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内容简介

　　渐开线圆柱齿轮传动是机械设备中*常用、*典型的传动形式，其设计制造的智能化水平对实现现代机械产品开发的智能化具有至关重要的作用。
　　《渐开线圆柱齿轮传动智能设计及啮合仿真分析》对渐开线圆柱齿轮传动的智能设计与啮合仿真分析技术进行了系统研究与实现。首先根据齿轮传动原理实现了渐开线圆柱齿轮传动的参数化初步设计及强度校核，然后基于边界约束对齿轮传动进行了结构优化，并对齿轮变位系数的优选进行了探讨。为了对圆柱齿轮传动的啮合性能及强度进行分析，利用现代CAD与CAE技术，在ANSYS平台下实现了圆柱齿轮传动的参数化有限元建模与啮合仿真分析，有效获取了齿轮传动过程中任意啮合位置的啮合特性，为齿轮疲劳寿命分析及进一步优化提供依据。
　　《渐开线圆柱齿轮传动智能设计及啮合仿真分析》可作为高等院校机械类专业研究生和教师的参考书或教材，也适于机械传动尤其是齿轮传动相关领域的科研技术人员阅读，还可供从事数字化设计与仿真分析的高校师生及技术人员参考。

内页插图

目录

前言

第1章 概述
1．1 渐开线圆柱齿轮传动及其应用特点
1．2 渐开线圆柱齿轮传动参数化设计及优化技术
1．2．1 渐开线圆柱齿轮传动参数化设计
1．2．2 渐开线圆柱齿轮结构优化
1．2．3 渐开线圆柱齿轮变位系数优选
1．3 渐开线圆柱齿轮传动仿真分析技术
1．3．1 渐开线圆柱齿轮参数化实体建模
1．3．2 渐开线圆柱齿轮静接触分析
1．3．3 渐开线圆柱齿轮瞬态啮合仿真分析
1．4 本章小结
参考文献

第2章 渐开线圆柱齿轮传动参数化设计及强度校核
2．1 参数化设计及强度校核的总体流程
2．2 渐开线圆柱齿轮传动参数化初步设计
2．2．1 初步设计的详细流程
2．2．2 齿轮传动参数化设计的实现过程
2．3 初步设计及强度校核过程中的数据自动查取
2．3．1 初步设计及强度校核过程中的数据处理方法
2．3．2 工程数据自动查取的实现
2．3．3 工程数据处理的细节问题
2．4 本章小结
参考文献

第3章 基于精确约束条件的渐开线圆柱齿轮结构优化
3．1 渐开线圆柱齿轮结构优化的理论基础
3．1．1 优化变量
3．1．2 目标函数
3．1．3 约束条件
3．2 基于精确约束条件的渐开线圆柱齿轮结构优化方法
3．2．1 渐开线圆柱齿轮结构优化中的强度约束条件分析
3．2．2 精确约束条件优化方法的实现过程
3．3 两级渐开线圆柱齿轮联合优化问题的数学模型
3．3．1 联合优化问题的优化变量
3．3．2 联合优化问题的目标函数
3．3．3 联合优化问题的约束条件
3．3．4 两级传动联合优化的细节问题
3．4 两级渐开线圆柱齿轮结构优化及对比分析
3．4．1 两级渐开线圆柱齿轮结构优化计算
3．4．2 与传统优化方法的对比分析
3．5 本章小结
参考文献

第4章 渐开线圆柱齿轮变位系数的优选
4．1 变位系数对齿轮强度的影响及选择原则
4．1．1 变位系数对齿轮强度的影响
4．1．2 变位系数的常用选择原则
4．2 渐开线圆柱齿轮变位系数优选的数学模型
4．2．1 渐开线圆柱齿轮变位系数优选的实现
4．2．2 变位系数优选问题的优化变量
4．2．3 变位系数优选问题的目标函数
4．2．4 变位系数优选问题的约束条件
4．3 单级渐开线圆柱齿轮变位系数优选及对比分析
4．3．1 单级渐开线圆柱齿轮变位系数优选计算
4．3．2 与传统优选方法的对比分析
4．4 本章小结
参考文献

第5章 基于B样条曲面的渐开线圆柱齿轮精确建模
5．1 面向CAE分析的渐开线圆柱齿轮精确造型方法
5．1．1 渐开线圆柱齿轮齿廓曲面成形原理
5．1．2 渐开线圆柱齿轮参数化精确建模方法
5．2 基于均匀双三次B样条插值的齿面造型
5．2．1 基于IGES接口的均匀双三次B样条曲面插值技术
5．2．2 渐开线圆柱齿轮齿面点阵的提取
5．2．3 齿轮齿廓曲面的形成
5．3 基于IGES曲面与APDL命令流的齿轮实体建模
5．3．1 APDL实现齿轮建模参数化的方法
5．3．2 渐开线圆柱齿轮实体模型的生成
5．4 渐开线圆柱齿轮参数化无侧隙啮合装配
5．5 本章小结
参考文献

第6章 渐开线圆柱齿轮传动啮合仿真分析
6．1 齿轮啮合仿真分析方法
6．1．1 齿轮啮合弹性接触基本原理
6．1．2 齿轮啮合仿真分析实施步骤
6．2 渐开线圆柱齿轮传动有限元建模
6．2．1 基于重合度的齿轮副简化实体建模
6．2．2 齿轮副自适应映射网格模型生成
6．2．3 齿轮副齿面接触模拟
6．3 渐开线圆柱齿轮瞬态啮合仿真分析
6．3．1 瞬态啮合分析实现方法
6．3．2 瞬态啮合性能分析
6．4 渐开线圆柱齿轮副任意啮合位置静接触分析
6．4．1 齿轮副任意位置啮合的实现方法
6．4．2 齿轮副静接触分析
6．5 本章小结
参考文献

