齿轮传动装置的振动噪声会严重影响装备的性能、寿命、安全性和舒适性，这类装置的低噪声设计一直是国内外研究热点。本书总结作者三十余年的相关研究成果，从激励、响应和传递三方面深入地介绍齿轮传动装置低噪声设计理论和方法。全书共12章，主要介绍齿轮传动装置噪声产生机理、类型和传递方式，动态激励的定义、内涵及主要计算模型和方法，平行轴、行星、功率分流和多输入多输出齿轮传动系统与齿轮箱体结构动力学响应计算模型和方法，低噪声齿面优化修形与齿轮箱体结构拓扑优化设计方法，安装在弹性支承结构上的齿轮传动装置振动传递分析模型和方法，齿轮参数与结构参数对齿轮传动装置振动噪声的影响规律，最后总结归纳齿轮传动装置低噪声设计准则和方法。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 噪声的基本知识 2
1.2.1 噪声的定义及分类 2
1.2.2 空气噪声的度量 4
1.2.3 结构噪声的度量 6
1.2.4 噪声的评价 7
1.3 齿轮传动装置的振动噪声 11
1.3.1 齿轮系统的激励 11
1.3.2 齿轮传动装置振动噪声的传递 13
1.3.3 齿轮传动装置振动噪声及评价 14
1.3.4 控制齿轮传动装置噪声的常用方法 15
1.4 本书主要内容 16
参考文献 16
第2章 齿轮传动系统的动态激励 18
2.1 动态激励的类型与动力学表达 18
2.1.1 动态激励的类型 18
2.1.2 轮齿啮合激励 19
2.1.3 齿轮系统动力学方程的通用表达 20
2.2 啮合刚度 22
2.2.1 啮合刚度定义 22
2.2.2 啮合刚度常用计算方法 24
2.2.3 ISO啮合刚度均值计算公式 27
2.2.4 石川公式 28
2.2.5 Cai拟合公式 31
2.2.6 接触线法 32
2.2.7 有限元-解析接触力学混合法 35
2.2.8 能量-切片法 42
2.3 齿轮误差 46
2.3.1 齿轮误差的分类 46
2.3.2 齿廓偏差 46
2.3.3 螺旋线偏差 47
2.3.4 齿距偏差 48
2.3.5 几何偏心误差 49
2.4 传递误差 50
2.4.1 传递误差的定义 50
2.4.2 静态传递误差 51
2.4.3 动态传递误差 53
2.5 啮合冲击 54
2.5.1 啮合冲击产生过程 54
2.5.2 实际啮合位置 56
2.5.3 啮入冲击力 57
参考文献 58
第3章 齿轮系统动态特性分析方法 61
3.1 齿轮系统动力学模型类型 61
3.1.1 齿轮系统动力学模型一般形式 61
3.1.2 基于考虑因素的动力学模型分类 61
3.1.3 基于分析目的的动力学模型分类 62
3.2 齿轮系统动力学建模方法 65
3.2.1 集中质量法 65
3.2.2 传递矩阵法 65
3.2.3 有限元法 65
3.2.4 模态综合法 66
3.2.5 接触有限元法 66
3.2.6 多体动力学方法 67
3.3 齿轮系统动力学模型求解方法 67
3.3.1 解析法 67
3.3.2 数值法 69
3.4 平行轴齿轮系统动力学模型 70
3.4.1 单支齿轮传动系统动力学模型 70
3.4.2 系统动力学方程 70
3.5 行星齿轮传动系统动力学模型 71
3.5.1 齿圈单元 73
3.5.2 内啮合单元 76
3.5.3 外啮合单元 79
3.5.4 行星架单元 81
3.5.5 支承单元 82
3.5.6 系统整体动力学模型 82
3.6 功率分流齿轮传动系统动力学模型 83
3.6.1 功率分流齿轮传动系统与齿轮副振动位移模型 83
3.6.2 功率双分支齿轮传动系统动力学模型 84
3.7 多输入多输出齿轮传动系统动力学模型 86
3.7.1 双输入单输出齿轮传动系统动力学模型 86
3.7.2 单输入双输出齿轮传动系统动力学模型 89
3.7.3 三输入双输出齿轮传动系统动力学模型 91
参考文献 93
第4章 齿面接触与系统振动的形性耦合分析 96
4.1 形性耦合动力学模型的建立 96
4.2 形性耦合动力学模型的求解 99
4.2.1 齿面动态承载接触方程的建立及求解 99
4.2.2 非线性方程组的求解算法 100
4.3 齿轮系统形性耦合动力学特性 104
4.3.1 螺旋角对系统振动的影响 105
4.3.2 啮合阻尼对系统振动的影响 108
