微小型变厚齿轮减速装置的关键技术研究

　　本书介绍了微小型变厚齿轮减速装置的相关技术。首先对国内外现有减速装置的多种方案进行了全面深入分析，为了实现输入输出轴垂直和苛刻的技术要求，确定了采用可调隙旋转矢量减速传动形式，确定了圆弧锥齿轮传动（高速级）和变厚齿轮传动（低速级）的旋转矢量减速装置方案。根据传统设计方法初步确定了减速装置的结构参数，运用有限元理论及ANSYS软件对其关键零部件进行了强度和模态分析；然后采用基于改进的双群体差分多层文化粒子群融合算法对其结构进行了多目标设计；在综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、传递误差等多种非线性因素的情况下，建立了弧齿锥齿轮副的非线性动力学分析模型并进行了求解；讨论了非渐开线变厚齿轮的相关理论；后对研制的样机进行了效率和振动特性的试验。

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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 传动装置的研究现状 2
1.2.1 谐波传动装置研究现状 2
1.2.2 少齿差传动装置研究现状 3
1.2.3 RV传动装置研究现状 5
1.3 齿轮动力学研究现状 6
1.4 基于神经网络的可靠性分析研究现状 8
1.4.1 结构可靠性的研究现状 8
1.4.2 神经网络的研究现状 9
1.5 多目标优化算法的研究现状 10
1.5.1 多目标优化问题的研究现状 10
1.5.2 多目标粒子群优化算法的研究现状 12
1.6 变齿厚渐开线齿轮的发展现状 12
第2章 微小型减速装置方案设计及结构设计 17
2.1 微小型减速装置方案设计分析 17
2.1.1 微小型减速装置的技术要求（样机） 17
2.1.2 谐波减速装置 17
2.1.3 少齿差减速装置 18
2.1.4 RV减速器 19
2.1.5 微小型可调隙内啮合变厚齿轮RV减速器 21
2.2 微小型减速装置部分关键参数分析与计算 24
2.2.1 传动比的计算 24
2.2.2 输入轴和输出轴的初步设计 24
2.2.3 弧齿锥齿轮初步设计 25
2.2.4 关键部件强度分析 26
2.2.5 微小型减速装置的效率计算 27
2.2.6 微小型减速装置回差的分析和计算 28
2.3 微小型减速装置有限元强度分析和模态分析 30
2.3.1 微小型减速装置部分关键零部件的有限元强度分析 31
2.3.2 微小型减速装置部分关键零部件的有限元模态分析 32
2.4 内啮合变厚齿轮副智能化设计软件的研制 34
2.5 基于Pro/ENGINEER的弧齿锥齿轮参数化设计 36
2.6 本章小结 36
第3章 多目标优化算法的研究和应用 38
3.1 文化算法 39
3.1.1 文化算法的基本理论 39
3.1.2 文化算法模型 39
3.2 基于双群体差分进化算法的改进文化算法 44
3.2.1 差分进化算法 44
3.2.2 基于双群体的差分进化算法 45
3.2.3 改进的双群体差分进化算法 46
3.3 基于双群体差分进化算法的改进文化粒子群优化算法 48
3.3.1 文化粒子群优化算法的基本思想 48
3.3.2 交叉操作和小生境竞争机制 49
3.3.3 改进算法在多目标测试函数中的应用 52
3.4 基于CPSA算法的微小型减速装置多目标优化设计 53
3.4.1 设计变量 53
3.4.2 目标函数的确定 54
3.4.3 约束条件的建立 56
3.5 优化程序设计 59
3.6 优化实例 60
3.7 本章小结 61
第4章 计及齿侧间隙、时变啮合刚度的弧齿锥齿轮动力学分析 62
4.1 弧齿锥齿轮系统非线性动力学微分方程的建立 62