第7章 影响渐开线圆柱齿轮仿真分析的关键因素
7．1 影响齿轮啮合仿真分析的主要因素
7．2 齿轮结构参数对啮合性能的影响
7．2．1 齿根圆角半径的影响
7．2．2 齿宽的影响
7．3 计算参数对齿轮啮合仿真的影响
7．3．1 网格密度的影响
7．3．2 载荷系数的影响
7．3．3 摩擦系数的影响
7．3．4 接触刚度系数的影响
7．4 本章小结
参考文献

第8章 渐开线圆柱齿轮传动智能设计及仿真分析系统开发
8．1 系统的开发思路及总体框架
8．1．1 开发思路
8．1．2 总体框架
8．1．3 各模块功能简介
8．1．4 系统开发工具及运行环境
8．2 渐开线圆柱齿轮传动参数化结构设计及优化系统开发
8．2．1 目标函数及约束条件
8．2．2 优化算法的选择及设置
8．2．3 优化模块动态链接库文件的生成
8．3 面向ANSYS应用平台的渐开线圆柱齿轮啮合仿真分析系统开发
8．3．1 ANSYS参数化设计语言
8．3．2 系统与ANSYS平台的参数交互
8．3．3 应用实例
8．4 本章小结
参考文献

附录

前言/序言

　　齿轮机构是各种机械设备中应用最广的动力和运动传动装置之一，并且通常是这些设备的关键部件，其工作性能与寿命直接影响设备的整机性能与寿命。与其他常用机构相比，齿轮机构结构复杂、制造和安装精度要求高、受工作环境的影响大，其结构设计及优化问题一直是机械制造领域的难点问题。随着现代科技的迅猛发展和先进制造技术的持续进步，机械产品的开发向轻量化、智能化和柔性化方向发展，制造企业和相关技术人员必须快速响应市场需求，及时高效地提供高性能、长寿命、低成本、易维护的具有市场竞争力的产品。渐开线圆柱齿轮传动作为最常用、最典型的齿轮传动机构之一，其设计制造的智能化水平对机械产品开发的智能化发展具有至关重要的作用。随着先进制造工艺和制造装备的不断发展，渐开线圆柱齿轮传动的制造工艺与装备取得了长足的进步，但是受其结构及工作性能复杂性的影响，在设计方法和手段方面仍相对滞后，目前仍以传统的经验设计作为主要设计手段，不能适应当前产品开发智能化、轻量化发展的要求，因此提高渐开线圆柱齿轮传动的智能化设计水平是制造业智能化、信息化发展的必然要求。计算机仿真技术和有限元技术的快速发展与广泛应用有效弥补了传统机械设计方法难以精确分析复杂外形零件受载、变形等工作特性的缺陷，为齿轮等复杂产品零件的设计计算与仿真分析提供了行之有效的工具。
　　本书结合传统齿轮设计方法的快捷性与有限元仿真分析的准确性对渐开线圆柱齿轮传动的智能化设计与啮合仿真分析方法进行研究，并在此基础上开发渐开线圆柱齿轮智能设计及面向ANSYS平台的仿真分析系统。该系统利用经典齿轮设计理论可实现渐开线圆柱齿轮传动的参数化初步设计与强度校核计算、基于精确边界约束的齿轮结构优化和齿轮变位系数的优选；然后结合ANSYS软件的瞬态仿真分析功能与静接触分析功能，对设计的渐开线圆柱齿轮副进行参数化瞬态啮合分析与静接触分析，有效获取齿轮副在任意啮合位置的载荷、应力、应变等啮合特性参数及相应的变化规律，为齿轮副的精确疲劳寿命分析与进一步结构优化提供可靠的保证。本书的主要素材是作者及课题组成员近十年研究积累的成果，主要内容源于多个纵向科研项目和企业委托项目。相关技术已在企业进行了应用实践，并取得了良好的效果，部分关键技术已先后在国内外多个高水平学术期刊上发表，得到了行业内专家的认可。
　　山东科技大学万丽荣教授、钟佩思教授、张鑫教授、王全为教授、丁淑辉副教授、王成龙副教授、魏军英讲师和王亮讲师为本书的撰写提供了技术指导。已毕业的硕士研究生李超超、李三帅和王权参与了本书相关课题的研究，书中包含他们的部分研究成果。在读研究生吕永刚、王宁宁、张庆雪、韩文广、赵丹丹和崔燕芳参与了部分章节的编写与文字整理工作。中国煤炭科工集团太原研究院有限公司王步康副总经理、天地科技股份有限公司黄学文研究员、中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所王金涛副研究员为本书相关成果的获取提供了大量帮助。
　　本书的研究成果是在国家自然科学基金（51375282）、泰山学者建设工程专项经费、山东省自然科学基金（ZR2015EM017、ZR2014EEM021）、山东省科技发展计划课题（2014GGX103043）、山东科技大学领军人才发展计划的资助下取得的。同时，科学出版社为本书出版提供了支持。作者向所有对本书出版提供了帮助的朋友和单位表示诚挚的感谢。
　　在本书撰写的过程中，参考了国内外专家和同行的大量论文、著作，在此表示感谢。除所列主要参考文献之外，书中还参考了网络等媒体上的文献资料，由于有些资料来源无法考证，难以指明其准确出处，在此一并向这些文献作者表示衷心的感谢。
　　限于作者水平，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。
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