齒輪傳動裝置低噪聲設(shè)計理論和方法

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 噪聲的基本知識 2
1.2.1 噪聲的定義及分類 2
1.2.2 空氣噪聲的度量 4
1.2.3 結(jié)構(gòu)噪聲的度量 6
1.2.4 噪聲的評價 7
1.3 齒輪傳動裝置的振動噪聲 11
1.3.1 齒輪系統(tǒng)的激勵 11
1.3.2 齒輪傳動裝置振動噪聲的傳遞 13
1.3.3 齒輪傳動裝置振動噪聲及評價 14
1.3.4 控制齒輪傳動裝置噪聲的常用方法 15
1.4 本書主要內(nèi)容 16
參考文獻 16
第2章 齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)激勵 18
2.1 動態(tài)激勵的類型與動力學表達 18
2.1.1 動態(tài)激勵的類型 18
2.1.2 輪齒嚙合激勵 19
2.1.3 齒輪系統(tǒng)動力學方程的通用表達 20
2.2 嚙合剛度 22
2.2.1 嚙合剛度定義 22
2.2.2 嚙合剛度常用計算方法 24
2.2.3 ISO嚙合剛度均值計算公式 27
2.2.4 石川公式 28
2.2.5 Cai擬合公式 31
2.2.6 接觸線法 32
2.2.7 有限元-解析接觸力學混合法 35
2.2.8 能量-切片法 42
2.3 齒輪誤差 46
2.3.1 齒輪誤差的分類 46
2.3.2 齒廓偏差 46
2.3.3 螺旋線偏差 47
2.3.4 齒距偏差 48
2.3.5 幾何偏心誤差 49
2.4 傳遞誤差 50
2.4.1 傳遞誤差的定義 50
2.4.2 靜態(tài)傳遞誤差 51
2.4.3 動態(tài)傳遞誤差 53
2.5 嚙合沖擊 54
2.5.1 嚙合沖擊產(chǎn)生過程 54
2.5.2 實際嚙合位置 56
2.5.3 嚙入沖擊力 57
參考文獻 58
第3章 齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性分析方法 61
3.1 齒輪系統(tǒng)動力學模型類型 61
3.1.1 齒輪系統(tǒng)動力學模型一般形式 61
3.1.2 基于考慮因素的動力學模型分類 61
3.1.3 基于分析目的的動力學模型分類 62
3.2 齒輪系統(tǒng)動力學建模方法 65
3.2.1 集中質(zhì)量法 65
3.2.2 傳遞矩陣法 65
3.2.3 有限元法 65
3.2.4 模態(tài)綜合法 66
3.2.5 接觸有限元法 66
3.2.6 多體動力學方法 67
3.3 齒輪系統(tǒng)動力學模型求解方法 67
3.3.1 解析法 67
3.3.2 數(shù)值法 69
3.4 平行軸齒輪系統(tǒng)動力學模型 70
3.4.1 單支齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 70
3.4.2 系統(tǒng)動力學方程 70
3.5 行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 71
3.5.1 齒圈單元 73
3.5.2 內(nèi)嚙合單元 76
3.5.3 外嚙合單元 79
3.5.4 行星架單元 81
3.5.5 支承單元 82
3.5.6 系統(tǒng)整體動力學模型 82
3.6 功率分流齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 83
3.6.1 功率分流齒輪傳動系統(tǒng)與齒輪副振動位移模型 83
3.6.2 功率雙分支齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 84
3.7 多輸入多輸出齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 86
3.7.1 雙輸入單輸出齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 86
3.7.2 單輸入雙輸出齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 89
3.7.3 三輸入雙輸出齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型 91
參考文獻 93
第4章 齒面接觸與系統(tǒng)振動的形性耦合分析 96
4.1 形性耦合動力學模型的建立 96
4.2 形性耦合動力學模型的求解 99
4.2.1 齒面動態(tài)承載接觸方程的建立及求解 99
4.2.2 非線性方程組的求解算法 100
4.3 齒輪系統(tǒng)形性耦合動力學特性 104
4.3.1 螺旋角對系統(tǒng)振動的影響 105
4.3.2 嚙合阻尼對系統(tǒng)振動的影響 108
4.3.3 精度等級對系統(tǒng)振動的影響 110
4.3.4 負載扭矩對系統(tǒng)振動的影響 111
4.4 形性耦合模型與常規(guī)動力學模型計算結(jié)果對比 113
參考文獻 114
