漸開線圓柱齒輪傳動智能設(shè)計及嚙合仿真分析
定 價：88 元
叢書名：現(xiàn)代數(shù)學(xué)基礎(chǔ)叢書
- 作者：李學(xué)藝，曾慶良，江守波著
- 出版時間：2016/6/1
- ISBN：9787030488077
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：TH132.417
- 頁碼：220
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
齒輪傳動是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣的一種傳動形式，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝精度要求高，其結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化一直是一個難點問題。目前的齒輪設(shè)計方法大多采用經(jīng)驗法和近似計算，難以實現(xiàn)齒輪傳動的精確設(shè)計與優(yōu)化。本著作對圓柱齒輪傳動的智能設(shè)計與數(shù)字化仿真分析技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究與實現(xiàn)。首先根據(jù)齒輪傳動原理實現(xiàn)圓柱齒輪傳動的參數(shù)化初步設(shè)計及強(qiáng)度校核，然后基于精確約束條件對齒輪傳動進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與變位系數(shù)優(yōu)選。為了對圓柱齒輪傳動的嚙合性能及強(qiáng)度進(jìn)行精確分析，利用現(xiàn)代CAD技術(shù)與CAE技術(shù)，在ANSYS平臺下實現(xiàn)了圓柱齒輪傳動的參數(shù)化實體建模與參數(shù)化瞬態(tài)嚙合仿真分析，精確獲取齒輪傳動過程中任意位置的嚙合特性，為齒輪副的疲勞壽命分析及進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。
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齒輪機(jī)構(gòu)是各種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣的動力和運動傳動裝置之一，并且通常是這些設(shè)備的關(guān)鍵部件，其工作性能與壽命直接影響設(shè)備的整機(jī)性能與壽命。與其他常用機(jī)構(gòu)相比，齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝精度要求高、受工作環(huán)境的影響大，其結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化問題一直是機(jī)械制造領(lǐng)域的難點問題。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展和先進(jìn)制造技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)向輕量化、智能化和柔性化方向發(fā)展，制造企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員必須快速響應(yīng)市場需求，及時高效地提供高性能、長壽命、低成本、易維護(hù)的具有市場競爭力的產(chǎn)品。漸開線圓柱齒輪傳動作為最常用、最典型的齒輪傳動機(jī)構(gòu)之一，其設(shè)計制造的智能化水平對機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的智能化發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。隨著先進(jìn)制造工藝和制造裝備的不斷發(fā)展，漸開線圓柱齒輪傳動的制造工藝與裝備取得了長足的進(jìn)步，但是受其結(jié)構(gòu)及工作性能復(fù)雜性的影響，在設(shè)計方法和手段方面仍相對滯后，目前仍以傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計作為主要設(shè)計手段，不能適應(yīng)當(dāng)前產(chǎn)品開發(fā)智能化、輕量化發(fā)展的要求，因此提高漸開線圓柱齒輪傳動的智能化設(shè)計水平是制造業(yè)智能化、信息化發(fā)展的必然要求。計算機(jī)仿真技術(shù)和有限元技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用有效彌補了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計方法難以精確分析復(fù)雜外形零件受載、變形等工作特性的缺陷，為齒輪等復(fù)雜產(chǎn)品零件的設(shè)計計算與仿真分析提供了行之有效的工具。
目錄
前言
第1章 概述 1
1.1漸開線圓柱齒輪傳動及其應(yīng)用特點 1
1.2漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計及優(yōu)化技術(shù) 2
1.2.1漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計 9
1.2.2漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化 3
1.2.3漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)優(yōu)選 5
1.3漸開線圓柱齒輪傳動仿真分析技術(shù) 6
1.3.1漸開線圓柱齒輪參數(shù)化實體建模 6
1.3.2漸開線圓柱齒輪靜接觸分析 7
1.3.3漸開線圓柱齒輪瞬態(tài)嚙合仿真分析 8
1.4本章小結(jié) 9
參考文獻(xiàn) 9
第2章 漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計及強(qiáng)度校核 14
2.1參數(shù)化設(shè)計及強(qiáng)度校核的總體流程 14
2.2漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化初步設(shè)計 15
2.2.1初步設(shè)計的詳細(xì)流程 15
