微齒輪副的粘附接觸及其力學(xué)分析.pdf

1、作為微機(jī)械的典型機(jī)構(gòu)之一，微齒輪副具有體積小,重量輕、慣性小、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)動靈活，可實(shí)現(xiàn)微小空間要求下動力和運(yùn)動的傳遞。其用途非常廣泛，不僅能滿足微操作的要求，而且非常適合于各種精密伺服機(jī)構(gòu)傳動，如微創(chuàng)手術(shù)機(jī)構(gòu)和計(jì)時(shí)儀器等，因此，具有很高的實(shí)用價(jià)值和很好的發(fā)展前景，毫無疑問，微齒輪將在微傳動中占有極其重要的位置。但受微觀尺度效應(yīng)的影響，傳統(tǒng)的機(jī)械傳動理論難以完全應(yīng)用于微齒輪中。目前有關(guān)微齒輪的研究主要集中于制造加工，而相關(guān)基

2、礎(chǔ)理論的研究極少。本文的研究成果，填補(bǔ)了微傳動相關(guān)基礎(chǔ)理論方面的空白。不僅為微齒輪的傳動性能分析和功能實(shí)現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)，也為其他微機(jī)械的研究與應(yīng)用提供了參考和新的思路，極大地促進(jìn)了微機(jī)械的發(fā)展。
　　本文在進(jìn)行微齒輪副的粘附接觸分析過程中，還圍繞微機(jī)械的微觀尺度效應(yīng)、微齒輪表面形貌模擬和微齒輪傳動試驗(yàn)等方面進(jìn)行了一系列的研究工作。
　　微觀尺度效應(yīng)是微機(jī)械的重要特征之一，對它的研究至關(guān)重要。本文提出一種圓截球方法，以分子間

3、作用力為研究對象，從理論上解決了分析微機(jī)械中微觀力的有效作用范圍和微觀力的計(jì)算等問題，并提出一種特征尺寸界定法來推導(dǎo)可表征微觀尺度效應(yīng)程度的尺度效應(yīng)系數(shù)，這為進(jìn)行微機(jī)械及微齒輪副的粘附接觸分析提供了理論上的依據(jù)。
　　針對微齒輪的特點(diǎn)，從表面形貌特征的評定出發(fā)，本文將微齒輪齒廓表面形貌分為確定性的漸開線曲面部分和不確定性的粗糙形貌部分，首次將保角映射方法應(yīng)用于漸開線曲面的數(shù)值模擬，以及利用分形理論建立表面粗糙部分的數(shù)值化模型，這為

4、微齒輪副的粘附接觸分析奠定了模型基礎(chǔ)。
　　對于較輕載荷下，本文首先分析了光滑微齒輪副的粘附接觸，構(gòu)建了微齒輪副間的粘附力關(guān)系，并提出新的方法計(jì)算非接觸狀態(tài)下微齒輪副的粘附力，數(shù)值模擬結(jié)果表明新方法優(yōu)于以前的Dugadale近似算法；首次提出一種考慮了微凸體彈塑性變形的粗糙齒輪副粘附接觸分析方法，修正了目前微構(gòu)件間粘附接觸的算法只考慮微凸體彈性變形的缺點(diǎn)。
　　為在受力分析中考慮空氣濕度影響，針對微構(gòu)件表界面間常見的液橋力，

5、本文提出對液橋Laplace力進(jìn)行類MD近似處理，使B-H-M方法可用于液橋影響下光滑微齒輪副的粘附接觸分析；還基于分形理論建立了作用于粗糙微齒輪副輪齒表面的液橋力公式和液橋力對輪齒表界面間靜摩擦系數(shù)的影響系數(shù)公式，完善了液橋影響下微齒輪副的粘附接觸分析。
　　對于較重載荷下的微齒輪副接觸，在齒廓表面形貌模型的基礎(chǔ)上，本文充分考慮微凸體的相互作用，建立了微齒輪副的接觸力學(xué)模型，并利用變分方法進(jìn)行求解。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：微凸體的影響