（机械制造及其自动化专业论文）齿轮精度分析与设计的智能系统.pdf

沈日业太学硕十学位论文 摘要 传统的齿轮精度分析及设计既耗时又难以保证设计的精度和质量。为此，我们引入 了计算搬辅助设计方法及人工智能技术，研毒了泼轮精度分极与设计智能系统，该系统 根据齿轮精度分析与设计的初始输入条件运用专家系统中的专家知识，一方面对齿轮 的蓦项谟差进霉粪谗与判叛，找蹬菠轮鸯鬟工中产，童误差熬阂素，然压作为臻息反馈予生 产实践，从而进一步提高齿轮的加工精度。另一方面完成齿轮的精度设计、齿坯精度设 计、警筏缝薅定滚轮各公差缓熬精度等缀，叁饕逡玻各个公差缓兹捡验籀梅、按照最薪 国家标凇设计的彤位公差查询标淀、尺寸公差查询标注、寝面粗糙度查询标注等。时， 可在a u t o c a d 2 0 0 0 平台上对设计& 的齿轮工作图遴行实对编辑和修改。最焉，系统可根 据用户要求自动生成满足，土产要求的精度设计结果和工作图。 本系统采用d e p h i 3 0 和a u t o c a d 2 0 0 0 歼发工具，运用a c t j v e xa u t o m a to n 及数 掇库技术歼发实现的。系绞蛇人枧赛藤友好、操 乍方便、简单，具商一定的独立性，可 以根据用户的要求进行扩充、完善，该系统的研究与实现，为齿轮精度等级分析、设计 援 共了一耪裹效可靠故方法。利羯本软 孛轻增强众犍产燕开发幕l 设计数熊力：提麓没计 质量，缩短产品研制周期：有利于实现齿轮的标准化、系列化、通用化；提高企业的经 济效益。 关键词：齿轮精度分析，齿轮精度设计，c a d ，专家累统 沈闷| i ：业人学硕十学位论文 g e a rp r e c i s i o na n a l y s i sa n d d e s i g ni n t e l l i g e n ts y s t e m a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a lg e a rp r e c i s i o na n a l y s i sa n dd e s i g nw o r ki sn o to n l yt i m e - c o s t ，b u ta l s o h a r dt oa c q u i r eh i g h e rp r e c i s i o na n dq u a l i t y s ow e d e s i g n a g e a rp r e c i s i o na n a l y s i sa n dd e s i g ni n t e l l i g e n ts y s t e m w i t ht h ec a d m e t h o d a n da it e c h n o l o g y t h ei n i t i a lc o n s i d e r a t i o n so fg e a rp r e c i s i o na n a l y s i sa n dd e s i g na r eg i v e n ， a c c o r d i n g t ot h ee x p e r tk n o w l e d g eo ft h ee x p e r ts y s t e m o nt h eo n eh a n d ，v a r i o u sg e a re r r o r s a r ei n q u i r e da n di ti sm a d ea sf e e db a c ki n f o r m a t i o n i no r d e rt oi m p r o v eg e a rp r o c e s s i n g p r e c i s i o n o nt h eo t h e rh a n d t h eg e a ra n dg e a rb l a n k a r ed e s i g n e d ，t h ep r e c i s i o ng r a d e so f g e a r t o l e r a n c ei t e m sc a nb eo b t a i n e di n t e l l i g e n t l ya n dt h ec h e c k i n gt a r g e to f e a c ht o l e r a n c ei t e m sc a n b ec h o s e na u t o m a t i c a l l y g e o m e t r i c a lt o l e r a n c e s i z et o l e r a n c ea n ds u r f a c er o u g h n e s st o l e r a n c e a r e i n q u i r e d a n dd r a a a m e a n t i m et h ew o r k i n gg r a p hd e s i g n e dc a nb em o d i f i e du n d e r a u t o c a d f i n a l l y t h es a t i s f a c t o r yp r e c i s i o nd e s i g nr e s u l t sa n dt h ew o r k i n gg r a p hc a nb e o b t a i n e da u t o m a t i c a l l y a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to f t h eu s e r s u s i n gt h et o o l k i t s u c ha s d e l p h i 3 0a n da u t o c a d 2 0 0 0 。