4.3.3 精度等级对系统振动的影响 110
4.3.4 负载扭矩对系统振动的影响 111
4.4 形性耦合模型与常规动力学模型计算结果对比 113
参考文献 114
第5章 齿轮参数对系统动态特性的影响 115
5.1 齿轮系统动态激励与响应的影响因素 115
5.2 齿轮设计参数对啮合刚度的影响 117
5.2.1 齿数与模数的影响 118
5.2.2 压力角的影响 119
5.2.3 齿顶高系数的影响 120
5.2.4 螺旋角的影响 120
5.2.5 齿宽的影响 121
5.2.6 轮缘腹板尺寸的影响 123
5.3 啮合刚度对齿轮系统动态特性的影响 124
5.3.1 啮合刚度均值的影响 124
5.3.2 啮合刚度波动量的影响 125
5.3.3 啮合刚度均值与波动量的共同影响 126
5.4 单项齿面偏差对系统动态特性的影响 127
5.4.1 齿廓偏差的影响 128
5.4.2 螺旋线偏差的影响 130
5.4.3 齿距偏差的影响 132
5.4.4 各类偏差的影响程度对比 134
5.5 齿轮精度与负载工况对系统动态特性的影响 134
5.5.1 精度等级与齿面组合偏差量 135
5.5.2 负载扭矩对动态激励的影响 136
5.5.3 负载扭矩对系统响应的影响 137
5.5.4 精度等级对系统特性的影响 138
5.6 齿距累积偏差对系统动态特性的影响 140
5.6.1 单个齿距偏差的影响 141
5.6.2 正弦形式齿距累积偏差的影响 144
5.6.3 随机形式齿距累积偏差的影响 147
参考文献 154
第6章 轴系参数对齿轮系统动态特性的影响 158
6.1 考虑轴系变形的齿轮系统多点啮合准静态接触模型 158
6.1.1 切片式啮合作用面和分布式啮合刚度 158
6.1.2 广义静态传递误差和啮合错位 160
6.2 支承布局形式对齿轮系统准静态/动态特性的影响 163
6.2.1 不同螺旋角齿轮副准静态特性分析 165
6.2.2 人字齿轮副准静态特性分析 169
6.2.3 齿轮系统动态特性分析 171
6.3 功率流向对齿轮传动系统准静态/动态特性的影响 172
6.3.1 不同螺旋角齿轮副准静态特性分析 173
6.3.2 人字齿轮副准静态特性分析 174
6.3.3 齿轮系统动态特性分析 175
6.4 轴系结构参数对齿轮系统准静态/动态特性的影响 175
6.5 支承参数对齿轮系统动态特性的影响 178
6.5.1 滑动轴承结构及工况参数的合理取值 180
6.5.2 结构参数对系统动态特性的影响 182
6.6 联轴器对齿轮系统动态特性的影响 186
6.6.1 耦合联轴器对齿轮系统动态响应特性的影响 187
6.6.2 联轴器刚度对系统动态特性的影响 193
6.6.3 联轴器结构参数对系统动态特性的影响 195
6.6.4 联轴器耦合效应串联齿轮箱动态特性的影响 198
参考文献 214
第7章 低噪声齿面修形设计方法 216
7.1 齿面修形基本原理和方法 216
7.2 不同修形方式的参数敏感性 218
7.2.1 不同修形方式下齿面准静态接触特性 219
7.2.2 不同修形方式对负载扭矩的敏感性 223
7.2.3 不同修形方式对啮合错位的敏感性 225
7.3 齿面组合修形稳健设计 226
7.3.1 稳健优化设计和Pareto解集 226
7.3.2 齿面修形稳健优化数学模型的建立及求解 227
7.3.3 齿面修形稳健解分析 229
7.4 考虑轴系变形的齿面补偿修形 230
7.4.1 轴系变形引起的啮合错位分析 230
7.4.2 齿面补偿修形设计与分析 230
参考文献 233
第8章 齿轮箱体结构噪声和空气噪声计算方法 234
8.1 齿轮箱体结构噪声计算的有限元法 234
8.1.1 齿轮系统-箱体全有限元模型 234
8.1.2 齿轮系统动力学和箱体有限元混合模型 235
8.1.3 全有限元模型和动力学-有限元混合模型的对比 236
8.1.4 结构噪声计算中支承系统阻抗特性的计入方法 237
8.1.5 结构噪声计算中阻尼材料特性的计入方法 243
8.2 齿轮箱体空气噪声计算的有限元/边界元法 246
8.2.1 有限元/边界元法计算空气噪声的原理和流程 246
8.2.2 齿轮箱体空气噪声计算实例 249
8.3 齿轮箱体空气噪声计算的统计能量分析法 250
