微線段齒輪接觸性能及嚙合剛度理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)零部件之一，是諸多機(jī)械設(shè)備及產(chǎn)品的核心部件關(guān)鍵技術(shù)所在。微線段齒輪作為一種非漸開線齒輪，對(duì)其全面系統(tǒng)的研究是使其規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是提升現(xiàn)有齒輪系統(tǒng)傳動(dòng)性能的一種重要途徑。
　　目前，對(duì)于微線段齒輪嚙合剛度的研究?jī)H有利用有限元方法的，與漸開線齒輪對(duì)比的定性研究。因此，對(duì)于微線段齒輪綜合嚙合剛度的全面和深入的研究，尤其是其接觸剛度的研究，有著重要意義。
　　本文以微線段齒輪的綜合嚙合剛

2、度為研究對(duì)象，分別從微線段齒輪整體剛度和接觸剛度兩方面入手，在對(duì)國(guó)內(nèi)外齒輪剛度研究方法進(jìn)行分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分形理論和勢(shì)能法剛度求解，完成了微線段齒輪接觸剛度及綜合嚙合剛度的理論模型建立，并通過有限元方法和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。本文的主要工作和成果包括:
　　1)對(duì)M-B(Majumdar-Bhushan)分形接觸模型進(jìn)行了描述，并對(duì)其微凸體接觸變形原理進(jìn)行討論。針對(duì)本文研究對(duì)象，引入了圓柱體接觸系數(shù)和摩擦因素，在原模型基礎(chǔ)上對(duì)微

3、凸體變形的實(shí)際接觸面積公式和臨界接觸面積公式進(jìn)行了修正，得到載荷與接觸面積關(guān)系。
　　2)基于修正后的圓柱體分形接觸模型，得到了分形參數(shù)中分形維數(shù)、粗糙度幅值、材料特性參數(shù)和摩擦系數(shù)對(duì)該模型接觸性能的影響規(guī)律，對(duì)各個(gè)結(jié)果進(jìn)行了討論和分析。利用該模型對(duì)一對(duì)微線段齒輪進(jìn)行了算例分析。
　　3)針對(duì)原有分形接觸剛度模型中剛度計(jì)算公式與原有分形接觸模型的不統(tǒng)一，修正剛度公式后，得到可用于微線段齒輪的考慮摩擦因素的法向接觸剛度分形計(jì)算

4、模型。計(jì)算得到摩擦系數(shù)、材料特性、接觸形式及尺寸對(duì)接觸剛度的影響規(guī)律，以及分形維數(shù)和粗糙度幅值這一對(duì)參數(shù)二者對(duì)接觸剛度的耦合作用，并予以分析討論。
　　4)闡述了勢(shì)能法剛度求解原理及微線段齒輪成型原理，指出了勢(shì)能法求解方法應(yīng)用于微線段齒輪剛度計(jì)算的特殊優(yōu)越性，首次建立了微線段齒輪的勢(shì)能法剛度求解模型，并結(jié)合微線段齒輪分形接觸模型，得到了一種新的微線段齒輪綜合嚙合剛度理論計(jì)算模型。
　　5)利用微線段齒輪精確建模程序，得到微線

5、段齒輪齒廓;基于滾齒加工的相應(yīng)微線段齒輪實(shí)物的齒面測(cè)量，得到粗糙齒面各分形參數(shù)，并得到粗糙接觸表面輪廓，首次建立了微線段齒輪包含接觸表面微觀形貌的有限元模型。通過對(duì)有限元模型和本文模型的仿真結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了模型結(jié)果的可靠性，分析了結(jié)果趨勢(shì)及偏差原因。
　　6)利用光學(xué)測(cè)量方法，在驗(yàn)證其可行性后，首次對(duì)微線段齒輪嚙合剛度進(jìn)行了測(cè)量實(shí)驗(yàn)，通過模型、和有限元方法結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比和分析討論，同樣驗(yàn)證了本文模型的正確性和準(zhǔn)確性，且模型結(jié)