t h es y s t e mi sd e v e l o p e da n d i m p l e m e n t e dw i t ht h ea i do f a e t i v e xa u t o m a t i o na n dd a t ab a s et e c h n i q u e s w i t haf r i e n d l y i n t e r f a c ea n di n d e p e n d e n c e ，t h es y s t e mi se a s yt ob eo p e r a t e d t h es y s t e mp r o v i d e sa ne f f i c i e n t a n dr e l i a b l ew a yf o rg e a rp r e c i s i o na n a l y s i sa n dp r e c i s i o nd e s i g n ，u s i n gt h i ss o f t w a r ei tc a n b u i l d u pc a p a b i l i t yo fc o r p o r a t i o np r o d u c te x p l o i t a t i o na n dd e s i g n ，i m p r o v ed e s i g nq u a l i t ya n d s h o r t e n p r o d u c td e v e l o p m e n t ，b ep r o p i t i o u s t or e a l i z e g e a r s t a n d a r d ，s e r i e sa n d c u r r e n c y ，i m p r o v ec o r p o r a t i o ne c o n o m i c b e n e f i t k e yw o r d s ：g e a rp r e c i s i o na n a l y s i s ，g e a rp r e c i s i o nd e s i g n ，c a d e x p e r ts y s t e m 2 独仓l l 性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成采，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工佟的丽志对本研究所傲静任何贡献均已在论文中傲了翡确的说鞠并表 示了谢意。 签名：牲 霞翳：厶主；专。 参 关于论文使用授权的说明 本人完全了髂沈疆王泣大学窍关保密、使弼学位论文的耀定，辩： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被凌阅和借阅；学校可以公 布论文的全熟或部分痰容，可以：嚣弱影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密艚应遵循此规定) 日期：山弓；j d 辨 浼鼹工、燕大学蕻士学霞论文 号|言 齿轮楚搬槭传动的基磁部传，因姥也楚设计人员经常要没诗豹零部件，露齿轮壤 度的高低又直接影响到传动质量，由此可见齿轮设计的重要性。 陡篝瑗代纯工数熬不叛发曩，滤轮设诗熬标壤露奁不瓤完善，越来越终仓实践靛 需簧。为了尽可能地减小设计人员的劳动强度、提高设计速度和质擞、帮助设计人员 签快掌握新酶凌诗栝准，蠢轮精度分耩与设计静智能系统这一课题被提了国来。 此软件是基予大量的专家系统的理论知识、运用人工智能技术，针对齿轮的精度 进行了设计，并分析了影响齿轮加工精度的因素，宪成了齿轮工作黼的绘制，以及尺 寸、各项公差的榕注，具褥一定的实用性。 沈凡 i ：业人学硕士学僦论文 l 缒舱 1 1 课题的提出 计算橇辏甓浚讨j i 是二卡蓬绝五十年代发震越来静一门凝型技术蓊学，它可馥大大 提高设计效率和水平，已成为世界新技术革命的标志之一，这一新技术的应用将科技 入员的智慧和髓力得以延 串，镬工程师和设计筛瓿繁琐重复静计翼郛艰辛静绘图工 窜 中解放出来，因此计算机辅助设计已广泛皮用于机械设计等各个领域。在机械设计领 域中齿轮精度设计和分析怒一项缀常性的工作，这是因为齿轮是机械传动中量大面广 的基础零瓤 牛，在汽车、撬拉机、农枧、机床、电力、冶会、矿山、工程、起重运 输、石油、化t 、船舶、机车、轻工、仪寝、建工、建材以及军工铸领域宥着广泛的 应震。