8.3.1 统计能量分析法的基本原理 250
8.3.2 统计能量分析中的基本参数 253
8.3.3 等效统计能量分析法 255
8.3.4 齿轮箱体空气噪声等效统计能量分析步骤 258
8.3.5 齿轮箱体空气噪声等效统计能量分析实例 259
8.4 齿轮箱体空气噪声的预估公式 262
8.4.1 空气噪声预估的经验公式 262
8.4.2 计入误差的齿轮箱体噪声预估公式拟合流程 263
8.4.3 模型匹配性验证 263
8.4.4 齿轮箱体空气噪声预估公式误差项拟合 265
8.5 齿轮箱体空气噪声计算方法的对比 270
参考文献 271
第9章 齿轮箱体结构的低噪声拓扑优化设计方法 273
9.1 结构优化的数学表达和分类 273
9.1.1 结构优化的数学表达 273
9.1.2 结构优化的分类 274
9.2 常用的低噪声拓扑优化模型 275
9.2.1 结构特征频率设计的拓扑优化模型 275
9.2.2 结构振动特性设计的拓扑优化模型 276
9.2.3 声学特性设计的拓扑优化模型 277
9.3 基于声学贡献量的低噪声拓扑优化模型 277
9.3.1 齿轮箱体结构对声学传递向量的影响 277
9.3.2 声学贡献量最大区域的确定 282
9.3.3 拓扑优化方程及灵敏度分析 284
9.3.4 拓扑优化模型的验证 286
9.4 齿轮箱体结构的多场点低噪声设计 291
9.4.1 齿轮箱体结构的多场点低噪声设计流程 291
9.4.2 齿轮箱体结构的多场点低噪声设计实例 291
参考文献 301
第10章 齿轮-箱体-基础耦合振动特性 303
10.1 计入支承刚度特性的齿轮啮合刚度 304
10.1.1 计入支承刚度的齿轮啮合刚度计算有限元法 305
10.1.2 计入支承刚度的齿轮啮合刚度计算有限元-接触力学混合法 306
10.2 齿轮-箱体-基础耦合系统动力学建模方法 308
10.2.1 阻抗综合法 308
10.2.2 有限元法 314
10.2.3 静态子结构法 316
10.3 支承系统阻抗对耦合系统动态特性的影响 318
10.3.1 箱体阻抗对耦合系统动态特性的影响 318
10.3.2 隔振器阻抗对耦合系统动态特性的影响 323
参考文献 329
第11章 齿轮传动装置振动传递特性 332
11.1 一般隔振系统振动传递分析 332
11.1.1 一般隔振系统动力学建模方法 332
11.1.2 评价指标及振动传递分析 337
11.2 齿轮系统多分层多路径振动传递分析 339
11.2.1 齿轮振动功率 341
11.2.2 齿轮-轴传递功率 343
11.2.3 轴-轴承传递功率 344
11.2.4 轴承-箱体传递功率 345
11.2.5 箱体-隔振器传递功率 347
11.2.6 隔振器-基础传递功率 349
11.3 齿轮系统振动传递参数影响规律 351
11.3.1 啮合阻尼的影响 351
11.3.2 轴段阻尼的影响 352
11.3.3 轴承刚度的影响 354
11.3.4 轴承阻尼的影响 355
11.3.5 箱体刚度的影响 356
11.3.6 箱体阻尼的影响 357
11.3.7 隔振器弹性模量的影响 358
11.3.8 隔振器阻尼的影响 360
11.3.9 基础刚度的影响 361
11.3.10 基础阻尼的影响 362
11.4 不同隔振形式对振动传递的影响 363
参考文献 366
第12章 齿轮传动装置低噪声设计准则与方法 367
12.1 齿轮传动装置低噪声设计准则 367
12.2 齿轮传动系统低噪声设计方法 368
12.2.1 齿轮参数匹配 368
12.2.2 齿面修形 371
12.2.3 齿轮系统刚度匹配 372
12.2.4 齿轮加工精度与负载工况的匹配 374
12.3 齿轮箱结构低噪声设计方法 376
12.3.1 齿轮箱刚度合理布局 377
12.3.2 齿轮箱的阻尼设置 379
12.4 齿轮箱的隔振设计 380
12.5 结束语 381
参考文献 381
附录 383
附录A 模态叠加法 383
附录B 系统物理参数识别的骨架线方法 384
附录C 机械阻抗基本概念 386
附录D 连续Timoshenko梁动力学建模 387
附录E 阻抗综合法 390
参考文献 391
京公网安备 11010102004214号