2.2.2齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)過程 19
2.3初步設(shè)計及強(qiáng)度校核過程中的數(shù)據(jù)白動查取 22
2.3.1初步設(shè)計及強(qiáng)度校核過程巾的數(shù)據(jù)處理方法 22
2.3.2 工程數(shù)據(jù)自動查取的實現(xiàn) 23
2.3.3 工程數(shù)據(jù)處理的細(xì)節(jié)問題 29
2.4本章小結(jié) 30
參考文獻(xiàn) 30
第3章 基于精確約束條件的漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化 31
3.1漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論基礎(chǔ) 31
3.1.1優(yōu)化變量 31
3.1.2目標(biāo)函數(shù) 31
3.1.3約束條件 32
3.2基于精確約束條件的漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 33
3.2.1漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化巾的強(qiáng)度約束條件分析 33
3.2.2精確約束條件優(yōu)化方法的實現(xiàn)過程 36
3.3兩級漸開線圓柱齒輪聯(lián)合優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型 38
3.3.1聯(lián)合優(yōu)化問題的優(yōu)化變量 38
3.3.2聯(lián)合優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù) 39
3.3.3聯(lián)合優(yōu)化問題的約束條件 40
3.3.4兩級傳動聯(lián)合優(yōu)化的細(xì)節(jié)問題 44
3.4兩級漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化及對比分析 45
3.4.1兩級漸開線網(wǎng)柱齒輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算 45
3.4.2與傳統(tǒng)優(yōu)化方法的對比分析 46
3.5本章小結(jié) 47
參考文獻(xiàn) 48
第4章 漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)的優(yōu)選 49
4.1變位系數(shù)對齒輪強(qiáng)度的影響及選擇原則 49
4.1.1變位系數(shù)對齒輪強(qiáng)度的影響 49
4.1.2變位系數(shù)的常用選擇原則 49
4.2漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)優(yōu)選的數(shù)學(xué)模型 52
4.2.1漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)優(yōu)選的實現(xiàn)52
4.2.2變位系數(shù)優(yōu)選問題的優(yōu)化變量 52
4.2.3變位系數(shù)優(yōu)選問題的目標(biāo)函數(shù) 53
4.2.4變位系數(shù)優(yōu)選問題的約束條件 53
4.3單級漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)優(yōu)選及對比分析 55
4.3.1單級漸開線圓柱齒輪變位系數(shù)優(yōu)選計算 55
4.3.2與傳統(tǒng)優(yōu)選方法的對比分析 58
4.4本章小結(jié) 59
參考文獻(xiàn) 59
第5章 基于B樣條曲面的漸開線圓柱齒輪精確建模 60
5.1面向CAE分析的漸開線網(wǎng)柱齒輪精確造型方法 60
5.1.1漸開線圓柱齒輪齒廓曲面成形原理 60
5.1.2漸開線圓柱齒輪參數(shù)化精確建模方法 65
5.2基于均勻雙三次B樣條插值的齒面造型 66
5.2.1基于IGES接口的均勻雙三次B樣條曲面插值技術(shù) 66
5.2.2漸開線圓柱齒輪齒面點陣的提取 68
5.2.3齒輪齒廓曲面的形成 72
5.3基于IGES曲面與APDL命令流的齒輪實體建模 74
5.3.1 APDL實現(xiàn)齒輪建模參數(shù)化的方法 74
5.3.2漸開線圓柱齒輪實體模型的生成 74
5.4漸開線圓柱齒輪參數(shù)化無側(cè)隙嚙合裝配 80
5.5本章小結(jié) 83
參考文獻(xiàn) 83
第6章 漸開線圓柱齒輪傳動嚙合仿真分析 85
6.1齒輪嚙合仿真分析方法 85
6.1.1齒輪嚙合彈性接觸基本原理 85
6.1.2齒輪嚙合仿真分析實施步驟 87
6.2漸開線圓柱齒輪傳動有限元建模 88
6.2.1基于重合度的齒輪副簡化實體建模 89
6.2.2齒輪副自適應(yīng)映射網(wǎng)格模型生成 90
6.2.3齒輪副齒面接觸模擬 98
6.3漸開線圓柱齒輪瞬態(tài)嚙合仿真分析 101
6.3.1瞬態(tài)嚙合分析實現(xiàn)方法 101
6.3.2瞬態(tài)嚙合性能分析 104
6.4漸開線圓柱齒輪副任意嚙合位置靜接觸分析 112
6.4.1齒輪副任意位置嚙合的實現(xiàn)方法 112
6.4.2齒輪副靜接觸分析 115
6.5本章小結(jié) 118
參考文獻(xiàn) 118
第7章 影響漸開線圓柱齒輪仿真分析的關(guān)鍵因素 119
7.1影響齒輪嚙合仿真分析的主要因素 119
7.2齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對嚙合性能的影響 123
7.2.1齒根圓角半徑的影響 123
7.2.2齒寬的影響 128
7.3計算參數(shù)對齒輪嚙合仿真的影響 130
7.3.1 網(wǎng)格密度的影響 130
7.3.2載荷系數(shù)的影響 133
7.3.3摩擦系數(shù)的影響 135
7.3.4接觸剛度系數(shù)的影響 140
7.4本章小結(jié) 144
參考文獻(xiàn) 144
第8章 漸開線圓柱齒輪傳動智能設(shè)計及仿真分析系統(tǒng)開發(fā)146
8.1系統(tǒng)的開發(fā)思路及總體框架 146
8.1.1開發(fā)思路 146
8.1.2總體框架 147
8.1.3各模塊功能簡介 148
8.1.4系統(tǒng)開發(fā)T具及運行環(huán)境 150
