《微小型变厚齿轮减速装置的关键技术研究》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。

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

第1章 绪论
　　1.1 研究目的和意义
　　随着科学技术的进步和国民经济的发展，减速装置正沿着小型化、高速化、标准化、低振动、低噪声的方向发展[1-2]。各行各业对微小型减速装置的要求越来越高，特别是航空航天领域中对微小型减速装置的需求越来越大，要求也越来越苛刻。航空用微小型减速装置必须同时具备体积小、重量轻、输出扭矩大、噪声低、回差小、传动平稳、可调间隙、传动效率高和可靠性高等特点，这使得传统减速装置的性能一直很难满足航空航天领域的发展需要。
　　航空航天产业属于战略性先导产业。世界航空航天市场总额已高达数千亿美元，并且正以每年10%左右的速度稳步增长。我国政府近年来在该领域的投入明显增加，一系列鼓励航空航天产业发展的配套政策陆续出台并实施。由于在航空航天设备中应用着大量的微小型减速装置，这些装置的性能直接决定着航空航天设备的工作性能。因此，微小型减速装置的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家航空航天业的发展水平[3-4]。开拓和发展微小型减速装置技术具有重要的战略意义和广阔的发展前景。
　　根据某型导弹尾翼控制系统调整装置的特殊需要（垂直输入输出、外径100mm、轴向小于80mm、输出扭矩150N-m、输出轴弯矩1500N-m和回差≤8'等），在旋转矢量（rotate vector，RV）减速器的基础上，创造性地将一种新型的RV传动方式应用于微小型减速装置中，本书所研究的微小型RV减速器具有重量轻、体积小、传动效率高、传动比大、刚度大和传动平稳等优点，而且为了减小系统的回差，将渐开线变厚齿轮（简称变厚齿轮，它具有在不同端截面上变位系数不同的特点，若将变位系数设计成沿轴线呈线性变化，则其外形体现为齿顶沿轴向具有一定的锥度，这样，通过控制其轴向位移就可以调节齿轮的啮合侧隙，实现调隙或消隙的目的[5-6]）应用于RV减速器中，通过专门设计的消隙机构，方便地调节两啮合齿轮的啮合侧隙[7]，减少系统回差，实现精密传动，使该减速装置成为具有自动调隙的微小型可调隙变厚齿轮RV减速器。该装置适用于对径向尺寸要求苛刻的各种场合，具有很高的实用价值。
　　1.2 传动装置的研究现状
　　1.2.1 谐波传动装置研究现状
　　谐波传动自20世纪50年代中期出现后成功地用于火箭、卫星等的传动系统中，实际应用证实了这种传动较一般的齿轮传动具有运动精度高、回差小、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大并能在密闭空间和辐射介质的工况下正常工作等优点，是一种比较理想的传动装置。因此美国、苏联、日本等技术先进国家对这方面的研制工作一直都很重视，并开展了广泛的研究。如美国国家航空航天局刘易斯研究中心、美国空间技术实验室、美国电能设备集团有限公司、贝尔航空空间公司、麻省理工学院，苏联科学院机械学研究所、莫斯科国立鲍曼技术大学等单位都大力开展谐波传动的研究工作。它们对该领域进行了较系统、深入的基础理论和试验研究，在谐波传动的类型、结构、应用等方面有较大贡献。西欧一些国家也在航空航天、机器人、数控机床等领域采用谐波齿轮传动，并取得了较好的效果。我国从1961年开始这方面的研制工作，并在研究、试制和使用方面取得了较好的成绩。典型的谐波传动装置结构如图1-1所示[8-9]。
　　图1-1 谐波传动装置结构示意图
　　由于其本身固有的结构特点，作为决定传动寿命的柔轮强度问题是研究的重心，谐波传动是通过柔轮的弹性变形来实现运动传递的，变形的柔轮与刚轮啮合并非共轭齿廓啮合，可能导致过量的柔顺、过量的间隙，造成刚度不够，在传递载荷时弹性变形回差较大，不可避免地影响传动的精度和寿命。而且随着使用时间的增长，其运动精度还会显著降低。
　　因此，在航空航天领域采用具有较高的运动精度且使用刚性大、回差小的精密传动装置代替刚性小的谐波传动，具有十分深远的意义。
　　1.2.2 少齿差传动装置研究现状
　　少齿差传动是行星齿轮传动中的一种，而且代表着行星齿轮传动的一个发展方向。少齿差内啮合行星传动，就是指内外齿轮齿数差很小的内啮合的变位齿轮传动，因组成其啮合副的内外齿轮的齿数相差较少（一般为1～4）而得名，通常简称为少齿差传动[1]。按照齿轮齿形的不同，可以将少齿差传动分为渐开线少齿差传动、摆线少齿差传动、圆弧齿少齿差传动、活齿少齿差传动、锥齿少齿差传动、双曲柄输入式少齿差传动等类型[10-11]。
　　目前在工程上已广泛采用的渐开线少齿差行星传动均属K-H-V型行星传动[12-13]。K-H-V型少齿差行星传动机构具有传动比大、结构紧凑、体积小和重量轻等优点，因而得到了广泛的应用。该种传动装置通常都带有W运动输出机构，行星齿轮既做公转运动又做自转运动。公转运动是减速装置的输入运动，自转运动是输出运动，两者又汇集在行星轮上，如图1-2所示。这种传动机构刚度低、附加动载荷大，特别是传递较大功率时，振动和噪声大，严重影响了它的应用和推广。基于