第5章 齒輪參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 115
5.1 齒輪系統(tǒng)動態(tài)激勵與響應(yīng)的影響因素 115
5.2 齒輪設(shè)計參數(shù)對嚙合剛度的影響 117
5.2.1 齒數(shù)與模數(shù)的影響 118
5.2.2 壓力角的影響 119
5.2.3 齒頂高系數(shù)的影響 120
5.2.4 螺旋角的影響 120
5.2.5 齒寬的影響 121
5.2.6 輪緣腹板尺寸的影響 123
5.3 嚙合剛度對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 124
5.3.1 嚙合剛度均值的影響 124
5.3.2 嚙合剛度波動量的影響 125
5.3.3 嚙合剛度均值與波動量的共同影響 126
5.4 單項齒面偏差對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 127
5.4.1 齒廓偏差的影響 128
5.4.2 螺旋線偏差的影響 130
5.4.3 齒距偏差的影響 132
5.4.4 各類偏差的影響程度對比 134
5.5 齒輪精度與負載工況對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 134
5.5.1 精度等級與齒面組合偏差量 135
5.5.2 負載扭矩對動態(tài)激勵的影響 136
5.5.3 負載扭矩對系統(tǒng)響應(yīng)的影響 137
5.5.4 精度等級對系統(tǒng)特性的影響 138
5.6 齒距累積偏差對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 140
5.6.1 單個齒距偏差的影響 141
5.6.2 正弦形式齒距累積偏差的影響 144
5.6.3 隨機形式齒距累積偏差的影響 147
參考文獻 154
第6章 軸系參數(shù)對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 158
6.1 考慮軸系變形的齒輪系統(tǒng)多點嚙合準靜態(tài)接觸模型 158
6.1.1 切片式嚙合作用面和分布式嚙合剛度 158
6.1.2 廣義靜態(tài)傳遞誤差和嚙合錯位 160
6.2 支承布局形式對齒輪系統(tǒng)準靜態(tài)/動態(tài)特性的影響 163
6.2.1 不同螺旋角齒輪副準靜態(tài)特性分析 165
6.2.2 人字齒輪副準靜態(tài)特性分析 169
6.2.3 齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性分析 171
6.3 功率流向?qū)X輪傳動系統(tǒng)準靜態(tài)/動態(tài)特性的影響 172
6.3.1 不同螺旋角齒輪副準靜態(tài)特性分析 173
6.3.2 人字齒輪副準靜態(tài)特性分析 174
6.3.3 齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性分析 175
6.4 軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)對齒輪系統(tǒng)準靜態(tài)/動態(tài)特性的影響 175
6.5 支承參數(shù)對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 178
6.5.1 滑動軸承結(jié)構(gòu)及工況參數(shù)的合理取值 180
6.5.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 182
6.6 聯(lián)軸器對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 186
6.6.1 耦合聯(lián)軸器對齒輪系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性的影響 187
6.6.2 聯(lián)軸器剛度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 193
6.6.3 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 195
6.6.4 聯(lián)軸器耦合效應(yīng)串聯(lián)齒輪箱動態(tài)特性的影響 198
參考文獻 214
第7章 低噪聲齒面修形設(shè)計方法 216
7.1 齒面修形基本原理和方法 216
7.2 不同修形方式的參數(shù)敏感性 218
7.2.1 不同修形方式下齒面準靜態(tài)接觸特性 219
7.2.2 不同修形方式對負載扭矩的敏感性 223
7.2.3 不同修形方式對嚙合錯位的敏感性 225
7.3 齒面組合修形穩(wěn)健設(shè)計 226
7.3.1 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計和Pareto解集 226
