承内径dg（密封处直径与轴承内径相等）；
当dha≤50，按标准确性直径选dg比dha大两级；
当dha>50，按标准直径选dg比dha大一级；
当由于轴伸强度及轴承内径dg，齿轮孔径曲的限制，不能形成多台肩时，允许dg=dha,即轴伸无台肩。
其它直径，如齿轮安装处等，按相应的结构尺寸确定。
轴承处直径按计算选取时，有时需要作进一步的修改，即选择的轴承内径与计算的轴径不一致（轴径系列与轴承系列不同），这时会影响到轴的全部直径。
传动轴各段的长度，需要在箱体设计之后进行，见§6.11。
3.轴的公差与配合（见6.13）。
4.键的选取（见§6.12）。

6.9齿轮结构的选择与参数设计
圆柱齿轮减速器采用的齿轮有取造齿轮和焊接齿轮。锻造齿轮其结构分连轴式、整体式、平辐板式等，归纳的规则如下：

rules==>((rule gear-structure-49
（if (gear (>number) addend addedndum circle diameter/shaft
diameter （cal?(<1.5))))
(then(gear (< number) structure is shaft-style)))))
……））
下面所示的是一锻造齿轮的设计输出，其中4为齿轮编号。
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 轴承
1.轴承型号
轴承系标准件，在设计时主要的任务是选用。在圆柱齿轮减速器，多采用滚动轴承。轴承的选用，一般考虑如下几个因素：轴承所受的载荷方向，转轴的转速，旋转精度的要求，载荷的平稳性因素，径向尺寸的要求，轴的刚度，轴承安装及一致性要求等。具体选用原则如下规则所示。
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”)))
……))
同材料选择类似，轴承的选用也是一个系列，如ORDER2系列有轴承（3600 3500 (3000 3282000）……）等。对于系统数据库音时不存在的轴承数据，系统通过运行物入而加以扩充。
2.轴承尺寸及固定
轴承尺寸的限制因素为：
(D1ou＋D2ou）+2≤0.8a
式中，D1ou、2ou、a分别为小、大齿轮轴轴承外径，轴承孔中心距。

固定方式可参阅《文搞》。

6.11 箱体设计
箱体是减速器所有零件的安装基础件，从设计上必须保证足够的刚度，强度，良好的加工工艺性，便宜安装、拆卸及维修等，它由两部分组成，箱盖及底座。
箱体分铸造箱体和焊接箱体。这里，仅以铸造箱体内例。
在进行图1-1、图1-2-1、l-2-2、1-2-3种类的圆柱齿轮减速器设计时，箱体是种类最多，变化程度最大的部件，因此，不可能建立一种统一的模式。根据传动方案的不同，箱体形状会发生很大的变化，设计工作量极繁重。通过分析，本系统采用的方法是通过框架来表达箱体设计的大量知识，如表6-11所示的框架是图1-2-2 中第9号箱体的结构定义式。
通过表3-3的求值，并对箱体敌据表6-9 的填值，完成减速器箱体的设计。

6.12传动轴结构参数长度的设计计算
箱体结构及尺寸设计完成后，便可进行传动轴结构参数长度的设计计算。轴的各段长度，决定于轴上零件的宽度，零件间的相对位置，传动布置，箱体尺寸以及安装要求等。传统的设计方法是根据草图进行设计，专家系统则要求精确的数值计算。轴段长度的计算是通过其知识框架和嵌套在框架中的过程知识进行，如表6-10所示。过程知识主要用于非规律性知识的求值。在计算时，§6.8中定义的轴的结构有时会发生变化，这主要表现在

轴段安装时的限制因素导致轴段发生变化，从而某段在轴上消失。

6.13密封件、键以及其它附件的设计

1.密封件的形式有许多种，如毡封式，圆形间除式，垫圈式，皮碗式，迷宫式，联台式等，根据减速器轴的形式选用其中的一种。本系统优先选择毡封式和垫圈式，并进行了设计，其设计结果参数如表6-11所示。

注：表中各项参数分别为端盖外缘参数、外缘凸台参数、端盖轴孔径处参数、端盖内部凸台参数、端盖螺孔参数。
2.键的选择
键是标准件，机械设计中，首先选择键的类型，决定键及键槽的剖面尺寸，然后校核键的强度。键的类型选择主要考虑以下因素：
①所传递的扭矩的大小，
②轴上零件是否需要移动；
③是否对轴上零件进行定位；
④键在轴上的位置等。
一般情况下，减速器中轴上零件与轴采用平健联接。
根据联接处轴径，键及键槽的剖面尺寸按表6-12选择，键的长度可取等于或小于轮毅长。

