基于DEST的齒輪減速器智能設計系統

摘要齒輪減速器的設計與制造直接影響著傳動的平穩性、可靠性、壽命以及勞動生產率，CAD技術為齒輪減速器設計的柔性化、快速化和自動化提供了有效的途徑。遵循機械設計的一般方法，運用智能設計系統開發工具DEST建立齒輪減速器的智能設計系統，以完成齒輪減速器的方案設計、詳細設計以及工藝設計，能夠更好地縮短設計周期，提高齒輪減速器的設計與制造質量。

關鍵詞智能設計 齒輪減速器 知識庫 知識表達

中圖分類號:TH16文獻標識碼:A

齒輪減速器是各類機械設備通用的傳動基礎件，輪減速器是機械傳動中最重要的一種減速裝置。隨著機、電、儀產品向著多品種、小批量和高柔性的方向發展，客觀上要求齒輪減速器的設計也應具有較大的柔性。CAD技術為齒輪減速器設計的柔性化、快速化和自動化提供了有效的途徑。因此，采用特征造型和參數化技術進行齒輪減速器設計，能夠更好地縮短設計周期，提高齒輪減速器的設計、制造質量。我國每年產量上百萬臺，形式規格繁多，器齒輪設計計算、工藝、機床、道具和檢驗儀器都比較復雜，堪稱一個專業領域。齒輪減速器的結構典型，開發齒輪減速器智能設計系統具有很強的示范作用和實際應用價值。

專家系統是一個智能計算機程序系統，其內部含有大量的某個領域專家水平的知識與經驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。也就是說，專家系統是一個具有大量的專門知識與經驗的程序系統，它應用人工智能技術和計算機技術，根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復雜問題。

1開發平臺

DEST它由C語言開發，采用基于框架、規則、方法的面向對象的知識表示，提供多推理機，具有很強的符號推理能力和數值計算能力;用戶可以自定義外部函數，具有開放性;其知識庫所具備的面向對象的結構特征使得它為設計類知識庫的開發和維護提供了良好的環境，同時系統具有較高的推理速度和運行效率。

DEST推理工作分為兩個階段:(1) 將設計知識描述出來并編譯為知識庫源代碼，即知識的表示階段，即知識的編譯;(2) 根據當前的設計任務的需求，利用已有的知識內容進行推理，得出理想的設計方案，即知識的利用階段，即知識的推理。

編譯是知識表示的主要環節，而推理則是諸多基于知識庫的協調工作。這兩個功能在結構上相對分離，使得知識的表示和知識的推理相對獨立，推理機構的工作不依賴于知識的內容，只要是知識按照知識表示語言規范描述的，即可進行推理，所以從應用的角度出發DEST的結構也可以表示為:

2 齒輪減速器智能設計系統的設計

2.1 材料的選擇

所選的齒輪材料應考慮與毛皮制造方法協調，并檢查是否與齒輪尺寸大小相適應。例如，齒輪直徑較大時，多用鑄造毛皮，應選鑄鋼、鑄鐵材料。小齒輪分度圓直徑d與軸的直徑ds相差很小(d<1.8ds)時，可將齒輪與軸做成一體，成為齒輪軸，因此所選材料應兼顧軸的要求。廷議減速其中各級傳動的大小齒輪的材料，沒有特殊情況應選用相同的牌號，以減少材料品種和工藝要求。

2.2 齒面硬度的選擇

鍛鋼齒輪分軟齒面(HBS≤350)和硬齒面(HBS≥350)兩種，應按工作條件和尺寸要求來選擇齒面硬度。大小齒輪的齒面硬度差一般為:

軟齒面齒輪HBS1- HBS2≈30～50

硬齒面齒輪HRC1≈HRC2(注腳1為小齒輪，注腳2為大齒輪)

2.3 有關計算所得參數與幾何尺寸的圓整

齒輪傳動的尺寸與參數的取值，有些應取標準值，有些則應圓整，有些則必須求出精確數值。

2.4 有關設計過程中的試算問題

減速器內傳動零件設計計算設計問題很多，常常反復試算才能得到滿意的結果，如齒輪的傳動配湊中心距，有如由于蝸桿傳動副的材料不同，其使用的相對滑動速度范圍也不相同，因此選材料時要粗估相對滑動速度，并且在傳動尺寸確定后，校驗器滑動速度，檢查所選材料是否適當，并修正有關初始數據。

2.5 齒數Z的選擇

以船里為主的齒輪傳動中，閉式齒輪傳動一般轉速較高，為了提高傳動的平穩性，當彎曲強度滿足要求是，小齒輪的齒數宜選的多一些，一般可取Z1=20~40;開式齒輪傳動一般轉速低，齒面磨損會使齒輪的抗彎能力降低，為使齒輪不宜過小，小齒輪的齒數不宜選用過多。

3 推理過程

推理機的性能與構造一般與知識表示方式以及組織方式有關，但與知識的內容無關，這有利于保證推理機與知識庫的相對獨立性，當知識庫中的知識有變化時無需修改推理機。本文的體系結構中為了使推理機和知識庫之間相對獨立，對知識庫中的對象加以包裝。這是因為在設計知識庫的時候使用了文本映射的形式描述對象的屬性和方法，但是在實際推理過程中我們需要首先逆序列化，即能夠通過文本映射完成對于對象屬性和方法的訪問。

本系統采用正向推理如下圖所示:

4 知識庫的表達

知識庫知識是構成專家系統的基礎，知識越豐富，質量越高，解決問題的能力就越強。知識的功能性與服務性集中體現在對知識的有機組合與管理方面，而基于數據庫技術的組織與管理系統可以實現這一目標。其中知識庫是用來存放知識的實體。在知識庫中的知識具有無矛盾性和無冗余性。知識庫所需存貯容量巨大，一般容量遠遠超過數據庫的存貯容量。在知識庫的支持下，快速有效的知識存取功能是知識庫實現實用化的一個關鍵。

推理機構是利用知識的執行體，是決定知識庫系統性能好壞和工作效率高低的關鍵部件。知識庫管理系統是知識庫建立、更新、維護、管理、使用的功能體。知識獲取接口是完成從知識源抽取的知識，通過向某一種知識表示語言的轉換，并完成知識同化的功能部件。用戶接口是一種向用戶提供使用知識庫的手段，并向用戶提供問題求解答案的功能部件。以傳動方式的產生式規則知識結構為例:

5實例推理結果

由已知輸入:運輸帶拉力F=10000N;

運輸帶線速度V=0.3m/s;

驅動卷筒直徑500mm;

……

得到如下的推理結果

通過在智能設計系統開發工具DEST上開發，可提高設計的效率，建立一個完善的齒輪減速器智能設計系統。該系統運行初始階段要求設計人員輸入設計信息，并可以在不同的設計環境下，根據用戶需要進一步咨詢用戶，系統自動設計出齒輪減速器的方案，其中包括傳動裝置的選擇，電動機的選擇，齒輪材料以及型號、尺寸的選擇。在方案設計中系統可以隨時向用戶提供設計過程信息，并可以對設計決策進行解釋。

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