4.2 间隙非线性函数的多项式拟合 66
4.3 齿轮系统的刚度激励 67
4.4 Gear方法求解齿轮系统动力学微分方程概述 70
4.5 齿轮系统力学方程的数值计算 72
4.5.1 系统的基本性质 72
4.5.2 跳跃现象 78
4.6 本章小结 79
第5章 基于ICPSDPNN和Monte Carlo的微小型减速装置可靠性分析 80
5.1 改进的混沌粒子群动态过程神经网络 80
5.1.1 动态过程神经网络 80
5.1.2 改进的混沌粒子群优化算法 84
5.1.3 改进的混沌粒子群动态过程神经网络算法 89
5.1.4 改进的混沌粒子群动态过程神经网络仿真试验 90
5.2 微小型减速装置可靠性分析 92
5.2.1 微小型减速装置系统故障树的建立 92
5.2.2 减速装置系统故障树的分析 94
5.2.3 基于ICPSDPNN和Monte Carlo的减速装置可靠性分析仿真 96
5.3 本章小结 98
第6章 相交轴非渐开线变厚齿轮的啮合分析 99
6.1 坐标系的建立与变换 99
6.2 渐开线变厚齿轮的齿面方程 101
6.3 非渐开线变厚齿轮的齿面方程推导及接触线方程的确定 102
6.4 变厚齿轮几何参数的确定 105
6.5 非渐开线变厚齿轮的修形量分析 107
6.5.1 齿形差的计算方法 107
6.5.2 齿向差的计算方法 110
6.6 变厚齿轮齿形差与齿向差的数值计算分析 112
6.7 相交轴非渐开线变厚齿轮副诱导法曲率的计算 115
6.8 本章小结 118
第7章 交错轴非渐开线变厚齿轮的空间啮合分析 120
7.1 交错轴变厚齿轮实现线接触的新思想 120
7.2 坐标系的建立与变换 121
7.3 交错轴非渐开线变厚齿轮啮合方程、齿廓方程和接触线方程 123
7.4 交错轴非渐开线变厚齿轮副的三维实体仿真和诱导法曲率的计算 125
7.5 非渐开线变厚齿轮齿形差和齿向差的计算与分析 127
7.5.1 齿形差的计算与分析 127
7.5.2 齿向差的计算与分析 129
7.6 实例计算与分析 131
7.7 本章小结 136
第8章 非渐开线变厚齿轮齿面修形及优化 137
8.1 非渐开线变厚齿轮齿面修形简介 137
8.2 大平面砂轮磨齿机的磨削原理 137
8.3 大平面砂轮磨齿机的改进 139
8.4 非渐开线变厚齿轮拟合齿向曲线 139
8.5 拟合曲线的优化 144
8.5.1 目标函数的确定 144
8.5.2 *优化求解 144
8.6 本章小结 147
第9章 非渐开线变厚齿轮传动接触区分析 148
9.1 锥面砂轮磨齿坐标系的变换 148
9.2 轮齿修形后的齿廓方程 150
9.3 实际接触区计算 153
9.3.1 两齿轮在固定坐标系中的齿面方程 154
9.3.2 接触迹线的计算 155
9.3.3 接触椭圆的计算 156
9.4 轮齿接触强度计算 158
9.5 非渐开线变厚齿轮三维接触的有限元分析 159
9.5.1 非渐开线变厚齿轮三维实体模型的建立 161
9.5.2 单元划分及前处理 162
9.5.3 施加载荷 163
9.5.4 轮齿接触分析的有限元求解 165
9.5.5 轮齿接触分析的有限元实例 166
9.6 利用Pro/ENGINEER的截面图功能检查接触状态 167
9.7 本章小结 169
第10章 微小型减速装置的制造及试验研究 170
10.1 微小型减速装置样机的设计与制造 170
10.2 微小型减速装置的试验研究 172
10.2.1 试验准备 173
10.2.2 微小型RV减速装置样机的传动效率试验 173
10.2.3 微小型RV减速装置样机的动力学性能试验 176
10.3 本章小结 179
参考文献 180