奁滚轮传动孛狳了鼗轮结聿鸯设遗以羚，盏轮穰度设诗壹接关系到传动痰量，舔 机械传动质量、性能和寿命直接影响着机器的性能和可靠性齿轮精度分析帮助找出 影攀j 梳械传动矮鳖、毪耱寿命熬嚣素。 通常齿轮精度设计采用人工设计方法， 索与选取、分桥 算、绘图等步骤束完成， 怒： 即以原始数据为依掘，经过设计、数据梭 随着现代工、韭麓震的要求，面稿的问题 1 7 r 发周期短，从立项到交赞时阳j 紧迫： 2 ，产品质量黥要求藏，对振旗、噪声筹控制羧素魄要求也挺麓了； 3 谯满足质凝水平及使用要求的前提下控制成本，节约资金： 4 设计过程中痤焉豹公式、强表复杂嚣多，焱溪 髫髓矮，嚣往纯设量卡嚣反复进 行计算，容易出错： 5 我国现行标准是确当子国际7 0 年代以前静标准帮资料，齿轮和齿轮箱豹瀵爨 存在一定的差距。可靠性和经济效益较差。 因而，运用计算机辅助齿轮的精度设计和分析，对于提高齿轮精度设计质爨和设计效 率设菲鬻霾要敕。 2 凌鞭芏照大学磺士学位论文 1 0 谦嚣搀滋瓣纛义 在缘轮精度设计中巢耀智栽诗雾枧骥勘设计其商菲紫鬟要的意义。邀主要表璇在 以下几点： l 。避强垒泣豹产燕嚣发积没诗能力。强兹设诗人员程藩轮耪攫莰计孛只旋趔一些 囊僮绞数举逐次遴遗方法褥到静经验公戏浓进露王撵。魏纛设诗感寒懿搬轮存袭篱糖 发不会耩，热工戴零：i 妻藤等獒瘸。采用露辣穰壤餐裁系统器没诗簿魏霹璐韵专家豹魏 谈来避褥设诗，觚嚣疆舞瀵轮耩发设诗翡蒺譬。 2 掇高产晶设计旗蠹，缩短产品磷毒褥鬻。过去程耩发 建计菇还要稻葶工绘带l 工 窜图，鼠在稽发设计遥攥巾要豢大爨鲍表格，滚费了设计入员大瀵辩间。聚爝齿轮精 度智能系统不德可以掇尚设计质慧，丽髓大大缩短了产蕊的设计阁嬲，由n 快了齿轮的 交货凰麓，提麓了产品粒竞争熊力。 3 + 糍裂予实现齿轮敬标准他、系列他、遥滕倪。谗多王厂醺映，畿轮精度设诗验 嚣家舔灌国手鹚謦际拯壤嚣撬，考虑静嚣索跑较全溪，竣谤熬王俸蕊较大，魏不溺 麓缝系统则稷滩羹镪。懿密了蝴瘦熬软馋，只要校豢羼蕖掇示竣入蠢关德惑，裁2 获 褥符合标准要求的齿轮精痍设计绪采，推广起来就魄较容荔。蠢予诗算橇辩莰诗倍意 实行绞一管理，毽有琴予攘迸产麓系列纯秘通羽纯， 4 褥离企她的经济效益。在滚轮稽度设计阶段弓| 入蠢埝稽霞智能系统可大大掇高 设诗人员豹工髂效率，节约手工设计掰瀑熟大爨工时秘好镄，并缆过去秋鬃的蠢轮耪 皮设计赘源得到复熙，从蹰降低设计成本；在泼辘办e 工阶段，僚萌渡轮糟度磐菇缝 含瑾确定磐绘缎z 方法，骞效戆分摄影嬲翔工谖蓑熬冬羧索，藏小褒晶攀，保话薅离 产鑫凌爨，壹犊获褥经游散蔻。 1 3 本谦戆耱研究凌获毫发震趋势 程齿轮耱嶷设诗串采潮转统豹设计模式，傻必多数企馥懿技米久员难予进撂台蘧 盼精度设计及分析。由予耩度评定的指标多，裔大纛的鬻襁查找、数值计算及工作葭 载绘铡等，造成设计效祭麓、效率 氍下鞠。舅努，妇于涛耱精度设计中零涉到检验搔标 魄选择等阀题，一般的工程技术人员难以确定懋最健的稔验指标。广大技术人员追饶 嚣要套壤轮赣度分辑葛竣计熬蟹熊系绞。 - 3 一 沈阳工业大学硕士学位论文 随着c a d 技术应用川日益广泛，有力地促进了全世界高新技术的发展和新产晶的 逐速更耨换找。癜用c a d 技术实现设幸 鼢动耗蔫研究入爨、设计入员遥求的西标，而 镭能设计技术将在更高的龟4 造性思维活动层次上绘予设计人员有效的辅助，是真正意 义上的计算机辅助设计，智能c a d 技术怒c a d 技术与入工智能技术结台的产物，它 运用专家系统技术、实例攘理技术、约束满足技术、神经网络技术等。因此，智能 c a d 技术以及数据库软件、a u t o c a d 系统的完善，专家知识的不断充实，为齿轮精度 分辑与设计蟹2 系统鲍建立提供了必要静技术支持。嚣兹装轮糖度诗算援辅助设诗汪 肖报道，但实用的齿轮精废设计智能系统尚不多见，而齿轮精度分析计算机辅助系统 避不多燕。 1 4 课题的主要工作 本渫惩豹主簧研究誓俸是针对目前齿轮精度设计存在的问题，本着实蠲讫静舔 则，在w i n d o w s 9 8 环境下采用b o r l a n d 公司的d e l p h i 3 0 可视化编稷语言，运用人工智 能技术开发了一黉人机界褥友好、功能实用的齿轮精度分析与设计智能系统。该系统 运用基予知识摆理斡专家系统来完成齿轮糖度分树与设计，因对逐在a u t o c a d 2 0 0 0 乎 螽上研究了齿轮工作图的绘制，掇出了参数化绘图方法。 - 4 - 沈冈ll ：业人学硕十学值论文 2 人工智能技术及其在齿轮精度分析与设计中的应用 2 1 入工餐髭及计算糗辅魏设计 2 1 1 人工智髓 人工智能：随着计算机应用越柬越普及，人们对计算机的期望咆越来越高，希凝计 算机不仅爰善于数据处理，也要像人类一样善于符号处理。一九托六年在美国召开的 d a r t m o u t h 会议标志了以研究人类镏能的羹本机理，如何使得计算机更“聪明”为目标 的赣型学秘人工智能螅正式诞生吐 人工智能发展的仞期，科学家们主要效力于探索智能科学的蟮本原理和基本策略， 菇找人类惩维懿蛰速援律，褥交接灌方法穰润逐求霆攀豹模燮，缝稍试图发瑗逶蠲夔阉遂 求解方法，但这些努力没有获得完全成功。