非圆齿轮的快速设计系统研究❋

2015-12-31张新伍仲梁维沈景凤

机械工程与自动化 2015年1期

关键词：齿廓轮齿实例

张新伍，仲梁维，沈景凤

（上海理工大学机械工程学院，上海 200093）

1 非圆齿轮节曲线和齿廓设计原理

1.1 非圆齿轮节曲线设计原理

图1是两个外啮合非圆齿轮的传动简图。O1x1y1是跟随齿轮1转动的动坐标系，O2x2y2是跟随齿轮2转动的动坐标系，由外啮合传动可知，两坐标系转向相反（规定逆时针转向为正，顺时针转向为负）。

图1 外啮合非圆齿轮传动简图

1.2 非圆齿轮齿廓设计原理

图2 非圆直齿轮齿廓的生成示意图

O1x1y1坐标系和坐标系Pxdyd之间的坐标变换为：

对于单独一个轮齿来说，将轮齿的齿顶向上，规定轮齿左侧的齿廓叫做左齿廓，轮齿右侧的齿廓叫做右齿廓。

2 基于SML与CBR的非圆齿轮设计流程

2.1 事物特性表技术

事物特性表（SML）是为建立零部件的数据库而采用表格的形式，以固定的格式记录事物特性，对零部件进行特性描述的ASCII文件。根据GB10091和GB15049标准，它是一种把事物的特性描述出来并统一规定存录和显现模式的信息标准［4］。

之所以要建立非圆齿轮的SML，是为了创建非圆齿轮参数和尺寸关系的数据结构标准，将非圆齿轮的设计知识、设计经验转化为计算机可以识别的数据，进而有效地保证非圆齿轮实例检索和非圆齿轮的变型设计。构建一个合理的非圆齿轮SML标准，是产品主模型可以便捷地快速变型设计的重要前提，进而才能显著地实现产品工艺设计、生产制造等过程。

2.2 基于实例的推理原理

基于实例的推理（Case－Based Reasoning，CBR）是运用过去在实践中积累的解决问题的知识和经验来解决新的问题，能够避开一般的智能系统知识解读瓶颈问题［5］。

在建立非圆齿轮事物特性表的基础上，将非圆齿轮设计实例进行实例表示，为整个非圆齿轮系统提供数据检索和查找模型的保证［6］。实例推理原理的步骤包括非圆齿轮实例表示、实例检索、实例修改。非圆齿轮的实例表示就是将非圆齿轮设计知识、设计经验转化成可以计算机识别的数据结构，即参数数据和结构数据。参数数据包括模数、齿数、齿顶高系数等，结构数据包括内啮合与外啮合、节曲线的凸凹等。

2.3 非圆齿轮快速设计流程

非圆齿轮快速设计系统的设计流程包括五大步骤，即非圆齿轮模型的检索、知识重用、实例的修改、实例输出、判断是否保存设计实例并输出，如图3所示。设计开始时，用户设定非圆齿轮基本参数、基本实例检索信息及其他必要信息，保证设计必要的数据信息。

图3 基于SML和CBR的非圆齿轮快速设计流程

通过建立的SML标准，基于实例推理的检索机制，参照实例库进行模型匹配和检索。如果能够检索到相应的非圆齿轮模型，系统会将检索结果直接输出［7］；否则，就要基于实例在原来相似的实例基础上进行变型设计或者直接进行新的设计，图4为在相似实例基础上修改完成的新的椭圆直齿轮。在实例库中没有相似实例的情况下，系统将依据非圆齿轮节曲线计算规则构建以传动比函数为基础的非圆齿轮节曲线计算模块，节曲线设计完成后，进而计算出齿廓方程；根据齿廓方程，利用MATLAB软件对方程进行数值求解计算，获得相应齿廓的点坐标数据，由设计系统自动根据点坐标数据完成非圆齿轮的变型设计；最后，系统将设计获得的新的非圆齿轮模型以数据的形式保存到库中以便实例的积累，并丰富非圆齿轮设计库，为今后设计提供实例参考，计算程序流程如图5所示。