高速重载齿轮振动与磨损的可靠性分析

本书针对机械领域应用最广泛的齿轮零件在高速重载工况下的可靠性问题，系统地阐述了齿轮振动和磨损失效发生的机理以及可靠性的计算方法，为航空、汽车等高速重载齿轮的设计提供了一套完整的可靠性评估手段。本书主要内容包括高速重载齿轮振动及磨损可靠性概述；齿轮振动激励分析及有限元仿真；齿轮扭转振动可靠性及敏感度分析；齿轮结构共振可靠性及影响因素分析；齿轮系统非线性振动模型及混沌振动特性研究；齿轮随机参数结构系统非线性振动可靠性分析；齿轮的齿廓修形优化减振；基于非平稳随机过程的齿面磨损可靠性研究。

前言
第1章 绪论 1
1.1 高速重载齿轮振动与磨损可靠性研究的背景与意义 1
1.2 齿轮振动与磨损可靠性分析相关技术概述 2
1.2.1 机械可靠性研究概述 2
1.2.2 齿轮修形研究概述 5
1.2.3 齿轮非线性动力学研究概述 7
1.2.4 虚拟试验技术研究概述 8
1.2.5 齿轮磨损可靠性研究概述 9
第2章 齿轮振动激励分析及有限元仿真 11
2.1 齿轮系统时变啮合刚度理论 11
2.1.1 时变啮合刚度的概念 11
2.1.2 时变啮合刚度的解析计算 12
2.2 齿轮系统传递误差理论 17
2.2.1 传递误差的概念 17
2.2.2 传递误差的解析计算 18
2.3 齿轮时变啮合刚度和传递误差的有限元仿真 19
2.3.1 齿廓曲线的参数方程及全齿模型建立 20
2.3.2 齿轮啮合虚拟样机有限元模型建立 23
2.3.3 齿轮时变啮合刚度的有限元仿真 26
2.3.4 齿轮传递误差的有限元仿真 27
第3章 齿轮扭转振动可靠性及可靠性敏感度分析 29
3.1 响应面法 29
3.2 蒙特卡罗法计算可靠度 31
3.3 响应面蒙特卡罗可靠性敏感度分析 33
3.4 计算实例 33
3.4.1 齿轮副传递误差极限状态函数的建立 33
3.4.2 极限状态函数的蒙特卡罗可靠性敏感度分析 36
第4章 齿轮结构共振可靠性及影响因素分析 41
4.1 齿轮有限元模态分析 41
4.1.1 模态分析理论 41
4.1.2 直齿轮参数化有限元模型的建立 43
4.1.3 弧齿锥齿轮有限元模型的建立 44
4.1.4 齿轮模态分析 47
4.2 齿轮随机参数结构共振可靠性 48
4.2.1 共振问题的失效分析 48
4.2.2 ANSYS概率有限元法 49
4.2.3 直齿轮共振可靠性及共振可靠性敏感度分析 51
4.2.4 弧齿锥齿轮共振可靠性及共振可靠性敏感度分析 60
4.3 齿轮共振可靠度有限元模拟计算软件的二次开发 67
第5章 齿轮系统非线性振动模型及混沌振动特性研究 73
5.1 混沌振动及其识别方法 73
5.1.1 混沌运动原理 74
5.1.2 混沌振动的识别方法 74
5.2 齿轮副啮合间隙非线性扭转振动 77
5.2.1 齿轮副啮合间隙非线性动力学模型 77
5.2.2 动力学模型中参数的计算 80
5.2.3 动力学方程的求解 81
5.2.4 齿轮副啮合间隙非线性振动特性算例 82
5.3 齿轮-轴承系统多间隙非线性动力学模型 86
5.4 齿轮-轴承系统多自由度间隙非线性振动特性算例 88
第6章 齿轮随机参数结构系统非线性振动可靠性分析 92
6.1 齿轮结构参数的随机性 92
6.2 随机过程 93
6.2.1 随机过程的基本概念 93
6.2.2 随机过程的数字特征 94
6.2.3 平稳随机过程及各态历经性 95
6.2.4 随机参数振动与随机过程 95
6.3 齿轮系统随机参数振动的数值模拟 96
6.3.1 求解齿轮非线性系统动力学方程的数值逐步积分法 96
6.3.2 齿轮非线性随机参数振动的求解步骤 96
6.4 超越失效跨越率的计算 97
6.5 齿轮系统非线性振动可靠性的泊松过程法 100
6.6 计算实例 101
6.6.1 齿轮非线性振动可靠度计算程序框图 101
6.6.2 齿轮随机参数振动可靠度计算 102
第7章 齿轮的齿廓修形优化减振 105
7.1 渐开线齿轮齿廓修形原理 105
7.1.1 齿轮修形量的估算 105
7.1.2 修形参数的分析计算 107
7.2 修形齿轮的啮合弹性变形虚拟仿真 108
7.2.1 齿廓修形曲线的参数方程及全齿模型的建立 108
7.2.2 修形齿轮啮合虚拟样机有限元模型 112
7.2.3 修形齿轮啮合传递误差虚拟仿真 115
7.3 基于遗传算法的齿廓修形参数优化 117
7.3.1 遗传算法的原理 117
7.3.2 基于遗传算法的齿廓修形参数优化步骤 119
7.3.3 齿廓直线修形参数的优化 122
7.3.4 齿廓抛物线修形参数的优化 126
第8章 直齿轮的齿面磨损可靠性分析 128
8.1 直齿轮齿面磨损预估模型 128
8.2 非平稳随机过程 130
8.3 基于超越法的磨损可靠度计算 132
8.4 齿面磨损量的计算及随机过程拟合试验 135
8.4.1 齿面磨损量的理论计算 135
8.4.2 试验方案 137
8.4.3 试验结果 137
8.5 齿面磨损可靠度计算 140
参考文献 142
附录1 齿轮啮合虚拟试验样机APDL程序 147
附录2 齿轮啮合传递误差仿真APDL程序 155