7.3.2 齒面修形穩(wěn)健優(yōu)化數(shù)學模型的建立及求解 227
7.3.3 齒面修形穩(wěn)健解分析 229
7.4 考慮軸系變形的齒面補償修形 230
7.4.1 軸系變形引起的嚙合錯位分析 230
7.4.2 齒面補償修形設(shè)計與分析 230
參考文獻 233
第8章 齒輪箱體結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲計算方法 234
8.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)噪聲計算的有限元法 234
8.1.1 齒輪系統(tǒng)-箱體全有限元模型 234
8.1.2 齒輪系統(tǒng)動力學和箱體有限元混合模型 235
8.1.3 全有限元模型和動力學-有限元混合模型的對比 236
8.1.4 結(jié)構(gòu)噪聲計算中支承系統(tǒng)阻抗特性的計入方法 237
8.1.5 結(jié)構(gòu)噪聲計算中阻尼材料特性的計入方法 243
8.2 齒輪箱體空氣噪聲計算的有限元/邊界元法 246
8.2.1 有限元/邊界元法計算空氣噪聲的原理和流程 246
8.2.2 齒輪箱體空氣噪聲計算實例 249
8.3 齒輪箱體空氣噪聲計算的統(tǒng)計能量分析法 250
8.3.1 統(tǒng)計能量分析法的基本原理 250
8.3.2 統(tǒng)計能量分析中的基本參數(shù) 253
8.3.3 等效統(tǒng)計能量分析法 255
8.3.4 齒輪箱體空氣噪聲等效統(tǒng)計能量分析步驟 258
8.3.5 齒輪箱體空氣噪聲等效統(tǒng)計能量分析實例 259
8.4 齒輪箱體空氣噪聲的預(yù)估公式 262
8.4.1 空氣噪聲預(yù)估的經(jīng)驗公式 262
8.4.2 計入誤差的齒輪箱體噪聲預(yù)估公式擬合流程 263
8.4.3 模型匹配性驗證 263
8.4.4 齒輪箱體空氣噪聲預(yù)估公式誤差項擬合 265
8.5 齒輪箱體空氣噪聲計算方法的對比 270
參考文獻 271
第9章 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的低噪聲拓撲優(yōu)化設(shè)計方法 273
9.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學表達和分類 273
9.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學表達 273
9.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分類 274
9.2 常用的低噪聲拓撲優(yōu)化模型 275
9.2.1 結(jié)構(gòu)特征頻率設(shè)計的拓撲優(yōu)化模型 275
9.2.2 結(jié)構(gòu)振動特性設(shè)計的拓撲優(yōu)化模型 276
9.2.3 聲學特性設(shè)計的拓撲優(yōu)化模型 277
9.3 基于聲學貢獻量的低噪聲拓撲優(yōu)化模型 277
9.3.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)對聲學傳遞向量的影響 277
9.3.2 聲學貢獻量*大區(qū)域的確定 282
9.3.3 拓撲優(yōu)化方程及靈敏度分析 284
9.3.4 拓撲優(yōu)化模型的驗證 286
9.4 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場點低噪聲設(shè)計 291
9.4.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場點低噪聲設(shè)計流程 291
9.4.2 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場點低噪聲設(shè)計實例 291
參考文獻 301
第10章 齒輪-箱體-基礎(chǔ)耦合振動特性 303
10.1 計入支承剛度特性的齒輪嚙合剛度 304
10.1.1 計入支承剛度的齒輪嚙合剛度計算有限元法 305
10.1.2 計入支承剛度的齒輪嚙合剛度計算有限元-接觸力學混合法 306
10.2 齒輪-箱體-基礎(chǔ)耦合系統(tǒng)動力學建模方法 308
10.2.1 阻抗綜合法 308
10.2.2 有限元法 314
10.2.3 靜態(tài)子結(jié)構(gòu)法 316
10.3 支承系統(tǒng)阻抗對耦合系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 318
10.3.1 箱體阻抗對耦合系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 318
10.3.2 隔振器阻抗對耦合系統(tǒng)動態(tài)特性的影響 323
參考文獻 329
第11章 齒輪傳動裝置振動傳遞特性 332
11.1 一般隔振系統(tǒng)振動傳遞分析 332
11