微線段齒輪接觸性能及嚙合剛度理論與實驗研究.pdf

1、齒輪作為工業(yè)生產中應用最廣泛的傳動零部件之一，是諸多機械設備及產品的核心部件關鍵技術所在。微線段齒輪作為一種非漸開線齒輪，對其全面系統(tǒng)的研究是使其規(guī)模化生產及應用的基礎，也是提升現(xiàn)有齒輪系統(tǒng)傳動性能的一種重要途徑。
　　目前，對于微線段齒輪嚙合剛度的研究僅有利用有限元方法的，與漸開線齒輪對比的定性研究。因此，對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，在對國內外齒輪剛度研究方法進行分析和總結的基礎上，運用分形理論和勢能法剛度求解，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驗進行了驗證。本文的主要工作和成果包括:
　　1)對M-B(Majumdar-Bhushan)分形接觸模型進行了描述，并對其微凸體接觸變形原理進行討論。針對本文研究對象，引入了圓柱體接觸系數(shù)和摩擦因素，在原模型基礎上對微

3、凸體變形的實際接觸面積公式和臨界接觸面積公式進行了修正，得到載荷與接觸面積關系。
　　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)對該模型接觸性能的影響規(guī)律，對各個結果進行了討論和分析。利用該模型對一對微線段齒輪進行了算例分析。
　　3)針對原有分形接觸剛度模型中剛度計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算

4、模型。計算得到摩擦系數(shù)、材料特性、接觸形式及尺寸對接觸剛度的影響規(guī)律，以及分形維數(shù)和粗糙度幅值這一對參數(shù)二者對接觸剛度的耦合作用，并予以分析討論。
　　4)闡述了勢能法剛度求解原理及微線段齒輪成型原理，指出了勢能法求解方法應用于微線段齒輪剛度計算的特殊優(yōu)越性，首次建立了微線段齒輪的勢能法剛度求解模型，并結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微線段齒輪實物的齒面測量，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。通過對有限元模型和本文模型的仿真結果對比，驗證了模型結果的可靠性，分析了結果趨勢及偏差原因。
　　6)利用光學測量方法，在驗證其可行性后，首次對微線段齒輪嚙合剛度進行了測量實驗，通過模型、和有限元方法結果與實驗結果的對比和分析討論，同樣驗證了本文模型的正確性和準確性，且模型結