键接的强度校核包括工作面的比压和键的抗翦强度，由下式决定：
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分别为工作面比压、键轴向剖面剪应力、轴传递的扭矩、连接处的轴径、键的工作高度、长度、宽度。
其它内容，如销，螺栓等等，便一一略去了。
6.14圆柱齿轮减速器主要零件的配合
减速器主要配合尺寸有轴与齿轮、轴承、联轴器，轴承与箱体等。配合的选择需要考虑的因素较复杂，如紧固要求、对中性要求、装配和拆卸要求等，各类推荐的配合种类见有关的标准、手册。本系统中用框架形式表示配合知识，形式如表6-13。

其中：fit-face：零件间配合的表面，如shaft-gear,shaft-bearing等；
the-kind：相配合零件的种类，如对轴承来讲，是球轴承还是其它；
load-type：载荷的种类；
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围；
fit-type：配合种类。
配合框架知识元的知识的运行过程为依次对fi-face槽、the-kind侧面、load-type侧面、accuracyl侧面、accuracy2侧面、dimension侧面匹配，若成功，将返回的知识加入到专家系统的上下文中；否则系统将根据当前运行状态提问，要求输入相应的配合方式。

6.15 概算圆柱齿轮减速器体积、重量

1.圆柱齿轮减速器体积
概算体积V不计轴伸、通气帽等尺寸，按下式计算：
V=L×B×H/10003 m³
2.圆柱齿轮减速器重量GW
GW=1.2×（GW1+GW2+GW3+GW4+GW5)
其中，GW1为机体、机盖重量，通过简化六面体并乘于相应的系数得到；
GW2为齿轮重量，按不同的齿轮分别进行计算；
GW3为高速轴齿轮轴部分重量；
GW4为中间轴齿轮轴部分重量；
Gw5为低速轴重量；
1.2为考虑其它零件、附件时的系数。
6.16 圆柱齿轮减速器价格、生产周期
1.圆柱齿轮减速器价格主要考虑齿轮材料、精度，减速器中心距，总重量等因素，如表6-14。专家系统设计中，可用框架表示（表6-15 ):
2.生产周期主要由减速器中心距决定，同时计算出磨齿工时，滚齿工时和渗碳工时。

表6-14圆柱齿轮减速器价格

中心距mm		80	100	112	125	140	160	180	200	…
单价 Dor 万元	一级	0.12	0.18	-	0.25	-	0.35	-	0.45	…
	二级	-	-	0.25	0.30	0.38	0.50	0.65	0.85	…
	三级	-	-	-	-	-	0.75	0.95	1.20	…

注：①二、三级圆柱齿轮减速器中心距按低速级计；
②该表为渗破淬火磨齿齿轮、6 级精度；
当为渗碳淬火不磨齿齿轮、7级精度时，价格按表6-15乘以系数0.7；
当为调质中硬度齿面HB286～360、7级精度时，价格按表6-15乘以系数0.55；
当为调质齿轮HB217～286、8级精度时，价格按表6-15乘以系数0.35；

当中心距不在表列之中时，可按插值法计，大于710mm时，按每吨1.4万元计。

6.17 减速器设计方案的评价与选择
通常倩况下，满足设计条件的机械产品的设计方案并不是唯一的。因此，在专家系统中需要具备对多种方案进行评价决策的能力，通过某种评价准则，对产品的设计方案进行优劣排序并决策一种最优方案，同时提供有关信息和建议．对圆柱齿轮减速器设计方案的评价本文采取以下三种方法：
1.加权平均法：任一设计方案都含有许多衡量性能的指标，某一指标为最优的方案并不一定就是所有方案的最优者。所以，需要对所有性能指标进行综合评价。又由于用户根据不同的要求而对不同的性能指标有所侧重，为了反映这种侧重性，采用加权的方法，即对要求较高的指标分配较大的权系数，故加权平均的综合评价方法可表示为：

上两式中，P是综合评价的结果，q_j是第j个指标所占的权重，是根据设计的实际需要确定的，q_j是第j个指标的单因素评价。使用时，s_j在数量上均相对于第一个方案进行归一化处理，转化为无量纲的指标量。本文采用减速器齿轮重量、箱体重量、轴重量、体积、减速器承载能力、结构复杂性系数、传动齿轮圆周速度等七项指标组成。
2.减速器承载能力比较法：对所设计的减速器的承载能力进行比较，优选承载能力大的减速器。
3.结构合理性比较法：对没有特殊设计要求的减速器进行结构合理性比较，如大、小齿轮直径比是否超标；减速器的总高、总宽和总厚比是否合理。
6.8 系统的输出
圆柱齿轮减速器设计完成后，其结果为一系列表（LISP 语言形式）组成的结果。为了使专家系统的结果方便地被用户所理解，系统设置有相应的输出函数，并以表格的形式，输出所需的设计数据。下表（表6-16）为专家系统设计的一一级圆柱齿轮减速器的示例。

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