Visual modeling and simulation analysis method of spiral bevel gear transmission system

LI Mingyang; ZHANG Weiqing; TAN Rulong; FU Tao

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.021

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Visual modeling and simulation analysis method of spiral bevel gear transmission system

Development·Application | 更新时间：2026-01-23

- Visual modeling and simulation analysis method of spiral bevel gear transmission system
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 50, Issue 1, Pages: 174-183(2026)
- 作者机构：
  
  重庆理工大学机械工程学院，重庆 400054
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.021
  CLC： TH132.421
- Received：26 September 2024，
  
  Revised：2024-10-30，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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李名扬，张卫青，谭儒龙，等. 弧齿锥齿轮传动系统可视化建模与仿真分析方法［J］. 机械传动，2026，50（1）：174-183.

LI Mingyang，ZHANG Weiqing，TAN Rulong，et al. Visual modeling and simulation analysis method of spiral bevel gear transmission system［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：174-183.
李名扬，张卫青，谭儒龙，等. 弧齿锥齿轮传动系统可视化建模与仿真分析方法［J］. 机械传动，2026，50（1）：174-183. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.021.

LI Mingyang，ZHANG Weiqing，TAN Rulong，et al. Visual modeling and simulation analysis method of spiral bevel gear transmission system［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：174-183. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.021.

摘要

目的

针对弧齿锥齿轮传动系统仿真分析软件开发所需模型与分析结果的可视化需求，基于锥齿轮传动系统的结构特点，应用图论及面向对象的数据结构，实现了传动系统拓扑结构及零部件关联关系的完整表达。

方法

首先，研究了传动系统关键异构元件几何表面规则化点集的生成方法，并应用开源的三维计算机图形学工具VTK实现了锥齿轮、传动轴和轴承几何模型的精确构建及快速装配；以此为基础，建立了传动系统几何模型与加载接触分析力学模型之间的映射，研究了加载状态下系统变形、齿面啮合状态等分析结果的可视化方法；最后，通过实例对锥齿轮传动系统建模及仿真分析结果的可视化效果进行了验证。

结果

研究表明，综合应用图论及面向对象的数据结构，可实现弧齿锥齿轮传动系统拓扑构型及其几何关联属性的完整表达；应用VTK库的参数表达式造型、扫掠造型以及三角剖分造型方法，可实现异构零部件的精确建模；在此基础上，建立系统几何模型与力学分析模型的映射，完成锥齿轮传动系统加载接触分析，并实现了分析结果的可视化显示。上述研究结果为锥齿轮传动系统建模仿真分析软件的开发提供了技术支持。

Abstract

Objective

In response to the visualization requirements of the models and analysis results necessary for the development of simulation analysis software for spiral bevel gear transmission systems

based on the structural characteristics of the bevel gear transmission system

the topological structure of the transmission system and the complete expression of the interrelationships among components were achieved by applying graph theory and object-oriented data structures.

Methods

The generation method of regularized point sets on the geometric surfaces of key heterogeneous components in the transmission system was investigated

and the precise construction and rapid assembly of the geometric models of bevel gears

transmission shafts

and bearings were accomplished using the open-source 3D computer graphics tool VTK. On this basis

the mapping between the geometric model of the transmission system and the mechanical model of loading contact analysis was established

and the visualization methods for the analysis results such as system deformation under loading and tooth surface meshing state were studied. Finally

the visualization effects of modeling and simulation analysis results of the bevel gear transmission system were verified through examples.

Results

Research has shown that the comprehensive application of graph theory and object-oriented data structures can achieve a complete expression of the topological configuration and geometric correlation properties of bevel gear transmission systems. By applying the parameter expression modeling

sweep modeling

and triangulation modeling methods of the VTK library

accurate modeling of heterogeneous components can be achieved. Based on this

a mapping between the system geometry model and the mechanical analysis model can be established to complete the loading contact analysis of the bevel gear transmission system

and visualize the analysis results. The above research results provide technical support for the development of modeling and simulation analysis software for bevel gear transmission systems.

关键词

Keywords

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