于是，科学家们把注意力投向各个专门的领 域，从蔼谈天工管能这门学科发鼹成许多分支，主臻有；机器入学、鑫然谣言理解、对 图象和语善哩解、认识制横、定理证明、专家系统等。由予专家系统将人工智能从实验 蜜引入到现实世释，取得了令人旗目韵成绩阕而为社会所离度重税，并成为当今人工智 能领域中的一个爨要分支。 2 1 2 计算机辅助设计 计算援辘韵没豢一是搓技零久受以有蒜建计算能力_ 秘显示墨形鲍诗算援淹工其，弱各 自的专业知识对产品进行绘图、分析、计算和编写技术文件等设计活动的总称。 随着疆学技零帮生产瓣发震，对撬械产品懿簧求逮柬越裹，童要表凌在： 1 ) 对机械产鼎的综合技术性熊要求越来越高，表现为鞭求高参数、高效率、低消耗、 离耐久健、高可靠性、成套性和自动化。 2 ) 大批量生产产品e e 例有所减少，而中批量或小批量，土产产晶有所增加。要求产品 系列化，实现短期换代，以适应市场的需黉。 3 ) 茨产曩成本，提囊经济效兹。 设计工作是机械产品艇产过程中的重溪一环。据统计，设计过程中所花费用只占总 藏本豹5 星去，经在产繇残本孛约有7 5 是在设计除段凌没诗者戆设诗黪决定豹。因 此降低产晶成本，关键在于改善设计，而产品代换周期，很大程度上取决于新产品的设 计速度。簧确傈新产品的离技术梭能指栎，就要求在薪产麓设讨中诅理论设计代誉经验 5 沈r i ：业人学硕十。学侍：论文 设计，以精确计算代替近似计算，以动念分析代替静念分析。这样，设计过程中的分析 计算工 睾麓与复杂程度藏大大瑷绷。要求蠲久力竞成全遂撩不汉费瓣，甚至楚不可筑的。 因此传统的机械设计方式融成为科学技术和生产发展的障碍必须对它进行彻底改革。 计算祝辅助设计的方法是建立在诗算辊技术基础上的，同时它吸收和逡用了与设计 技术相关联的科学技术和遐论，如数学、物理学、力学以及优化设计、可靠性设计、有 限元、边界元分析，价值分析和系统工程等，因此，它完全有别j ：传统的机械设计方法， 愚现代化设计方濠的综合与运用。 2 2 专家系统理论 2 。2 1 专家系绫戆缝构与穗患 二十世纪中期，d a n d 黜地系统的问1 址标志着人工智能研究的个崭新的应用领域 专家系统筑涎生p 1 。7 0 年筏串鬻爨褒了一援搴肖成效静专家系统，它们涉及到疆疗、 自然语苦处理、数学、化学、教学、地质蒋多个领域，与第一代擘家系统相比，这时期出 现的系统豫了颦持专门知识的缎织，以实观系统的离性能外，还在以下几个方面进行了 研究和改进： 1 ) 知识组织形式化技术 2 ) 系统载入拳鼹接口 3 ) 系统的解释机制 4 ) 砖赣赧谈的获取 5 ) 不精确推理技术 6 ) 构造专家系统框絮 专家系统又称知议库专家系统，它是一个计算机程序，这种 量序具有在专家级水平 上工作的知识、经验和能力，一般以求解那些需要人类专家彳能求解的高难度问题域不 瞧结构翊题为特缝。专家系统之聪以能不凝缛至4 磺究和发展，是因为专家系统有如下饯 点： 1 ) 专家承平工侮； 2 ) 避免了人类专家幽于生理、心理因索造成的不足； 3 ) 为专家翔识特嗣怒启发式知识提髻专了存贮手段和传授途径，易于继承： * 6 - 沈目li ：业人学硕十学位论文 4 ) 比培养人类专家容易且省钱； 专家系统强调利用领域专家的专门知识和经验来求解那些需要专家才能有效解决的 现实问题。所以，个专家系统的核心问题是知识的获取、存放专门知识的知识库和利 用知识库解决实际问题的推理机。 结构较为完整的专家系统应包含以下功能： 1 ) 人机接口上含有用于系统同人( 专家、用户) 交换信息的自然语言处理模块或 图形、表格处理模块，使得专家与用户能够以尽可能自然、易于实现的方式实现信息传 输和结果反馈： 2 ) 知识库的组织和维护，有一个专门的知识库维护模块或知识库管理模块，实现对知 识库中知识的矛盾、冗余、检查和新知识的补充对已有知识的影响调节以及知识的存贮、 共享等。图2 1 给出了专家系统的一个结构示意图。 图2 1 专家系统结构示意图 从图中可以看出，专家系统与基于计算机设计的传统程序的一些主要区别： ( 1 ) 专家系统中知识库级知识和运用知识库知识的控制级知识( 推理机) 是相互独 立的。 7 沈鞫1f ：业人学硕十学何论文 ( 2 ) 专家系统中知识的获耿模块和相应的知 5 库维护模块能够在非编程状态下不断 蔽避知识淼，进嚣改透系绫豹毪毹。 ( 3 ) 专家系统的解释机制能够给出问题求解结论的求解过程，具有遴明性。 ( 4 ) 专家系统主要萄向菲计算机专业的用户，它追求彝然、荔于接受翁入枕接口。 ( 5 ) 专家系统强调牢哿号推理和启发式知识的使用。这是人工智能问题求解与基本算 法的传统程序的区别。 i f l 露，专家系统的开发、应用已遮及备个领域，然两它在模拟人类阀题求解的过 程中仍存在着若干难以解决的理论和技术问题，因此，必须努力研究探讨有关新技术， 以促使专寒系统懿进一步发震，当翡对专家系统戆疆变是多方经豹，主要楚在啦下屁个 方面： 1 ) 专家系绞兹理论与方法苓新丰富 2 ) 模糊技术应用于专家系统 3 ) 实对专家系统 4 ) 专家系绩7 r 发工具r 趋宛善 5 ) 专家系统和神缀网络的有机结合 2 2 0 枫撼设计专家系统毂疑震 目前机械设计专家系统由于专家系统理论与技术的局限性还存在着许多严重问蹶和 不足，久翻翅薅掰一代橇援设诗专家系统魏窭凌。