齒輪傳動(dòng)裝置低噪聲設(shè)計(jì)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(shí) 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(píng)價(jià) 7
1.3 齒輪傳動(dòng)裝置的振動(dòng)噪聲 11
1.3.1 齒輪系統(tǒng)的激勵(lì) 11
1.3.2 齒輪傳動(dòng)裝置振動(dòng)噪聲的傳遞 13
1.3.3 齒輪傳動(dòng)裝置振動(dòng)噪聲及評(píng)價(jià) 14
1.3.4 控制齒輪傳動(dòng)裝置噪聲的常用方法 15
1.4 本書(shū)主要內(nèi)容 16
參考文獻(xiàn) 16
第2章 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)激勵(lì) 18
2.1 動(dòng)態(tài)激勵(lì)的類型與動(dòng)力學(xué)表達(dá) 18
2.1.1 動(dòng)態(tài)激勵(lì)的類型 18
2.1.2 輪齒嚙合激勵(lì) 19
2.1.3 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的通用表達(dá) 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(jì)算方法 24
2.2.3 ISO嚙合剛度均值計(jì)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(xué)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(dòng)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(guò)程 54
2.5.2 實(shí)際嚙合位置 56
2.5.3 嚙入沖擊力 57
參考文獻(xiàn) 58
第3章 齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析方法 61
3.1 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型類型 61
3.1.1 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型一般形式 61
3.1.2 基于考慮因素的動(dòng)力學(xué)模型分類 61
3.1.3 基于分析目的的動(dòng)力學(xué)模型分類 62
3.2 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)方法 67
3.3 齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型 70
3.4.1 單支齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 70
3.4.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程 70
3.5 行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型 82
3.6 功率分流齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 83
3.6.1 功率分流齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)與齒輪副振動(dòng)位移模型 83
3.6.2 功率雙分支齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 84
3.7 多輸入多輸出齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 86
3.7.1 雙輸入單輸出齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 86
3.7.2 單輸入雙輸出齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 89
3.7.3 三輸入雙輸出齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 91
參考文獻(xiàn) 93
第4章 齒面接觸與系統(tǒng)振動(dòng)的形性耦合分析 96
4.1 形性耦合動(dòng)力學(xué)模型的建立 96
4.2 形性耦合動(dòng)力學(xué)模型的求解 99
4.2.1 齒面動(dòng)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(dòng)力學(xué)特性 104
4.3.1 螺旋角對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響 105
4.3.2 嚙合阻尼對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響 108
4.3.3 精度等級(jí)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響 110
4.3.4 負(fù)載扭矩對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響 111
4.4 形性耦合模型與常規(guī)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比 113
參考文獻(xiàn) 114
第5章 齒輪參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 115
5.1 齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)激勵(lì)與響應(yīng)的影響因素 115
5.2 齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)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(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)量的影響 125
5.3.3 嚙合剛度均值與波動(dòng)量的共同影響 126
5.4 單項(xiàng)齒面偏差對(duì)系統(tǒng)動(dòng)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(duì)比 134
5.5 齒輪精度與負(fù)載工況對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 134
5.5.1 精度等級(jí)與齒面組合偏差量 135
5.5.2 負(fù)載扭矩對(duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)的影響 136
5.5.3 負(fù)載扭矩對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響 137
5.5.4 精度等級(jí)對(duì)系統(tǒng)特性的影響 138
5.6 齒距累積偏差對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 140
5.6.1 單個(gè)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(jī)形式齒距累積偏差的影響 147
參考文獻(xiàn) 154
第6章 軸系參數(shù)對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 158
6.1 考慮軸系變形的齒輪系統(tǒng)多點(diǎn)嚙合準(zhǔn)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(cuò)位 160
6.2 支承布局形式對(duì)齒輪系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性的影響 163
6.2.1 不同螺旋角齒輪副準(zhǔn)靜態(tài)特性分析 165
6.2.2 人字齒輪副準(zhǔn)靜態(tài)特性分析 169
6.2.3 齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 171