8.2漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)153
8.2.1 目標(biāo)函數(shù)及約束條件 153
8.2.2優(yōu)化算法的選擇及設(shè)置 153
8.2.3優(yōu)化模塊動態(tài)鏈接庫文件的生成 154
8.3 面向ANSYS應(yīng)用平臺的漸開線圓柱齒輪嚙合仿真分析系統(tǒng)開發(fā) 156
8.3.1 ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言 156
8.3.2系統(tǒng)與ANSYS平臺的參數(shù)交互 157
8.3.3應(yīng)用實例 164
8.4本章小結(jié)194
參考文獻(xiàn) 195
附錄196
《漸開線圓柱齒輪傳動智能設(shè)計及嚙合仿真分析》：
1.2漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計及優(yōu)化技術(shù)
1.2.1漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計
與大多數(shù)機(jī)械零件相比，齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計比較復(fù)雜，不僅涉及齒數(shù)、壓力角、中心距等數(shù)十個結(jié)構(gòu)參數(shù)，還需考慮載荷、工作環(huán)境等工況參數(shù)，設(shè)計過程中需同時滿足齒根彎曲、齒面接觸等多種強(qiáng)度準(zhǔn)則，計算量大且需要使用大量的經(jīng)驗公式，因此采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法過程繁雜、效率低、不適于后續(xù)的改進(jìn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。多年來，國內(nèi)外許多學(xué)者與工程技術(shù)人員基于不同的應(yīng)用平臺和編程環(huán)境，對漸開線圓柱齒輪傳動的數(shù)字化設(shè)計及智能技術(shù)進(jìn)行了大量研究，尤其是在參數(shù)化設(shè)計與校核方面取得了大量研究成果。南京航空航天大學(xué)李迪根據(jù)齒輪強(qiáng)度計算的國家標(biāo)準(zhǔn)，在MATLAB環(huán)境下分別實現(xiàn)了行星齒輪齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度校核的計算，并開發(fā)了齒輪強(qiáng)度計算模塊。合肥工業(yè)大學(xué)黃康等利用C語言開發(fā)了齒輪強(qiáng)度計算數(shù)據(jù)庫，對涉及齒輪強(qiáng)度計算的表格、線圖實現(xiàn)了規(guī)范化管理，并基于該數(shù)據(jù)庫結(jié)合CAD技術(shù)開發(fā)了齒輪傳動設(shè)計系統(tǒng)，可根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)自動生成工程圖。王英姿等對齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)處理問題以及系統(tǒng)構(gòu)建問題進(jìn)行了研究，對設(shè)計過程中的數(shù)表處理、線圖的表達(dá)、設(shè)計參數(shù)的圓整處理等內(nèi)容進(jìn)行了研究與實現(xiàn)，最后在Visual Basic（VB）環(huán)境下開發(fā)出了齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，有效提高了齒輪設(shè)計效率。強(qiáng)增、陳定方、殷國富、翁妙風(fēng)等先后對齒輪傳動設(shè)計專家系統(tǒng)進(jìn)行了研究和開發(fā)，解決了專家系統(tǒng)知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)制策略構(gòu)建等諸多關(guān)鍵問題，實現(xiàn)了齒輪傳動的方案自動設(shè)計、強(qiáng)度自動校核等功能。肖志信、朱學(xué)凱、賀艷、于春麗等先后在VB集成開發(fā)環(huán)境下，基于參數(shù)化、模塊化設(shè)計思想，實現(xiàn)了齒輪傳動設(shè)計中各種表格和線圖的查詢與提取，開發(fā)了具有良好人機(jī)界面的齒輪傳動設(shè)計系統(tǒng)，有效提高了設(shè)計效率與質(zhì)量，大大降低了設(shè)計工作中的數(shù)據(jù)查閱及計算強(qiáng)度。羅斐分析了齒輪傳動設(shè)計過程中圖表數(shù)據(jù)的特點，提出了對國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計手冊中的相關(guān)數(shù)據(jù)、公式、表格、曲線進(jìn)行程序化處理的有效方法。太原理工大學(xué)劉曉潔基于齒輪傳動的快速設(shè)計理論、方法和技術(shù)，以Access作為數(shù)據(jù)庫，同樣在VB環(huán)境下開發(fā)了齒輪傳動比優(yōu)化分配模塊，可以根據(jù)用戶的需求自動選擇齒輪傳動類型及幾何參數(shù)，并通過后續(xù)的三維建模處理，實現(xiàn)了漸開線齒輪設(shè)計、校核、建模及裝配的一體化。在齒輪系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用方面，鄭州機(jī)械研究所以漸開線圓柱齒輪減速器為研究對象，經(jīng)過多年的研究，自主開發(fā)了齒輪傳動參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)齒輪參數(shù)的設(shè)計與計算，還具有計算機(jī)繪圖功能，為減速器的設(shè)計和生產(chǎn)提供了高效、可靠的工具。此外，南京華強(qiáng)時代軟件工程有限公司采用國內(nèi)外最新標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)外齒輪最新研究成果和實踐經(jīng)驗開發(fā)的漸開線圓柱齒輪設(shè)計專家系統(tǒng)，具有原始設(shè)計、精度計算、強(qiáng)度校核及齒輪測繪等功能模塊。
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