赣一 弋撬攘设诗专家系统应其蚕下述 特征： 1 ) 多层知识表达与商缓翔谈表示语言 2 ) 分布式结构及并行技术 3 ) 多专家系统协同合作 4 ) 多级知议获取与学习功能 5 ) 新的推理机制 6 ) 塞动改德帮叁然宠善魂缝 7 ) 先进的橱能人机接口 专家系统作为一种实翊工其，为入类保存、後瘸、稽播帮浮徐知识提供了一条商效 8 ， 沈阳 1 ：业大学硕士学位论文 的途径。由于专家系统的实用性，使研究可望产生巨大的经济效益。同时，专家系统的 麓效性及荬对专家魏2 力豹延 拳馒莛具有炙 广滔戆 l 誊景。 9 沈阳工业大学硕士学位论文 3 齿轮精度分析与设计的智能系统 3 1 齿轮精度 齿轮是机械传动的基础传动件，其作用是传递运动、传递动力等。为保证齿轮传动 的质量，满足一定的使用要求，实现齿轮传动的互换性，需要对齿轮传递运动的准确性、 齿轮传动的平稳性、齿轮载荷分布的均匀性和齿轮副工作的侧隙进行控制，提出相应的 要求，由此提出齿轮精度的概念。齿轮精度1 5 1 的概念可表示为实际齿轮与理想设计齿轮相 一致的程度，分为几何精度和传动精度。齿轮几何精度是与齿轮的几何误差相对应的， 即针对齿轮零件几何体，通过齿轮工作齿面的形状和相对位置的宏观几何量误差大小来 描述齿轮的精度，构成齿轮几何精度的基本框架，成为制定齿轮精度标准的基础。齿轮 是空间曲面的组合，实际曲面上点的位置与理论位置的差异既为齿轮的几何误差。并按 齿面间距、齿廓形状、方向、厚度把齿轮的几何误差分为四类单项误差。在生产实际中， 上述单项误差与工艺过程相联系，对这些误差进行测量，并进行工艺分析，可找出产生 误差的根源，从而进行工艺调整，采取措施降低误差，提高齿轮制造的精度。 随着人们对齿轮单项误差的深入研究，发现诸单项误差之间并非完全独立，而是存 在着有机的联系，例如：齿距偏差的大小要受到齿轮凸、凹、偏心及齿向误差的影响。 齿轮传动的质量是齿轮上各种单项误差的综合反映，这种综合反映可以表现为互相叠加 或互相抵消。大小相同的单项误差，表现到齿轮传动质量上，往往得出不同的综合结果， 因此，齿轮精度仅采用几何精度的概念是不完整的。 为充分反映齿轮传动质量，体现各单项误差的综合结果，对齿轮传动效果进行控制， 提出了齿轮综合运动精度的概念，即将齿轮作为传动件来看待，通过啮合传动中转角的 变化来描述齿轮精度。将影响齿轮传动精度的误差分为双面啮合运动误差和单面啮合运 动误差，由此构成齿轮传动精度的基本框架。把齿轮精度构筑在几何精度和传动精度的 框架下，具有其合理性和实际意义。前者，用来反映齿轮的制造精度，进行工艺分析和 质量控制，后者用来表征齿轮传动的质量，进行验收。 32 齿轮加工误差的成因和分类 齿轮加工误差信息十分丰富，分类方法较多。按照误差的表现形式【6 j ，可以按图3 1 1 0 沈阳工业大学硕士学位论文 进行分类 图3 1 按齿轮加工误差的表现形式分类 引起大周欺误差的工慧因素可以包括： 1 工件孔与夹具心轴的间隙谖差； 2 ，夹兵心辘舱径定黟l 动： 3 工件端面岛孔轴线的垂直度误差； 毒。工作台下颈尖径囱虢动； 5 工作台分魔蜗轮的制造与安装误差； 6 工作台上顶尖偏移等。 引越被加工拨轮产生小周期误蒺的因索很多，其中包挺： 1 轴回转误潍，其中包括刀舆主轴回转误差和工作台生轴回转误差的离次分量； 2 使动链误蒺，即传动链中阙凌轮误差及分发媛轮谖菠的离次分量； 沈鬻2 1 2 1 2 丈学鞣士学霞埝交 3 。刀最误麓，冀审毽摇刀蒸装形囊误差、蝶麓线谈差、蠢爨误差等。 被藏互遨耧中刀黧冀工捧之澜豹礁含特毪殿其交雾攥雒，戳将弓l 越滚轮鸯嚣工误差 的工慧因素努为传动滚麓、主辘圈转往攫、误蓑、刀具诶豢等。细鬻3 。2 掰示 隧3 2 搬轮加工误差按齿轮啮会馕质分类 3 。3 齿轮耩度努耩及设计静智煞系统魏建立 3 3 1 焱轮精庭没诗及分橱系统辩滚瘁麓建滚 知识库是数攒在舔淡处理领域瓣拓宽和衙缴，用于存放专家的知识和缀验，它的 缎织秘结构形式，知识的数量釉餍璧对专家系统魄疆量粒效率凳关蓬要。 l 。壤轮精度知识的表示 熟识表示蹩翔识楚理豹一个最基零熬阂题，巷轮壤渡设计墨分辑中魏鳃谈能黉在 谤算瓤孛会理滚这，豢按影晦饕壤轮糕发设诗题分褥秘矮囊鞠效率。 鼗轮耩度设计串豹j 羲裰霹分麓静态数援鞫麓簧l 嚣大类。静态数据反映熬是薮迷拣 知识，蠲泼表述豢轮耩发设计串鹣各种决策逐鞲，宅惫搂选择决策逻辑。辩予遮鏊知 识的表示可采糟专家系统中常糟的知识表示方法，鲡穰絮襄示法，产生式簸灵i 表示法 等，骚然知识的袭示形式商多种，飙实震土讲，所有豹翔谖表示熹# 爱等价鳓， 鲢其方 便程鹰却不一样，选择知识表承形式的朦贝4 是所选方法媛翳予袭示闯题鼠易于爽既。 1 2 - 沈刖f ：舭人学硕十学f = ；) = 论文 本课题研究的智能系统属于设计型专家系统。它所涉及的知识是大量齿轮精度设 计久曩长期实线积累下来瓣经验，这些经验骞些毫渡收集整理，黢见于一臻骞关熬书 本、杂志以及设计手册中，有些则比较“隐减”，须经过一番分析归纳方可得到。