6.3 功率流向?qū)X輪傳動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性的影響 172
6.3.1 不同螺旋角齒輪副準(zhǔn)靜態(tài)特性分析 173
6.3.2 人字齒輪副準(zhǔn)靜態(tài)特性分析 174
6.3.3 齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 175
6.4 軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)齒輪系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)特性的影響 175
6.5 支承參數(shù)對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 178
6.5.1 滑動(dòng)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(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 182
6.6 聯(lián)軸器對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 186
6.6.1 耦合聯(lián)軸器對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響 187
6.6.2 聯(lián)軸器剛度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 193
6.6.3 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)態(tài)特性的影響 198
參考文獻(xiàn) 214
第7章 低噪聲齒面修形設(shè)計(jì)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(zhǔn)靜態(tài)接觸特性 219
7.2.2 不同修形方式對(duì)負(fù)載扭矩的敏感性 223
7.2.3 不同修形方式對(duì)嚙合錯(cuò)位的敏感性 225
7.3 齒面組合修形穩(wěn)健設(shè)計(jì) 226
7.3.1 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)和Pareto解集 226
7.3.2 齒面修形穩(wěn)健優(yōu)化數(shù)學(xué)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(bǔ)償修形 230
7.4.1 軸系變形引起的嚙合錯(cuò)位分析 230
7.4.2 齒面補(bǔ)償修形設(shè)計(jì)與分析 230
參考文獻(xiàn) 233
第8章 齒輪箱體結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲計(jì)算方法 234
8.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)噪聲計(jì)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(dòng)力學(xué)和箱體有限元混合模型 235
8.1.3 全有限元模型和動(dòng)力學(xué)-有限元混合模型的對(duì)比 236
8.1.4 結(jié)構(gòu)噪聲計(jì)算中支承系統(tǒng)阻抗特性的計(jì)入方法 237
8.1.5 結(jié)構(gòu)噪聲計(jì)算中阻尼材料特性的計(jì)入方法 243
8.2 齒輪箱體空氣噪聲計(jì)算的有限元/邊界元法 246
8.2.1 有限元/邊界元法計(jì)算空氣噪聲的原理和流程 246
8.2.2 齒輪箱體空氣噪聲計(jì)算實(shí)例 249
8.3 齒輪箱體空氣噪聲計(jì)算的統(tǒng)計(jì)能量分析法 250
8.3.1 統(tǒng)計(jì)能量分析法的基本原理 250
8.3.2 統(tǒng)計(jì)能量分析中的基本參數(shù) 253
8.3.3 等效統(tǒng)計(jì)能量分析法 255
8.3.4 齒輪箱體空氣噪聲等效統(tǒng)計(jì)能量分析步驟 258
8.3.5 齒輪箱體空氣噪聲等效統(tǒng)計(jì)能量分析實(shí)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(yàn)公式 262
8.4.2 計(jì)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(yàn)證 263
8.4.4 齒輪箱體空氣噪聲預(yù)估公式誤差項(xiàng)擬合 265
8.5 齒輪箱體空氣噪聲計(jì)算方法的對(duì)比 270
參考文獻(xiàn) 271
第9章 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的低噪聲拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法 273
9.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)表達(dá)和分類 273
9.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)表達(dá) 273
9.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分類 274
9.2 常用的低噪聲拓?fù)鋬?yōu)化模型 275
9.2.1 結(jié)構(gòu)特征頻率設(shè)計(jì)的拓?fù)鋬?yōu)化模型 275
9.2.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性設(shè)計(jì)的拓?fù)鋬?yōu)化模型 276
9.2.3 聲學(xué)特性設(shè)計(jì)的拓?fù)鋬?yōu)化模型 277
9.3 基于聲學(xué)貢獻(xiàn)量的低噪聲拓?fù)鋬?yōu)化模型 277
9.3.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)對(duì)聲學(xué)傳遞向量的影響 277
9.3.2 聲學(xué)貢獻(xiàn)量*大區(qū)域的確定 282
9.3.3 拓?fù)鋬?yōu)化方程及靈敏度分析 284
9.3.4 拓?fù)鋬?yōu)化模型的驗(yàn)證 286
9.4 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)點(diǎn)低噪聲設(shè)計(jì) 291
9.4.1 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)點(diǎn)低噪聲設(shè)計(jì)流程 291
9.4.2 齒輪箱體結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)點(diǎn)低噪聲設(shè)計(jì)實(shí)例 291
參考文獻(xiàn) 301
第10章 齒輪-箱體-基礎(chǔ)耦合振動(dòng)特性 303
10.1 計(jì)入支承剛度特性的齒輪嚙合剛度 304
10.1.1 計(jì)入支承剛度的齒輪嚙合剛度計(jì)算有限元法 305
10.1.2 計(jì)入支承剛度的齒輪嚙合剛度計(jì)算有限元-接觸力學(xué)混合法 306
10.2 齒輪-箱體-基礎(chǔ)耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(duì)耦合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 318
10.3.1 箱體阻抗對(duì)耦合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 318
10.3.2 隔振器阻抗對(duì)耦合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響 323
參考文獻(xiàn) 329
第11章 齒輪傳動(dòng)裝置振動(dòng)傳遞特性 332
11.1 一般隔振系統(tǒng)振動(dòng)傳遞分析 332
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