傳動系統的現代設計與智能製造（簡體書）

本書系統地介紹了汽車傳動系統結構組成及振動產生的原因，力圖使讀者了解汽車傳動軸，後橋等汽車零部件的工作原理，剖析其工作過程中振動產生的原因。此外，還將智能製造和智能設計與傳動系統緊密結合，簡要地展望汽車傳動系統的發展趨勢。通過理論與實踐一體化的講解，力求使知識講解與實踐更好地結合，為現代汽車動力傳動系統的研發打下基礎。此外，本書將傳動系統領域的科研成果應用於課堂教學，在介紹本科研團隊研究成果的同時，可以提升學生對汽車動力傳動系統的認識，提高學生的專業素養。本書共7章，以傳動系統為主線，內容涵蓋傳動系統結構概述；傳動軸的振動分析；驅動橋的振動分析；傳動系統的振動分析及參數優化設計；基於Python的傳動系統智能設計；傳動系統的智能製造；總結與展望等。本書可作為總結本科研團隊的科研專著，亦可作為高年級本科生或研究生的授課教材及自學用書。

劉曉剛，於2014年在澳大利亞昆士蘭大學獲得機械工程博士學位，現為武漢理工大學機電工程學院副教授，博士生導師。在國家自然科學基金委、工信部及相關企業的支持下，與軌道交通集團和大型車企開展了產學研合作，自主設計開發了多套機電裝備和軟件系統。依托相關科研項目，在智能製造、機械振動、設計開發、機電控制等領域都以學術論文、發明專利和軟件著作權等形式取得了學術成果。現為中國機械工程學會高級會員，並被總部設於倫敦的 Institution of Mechanical Engineers 授予名為 “T A Stewart-Dyer Prize/Frederick Harvey Trevithick Prize”的學術獎項。在教學方面， 2018年獲評英國高等教育學會會士(Fellow of Higher Education Academy, FHEA)。自2019年起主持湖北省高等學校省級教學研究項目“新工科背景下基於CLIL教學理念的浸入式雙語課程教學改革與實踐”。除了為本科生講授機械製造技術和現代設計技術，還為碩士生和博士生講授工程測試和智能製造方面的英文課程。

19世紀初，清朝GDP占全球總量三分之一，但由於清政府故步自封，科學技術停滯不前，在第一次鴉片戰爭中失利於發起第一次工業革命的英國； 19世紀末，又在甲午戰爭中不敵開展了第二次工業革命的日本，在一定程度上加速了清王朝的更迭； 而新中國的改革開放趕上了第三次工業革命，我們把握住這個歷史機遇在幾十年間發展成世界第二大經濟體； 如今以智能製造為主導的第四次工業革命方興未艾，與智能製造密切相關的現代設計同樣亟須推進。然而，現代設計技術的發展需要萬千科技工作者的不懈努力，更需要通過對教學內容的革新來培養站在科技前沿的生力軍。

多年以來，筆者一直從事現代設計技術方面的研究和教學工作，發現這方面的參考書多是在不同章節介紹不同的設計方法，這樣容易造成各章節之間的割裂。讀起來頗像收錄不同作品的短篇小說集，每一章都要重新熟悉不同的主人公，使得讀者很難保持閱讀興趣。為此，筆者結合本科研團隊在汽車傳動系統方面的研究成果，將不同的現代設計方法應用於傳動系統的設計過程，在此基礎上還涵蓋了傳動系統的智能製造，因為設計和製造是相互促進、相互制約的整體。希望這樣能增強讀者對內容的理解以及學習的興趣，並能將所學直接應用於科學研究或工程實踐。因此，本書可作為科研人員或工程技術人員的參考用書，亦可作為高年級本科生或研究生的授課教材。

在本書付梓之際，感謝參與研究和編撰工作的團隊成員向東山、孫欣榮、曾春暉、吳兆雨、羅文欣、陳端瀅、周子寒、蘇星溢、萬磊、夏飛凡、宋鵬程等。本書的完成和出版也離不開以下項目的資助和支持： 國家自然科學基金面上項目“摩擦自激扭振引發的鋼軌波磨機理的研究”（No.51975436）； 工信部智能製造綜合標準化與新模式應用項目“輕量化汽車底盤關鍵零部件智能工廠新模式”（No.2159999）； 湖北省高等學校省級教學研究項目“新工科背景下基於CLIL教學理念的浸入式雙語課程教學改革與實踐”（No.2018121）。在此致謝！

“問渠那得清如許，為有源頭活水來”。科技和教學的發展都離不開創新和改革，但與革新相伴而來的是倍增的困難和挑戰。故此，如有不妥之處，歡迎來函雅正。

劉曉剛

2022年5月30日

第1章傳動系統結構概述

1.1傳動軸結構概述

1.1.1十字軸萬向節

1.1.2球籠萬向節

1.1.3中間支承

1.2驅動橋結構概述

1.2.1主減速器

1.2.2差速器

1.2.3半軸

1.2.4橋殼

第2章傳動軸的振動分析

2.1萬向節的運動學分析

2.1.1十字軸萬向節的運動學分析

2.1.2球籠萬向節的運動學分析

2.2中間支承的振動分析

2.2.1中間支承的基本結構及運動學分析

2.2.2中間支承的振動仿真分析

2.2.3中間支承的剛度特性實驗分析

2.3傳動軸總成的振動分析

2.3.1傳動軸總成振動仿真模型的建立

2.3.2傳動軸總成振動仿真分析

第3章驅動橋的振動分析及優化設計

3.1驅動橋橋殼的振動與噪聲分析

3.1.1驅動橋橋殼模態與頻率響應分析

3.1.2驅動橋橋殼噪聲仿真分析

3.2主減速器的振動分析

3.2.1主減速器振動的產生機理

3.2.2主減速器齒輪受力分析

3.2.3主減速器振動模型的建立

3.2.4主減速器振動的實驗分析

3.3驅動橋總成的參數優化設計

3.3.1齒側間隙對驅動橋總成的振動影響分析

3.3.2軸承預緊力對驅動橋總成的振動影響分析

第4章傳動系統的振動分析及參數優化設計

4.1傳動系統的實驗研究

4.1.1臺架實驗介紹

4.1.2實驗內容及測點布置

4.1.3實驗對比分析

4.2傳動系統耦合模型的振動分析及參數優化設計

4.2.1傳動系統耦合模型概述

4.2.2傳動系統耦合振動特性分析及參數優化設計

4.2.3基於ADAMS的傳動系統動力學仿真分析

第5章基於Python的傳動系統智能設計

5.1智能設計概述

5.1.1智能設計的定義和特點

5.1.2智能設計發展概述

5.2基於Python的傳動系統軟件開發與設計

5.2.1軟件開發平臺介紹

5.2.2軟件總體設計及功能模塊實現

5.2.3模型求解結果分析

5.2.4基於遺傳算法的多參數優化設計

第6章傳動系統智能製造

6.1智能製造概述

6.1.1智能製造的概念及特徵

6.1.2各國智能製造發展現狀

6.1.3智能製造的意義

6.2智能製造關鍵技術

6.2.1射頻識別技術

6.2.2製造執行系統

6.2.3倉儲管理系統

6.2.4云計算

6.2.5工業機器人

6.3主減速器智能製造新模式

6.3.1智能工廠介紹

6.3.2物聯物件層

6.3.3CPS網絡層

6.3.4CPS服務層

第7章總結與展望

7.1智能設計的發展前景

7.2智能製造的發展前景

7.2.1智能製造裝備助推製造業轉型升級

7.2.2工業大數據的廣泛應用

7.2.3人工智能技術引領智能製造業的發展

參考文獻