在 搜集、整理本系统豹领域专家知谈的过程审，我翻发现这鍪知谖大多可鞋蠲产生式魏 则表示法方便地表达。产缴规则表示法与人的思维方式很相似，为人们所熟悉，也比 较矗观，容易收集和组织齿轮精度专家的翔识；丽且这种规刚彼此之闯是完全独的， 很容易适用于各种情况，也方便用户的检验、修改和扩充：另外，宅还有描述不确定 知识的能力，也很容易连接解释功能，从而使知议库更适朋于解决实际问题。因此本 系统选用产生式娥贱表示滚来表示知议。 在知识表达形式上将齿轮精度知识分为两种：内部表达形式和外部表达形式。知 识戆多 邦袭达形式：嚣凌镁骧专家，知识王程 摹帮羯声，楚一穆显示表达方法。终帮 形式着重予知识的可理解性和表达能力。如下所示为本系统中第1 i 公差组精度等级确 定及齿轮公差缓检验项强逸择静两颂援羹l 鹣乡 部表示： 齿轮第1 l 公麓组精度簿绂确定规则l ： 如梁( 渐玎线匿柱齿轮应羽于拖拉概上) 且( 浚畿轮未淬火) 则( 该齿轮第1 i 公差精度等级推荐采用6 级) 莲轮第l 公蓑缓检验顼露选撵艇则l ； 如果( 渐肝线圆柱齿轮为成批大量生产) 且( 第 公差组精度等缀在5 9 缀之潮) 则( 齿轮第1 公差组检验项目推荐采用f “与f ) 知识的内部表达式面向知识的存储，管理以及推理决策，是一种隐式表达方式。 内部形式力求数攒揍式鲍越单秘绕、存傣、查邂方便，狂健空蚓小，尽可能多地体 现知识之间的内部联系，便于知识的矛盾、语法结构和冗余检查。上述规则的内部袭 达形式魏下： g 2 r u i e li f ( y y = 6 ) a n d ( s h = 0 ) 一1 3 沈阳工北大学硕士学位论文 t h e n ( g 2 = 6 ) 鳓j 醚e 1 i f ( p ，= 3 ) a n d ( g l 一5 ) a n d 忿1 考察知识库中两条规则输入上时的背景冗知识。制造环境的改变、机械设计 人员的变动导致凿轮精度设计习惯的不同，都有可能弓 起两条规则缀然合理但却是矛 一1 8 - 沈阳工业大学硕士学位论文 盾的。若廒用背景不同，则在当前应用背景下输入的齿轮精度规则一般来说是正确 的。 3 3 2 本系统推理机的过程 齿轮壤度设诗是一个懑已躲静裙戆条传逐步爨设诗莲椽转毒乏熬过程，溺悉本系绕 采用正向推理的控制策略。正向推理程序椴图如图3 6 所示。 3 3 3 系统入硫接口的建立 久撬渡口是本系统与疑羧设诗专家及一般惩声淹靛赛纛，怒手巷轮糖发分辑及设计 所需原始数据的输入以及齿轮精度设计结果输出及齿轮工作图的绘制。本系统将有关 功能采曩l 菜荦方式歹| j 赉供麓户选择： 图3 7 - 1 9 - 沈阳工渡大学硕士学位论文 图3 6m 向推理程序框图 - 2 0 沈粥工她大学颈士学位论文 若用户选择齿轮的精度分析，则系统会弹粥以下界两 嚣3 。8 雳户哭要蔽豢系统孛文疆示一步一步缝操俸，凝可完成巍辜耋稳精度分耩及设诗， 显示了本系统友好界面。 - 2 1 沈阳工她大学硕士学使论文 4 齿轮精度分析及设计智能系统的总体结构及关键模块分析 霹。l 袁轮精度分褫系统憨体结构 齿轮精度分析系统结构层次如图4 1 所示，它主要由三部分组成：文件管理、精度 分析、使翔帮劲。 本系统在齿轮精度分析上采用机械设计专家的经验【7 8 19 、m 1 来实现，详细内容可参 见精度分析模块。 蚕4 + l 齿轮精度癸毒蓐系统 4 1 1 精度分析模块 作为核心模块，精凌分析煞内容包括： 。2 2 沈阳工鼗大学硕士学位论文 1 选择齿轮的加工方法； 2 。工艺因素分板； 3 误差源分析与判断。 其漉程嚣翅4 。2 襞示： 确定齿轮嬲王方法 0 工艺医豢分概 上 输入各矮误差 0 谖莲源分辑与翔叛 0 l缀据专家经验确定 l |打印| l l 圈4 , 2 齿轮精度分析 4 1 2 齿轮精度分析过程中采用的专家系统知识 由于滚齿加工具有生产效率简、精度商等特点，在齿轮实际加正中作为最常用的 一葶孛掇王方法。滚塞过程审圭要羔艺误差溺素引1 及宅 】对滚轮误蓑熬主要影响翔表4 。l 所示： 一2 3 沈阳工驻大学磺士学位论交 袭1滚齿工艺豹工艺误差因素及影稿 l 类别工蕊误差因素齿距基带齿形齿向卤厚 移l 林万厦踊托阴廷列偏一l 、+ 分废蜗抒周期误差 毒 + 机 分度链中间齿轮偏心 + 壤藤工俸套圉羯性游动 + 进给丝杠的周期误麓 _ + 一 差麓链串鬻齿轮偏一玉+ 立柱导轨的倾斜+ 床 机床工作台的轴向跳动 + 机床工作台心毒虫的裰向跳动 + 滚刀刀秆跳动+ 滚刀刃疑辘自秘隙+ 滚了 轴向齿距误差+ 三个齿薤蠢黍积误麓 + 【滚 刀齿的径向误差 + 容满沟的稻邻轴节谡差 + 容瘸沟的周节累积误差+ 刀齿前面与孔轴线的不平行度 + 刀 塞形角误蓑+ 刀齿前面的非径向性 山 + l 近 滋垄懿霾有误麓+ 轴螽径向或端面跳幼 + 轮籁安装奁工作台上径向戴瑞瑶碜t 动+ 安 滚刃安装农刀轴上的径向或轴向跳动+ 滚刀安装角误差 + 装 滚粥切隽缀肉深度不精确 + 。2 4 沈阳工驻大学琰士学位论文 4 2 齿轮的精度设计系统 尝轮睾蠢度设计系统结构层次如圈4 3 爨示，它燕要出蠢部分缝成：文传管理、糖度 设计、结果查询、齿轮标注及联机帮助。 本系绞在齿轮穗痊等级戆确定及检验f 1 2 - 琢随5 】揍标豹选择上采援毒琵躐没诗专塞豹 缀验来实现，详细内容可参见精度设计模块。 4 2 2 精度设计模块 图4 3 齿轮精度设计系统缩构 作为本系统的核心模块，精度设计内容包括： ( 1 ) 凌轮各公差缀壤度等缀戆确定； 2 5 沈阳工渡大学硕士学位论文 ( 2 )齿轮及齿轮副检验项目的选定及公差值的查找； ( 3 )盏厚上下偏差代号及侧隙检验项目的确定。 其流糨图如4 4 所示： 一2 6 沈& l ：娩又学碳十学伉论文 爨4 4凌轮糗度设诗滚疆图 4 2 3 精度设计过程中参数的确定 1 各公差组精度等级的确定 2 7 沈阳工藏大学硪士学位论文 我们知道，齿轮精度的选择鸯猿关系到传动旗薰和生产成本。所以，选择齿轮精 度等级时，必须考虑齿轮魄工作速度、传递功率、工作的持续时间，机械振动、噪声 和使用寿命等方面的要求。16 、1 7 3 。在研带0 本软件系统时，事先建藏了齿轮精度及其工 穆速度、皮震场会及传递功率，选择崽合邋的齿轮糖度等级； 2 齿轮及齿轮副检验项目的选定及公差值的查找 ( 1 ) 泼轮及滚轮副捻验矮嚣豹选定 齿轮的各项精度必须靠相应的检验参数来保证，所以，在进行齿轮精度设计时媳 必须同对选定齿轮与齿轮剿兹检验顼器。 由于镑类齿轮的检验项目不尽相同，下面分类阐述齿轮及齿轮副检验项目的选 定。 濒开线圆柱逝轮 对子渐开线圆柱齿轮评定指标的选择可根据齿轮的精度等级、艇产批蚤等确定。 零系统主豢剽霹袭4 ，2 寒攒定。 表4 2 海羹：线圈柱瀵轮壤爱镣缀 掌 齿轮精度等级 3 8 缓3 6 缀7 8 缀5 8 级5 9 缀9 缀 o 1 2 缓 f ， rf 奇f fa f “i f ，f ， 【1 a f p k a f 。f 。f 、。 f 鑫a f f 与a 氛或 f t ； 鑫与最或 l i f ma f f 与f d tf d b 疆l珏 侧隙e 。e w m 或a e 。 筒器高精度商精度小批生产、磨齿等成批大多齿数滚诲齿 说明或大批小批生齿轮，有助予泼轮爨产、轮，便于工艺分 生产，成产磨齿机床调整、工艺分经济性析 零较蹇滤轮援好 2 8 沈阳工业大学硕士学位论文 即在系统研制时建立了评定指标与齿轮精度等级、生产批量之间关系的规则库文 件。这样系统就能根据齿轮的精度等级、生产批量来选择合适的评定指标。 蜗轮、蜗杆与锥齿轮 对于蜗轮、蜗杆与锥齿轮的评定指标，由于资料有限，仅根据文献“引中的表格分 别建立了蜗轮、蜗杆与锥齿轮传动的检验项目规则库。下列为部分表格。 表4 3 圆柱蜗杆、蜗轮和蜗轮传动的检验项目 精度等级 项目 7 89 公蜗杆 i 涡轮f d 、f r f ， ，差 蜗杆 、铀 i i 涡轮 组 蜗杆 f n i i i 涡轮 如 蜗对蜗杆e s s l 、e s i l 杆副对涡轮、f o 、e s s 2 、e s 口 对箱体毛、最、f 对传动 接触斑点，j 。h 蜗杆、涡轮齿坯尺寸公差、形状公差；基准 毛坯公差 面径向和端面跳动公差。 目前机械行业正在推行国际精度标准i s 0 1 3 8 2 - - 2 ：1 9 9 7 ，但是由于尚未有文件明 确确定齿轮公差组的分组形式，因此，以上齿轮及齿轮副检验项目的选定均是根据现 行的国家的精度标准进行的。 2 9 沈阳工业大学硕士学位论文 表4 4 锥齿轮副的检验组及适用的精度 第l 袋差缀筹l l 公差缀第l l l 公差缀安装误差 检验适用精度瓤检验适用精度范围检验组 缰戮缀 a fi 。4 8 级fi 。4 8 级接触斑点f a m fi 7 1 2 级赢齿 x f i c7 1 2 级煮齿 9 1 2 级斜9 1 2 级斜e 齿、曲线齿齿、曲线齿 &9 1 2 级a f ；l a k e4 8 缀 x f 。4 8 级 表4 5 锥齿轮公差组的检验组及适用精度 第i 公差缰第l l 公差缀第珏l 公差缰 检验组适用精度范围检验组适用精度范围检验组 fi4 8 级f ，4 8 缀接触斑点( 萁 fi 7 1 2 缀直黄 p 。7 1 2 级鸯凌形状、位嚣和大小 9 1 2 级斜9 1 2 级斜由设计者根据用 齿、藏线蠢装、莛线巍途、载薅酾轮巍爨 a f p 与 4 6 级a f 矗4 8 级性及齿线形状等条 f p k 伟自行裁定，对修 k7 8 级& 与矗4 6 级 形齿轮，在齿面大 a f r9 1 2 级7 1 2 级 端、小端及齿顶边 缘处不允诲出现接 触斑点。 * 3 0 沈阳王渡大学颈士学健论文 表4 ，6 妻馋键齿轮攘荐鲍按骏顼羁 髓度等级 颁强 7 、8 9 i式 公麓缀l l f p t i i i接簸斑点 对锥德轮e 。、 镶鸯轮蒯对耱髂矗 对传动 f 喇、是、j m 泌 慧坯琰键母线麟动公蓑，基准蠛瑟雾l 动公蒺羚 爨霉鑫毛糕公差经尺寸缀疆编菠 胬坯轮蓊l 匡秘溪镶角掇辍镰差 ( 2 ) 齿轮及落轮副梭查璜露麓差德静罨找 农断稍本祭统对，我 j 校掇g b l 0 0 9 5 8 8 瑚、g b l l 3 6 5 8 9 、g b t 0 0 8 9 8 8 建立了各 戆验项目驰公麓值与齿轮( 中点) 分度湖巍径、( 中点) 法向模数之间关系的数撼 露，然爱根提( 中点) 分凄瑟煮经、( 巾杰) 法国模数方馁她套掇推确的梭验顼强公 茇霪。 3 ，瓷浮上、下壤菱我号及| 鼷l 辕捡溪l 壤嚣翡确定。 对于泼潭主、下编篷代号及尊l | | 羰检测磺嚣懿确定，我嚣】在建鼗系统辩，稷孬鸯美 的标准建纛了蒜窝对或的数据瘁文彳串，然露穰攥系统鸯溺确定。 4 , 2 , 4 诲裁糖度没诗静辅韵轫艟 髂涎麓穰度设诗珐憨，本系绞还提供了强令! | 馨魏魂熬： 1 记忆功麓 警拜开耩发设计对话橇时，土一次设诗对翰入豹参数将被僚蛰驻示。这样溺户缀 容翳了解别前次设诗时的内容，箍晨可戳只对箕中几个参数避 亍修改，然簌再进行耨 - 3 l 一 沈阳工业大学硕士学位论文 的设计，这对于反复计算怒很有帮助的。 改一、鼹个参数都要重瓤输入全部参数， 2 在线联机帮助功能 阂为，如采没有记忆功能，那么每次为了修 这样工 乍爨相对较大。 鞋懿入嬲在送行设计辩，对予一些参数豹选鹾慧依赣予浮厚黪飒壤设诗手麓，挥 加上齿轮精度设计特别是锥齿轮和蜗轮蜗杆精度设计牵涉到许多系数和指标，一般的 工程久员蹩摄难壤确无误魂了簿每一令捂搽豹含义及其落检验方法。本系绞特裂遗褥 芋册中关于参数选用部分以及各精度指标的含义和检验方法做成在线联机帮助，以期 提高用户豹设计效率及系统的实磁性。 4 3 文件管理模块 机械设计的数据包括物理特性，材料性能，零件规格，数学模型，经验公式的数 学箍述，几何形体箍述移凡旃尺寸，溪范衽标准等簿，内_ 骞穰为广泛，其表现形式除 数值、文字信息之外，还肖大量的几何图形信息。因此，在这里我们采用数据库技术 建立c a d 数据库来管理各种数据。 通霉，数据麾的管理功能涉及三个方谶：增加避录、删除记录謦珏查询 已录。蒜结 合w i n d o w s 窗口的文件管理模式，本系统的文件管理功能包括存档、删除、退出等三 个子珐能。 i 存档予功能。用于保存设计结果于数据库中。 2 ，释豫予凌能。矮予瓣除数据露巾邑存瓷秘记蒙。 3 退出即结束任务。关闭w i n d o w s 窗口，返回主菜单。 4 4 标注横块 秀了傻齿轮栎注方後，本系统在a u t o c a dr 2 0 0 0 嘲下建立一稼注王舆条，箕主有 表面粗糙度标注、形位公麓标注、尺寸公差标注三个选择。下面分别介绍i 衷三个模 浚。 3 2 沈粥王监丈学骥士学位论文 甏4 5 4 4 1 表面糕糙度标洼横块 我们知道，表面粗糙度是用子表示机械零件袭面平糕程度的技术指标，是零件的 精度特征之一，是零件信息描述中必不可少的一个信息。根据形成表面的方法不同， 主要有溷4 6 所拳熬三秘鬻用豹粳糙度亭孥号1 2 ”。 ；5 用于标没用任何方法获得的表面 v 乡 用于标注用去除材料的方法获得的表面 2 5 y用于标淀用不去除材料的方法获得的表丽 圈4 + 6 表蕊精糙庭常爵祷移及其标注法 表面粗糙度的取值原廷口在溅家标准i s o , f f r l 0 0 6 4 - - 4 中作了烧定，被据精度等级 鞠模数范围进行查询。表面粳糙度标注系统的设计关键罴粗糙度符号的设计及操作灵 活性的考虑。程矮体设计时，应注意以下原则； l 。褪糙度蟹号豹顶点总是捂囱赁撅注魏表藤，县粤表露垂巍； 2 粗糙度符号在定位之前，应能动态调整，以便于用户调艇其位罱和角度； 3 。程糙度数值应灸诲焉户馒蘑映餐僮，毽允诲震户使蔫塞定义篷： 4 粗糙度数值的旋向应保证字头大体朝上和朝左； 5 粳糙度符号及穰糙度数傻的大小应与全豳其它尺寸标注文字大小稆统一。 。3 3 沈阳工业大学硕士学位论文 粗糙度符号的设计，采用形文件( s h x 文件) 的办法较理想，主要是由于 “形”的操作速度快、整体性强、动态旋转灵活。图4 6 所示的三个常用粗糙度 符号分别用如下三个“形描述”来完成： + 1 2 8 ，1 6 , r o u g h 0 3 ，1 7 , 2 ，8 ，( 3 4 ，- 2 0 ) ，1 , 9 ，( - 3 4 ，2 0 ) ，( 1 7 ，1 0 ) ，( o ，o ) ，2 , 0 + 1 2 9 ，1 8 , r o u g h i 3 ，1 7 ，2 ，8 ，( 3 4 ，- 2 0 ) ，1 , 9 ，( - 3 4 ，2 0 ) ，( 1 7 ，1 0 ) ，( o ，- 2 0 ) ，( o ，o ) ，2 , 0 + 1 3 0 ，2 4 ，r o u g h 2 3 ，1 7 ，2 ，8 ，( 3 4 ，- 2 0 ) ，1 , 9 ，( 一3 4 ，2 0 ) ，( 1 7 ，1 0 ) ，( o ，o ) ，2 ，8 ，( 0 ，- 1 0 ) ，1 , 1 0 ， ( 6 ，0 0 0 ) ，2 , 0 在a u t o c a d 中，形的描述具有一定的格式与规定，用户必须严格按照所规定的 格式进行形的定义。每个形的定义包括一个标题行和若干个描述行。标题行格式为+ ( 行编号) ，( 定义字节数) ，( 形名称) 。上面第一行定义了一个编号为1 2 8 、字节 数为1 6 、形名称为r o u g h 0 的形，具体对形文件的描述可参阅参考文献口0 1 。我们可 将上面6 行内容存为m s h p 文件中，通过a u t o c a d 中的c o m p i l e 命令把此文件编 译成m s