粗糙圆柱表面粘着力学与微齿轮接触分析

发布时间：2017-05-12 15:23

  本文关键词：粗糙圆柱表面粘着力学与微齿轮接触分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微齿轮是微机电系统(MEMS)中重要的零部件，其传动性能对微机电系统的整体性能有决定性影响。相对于宏观齿轮而言，由尺度效应引起的表面力将对微齿轮接触产生重要的影响，同时表面效应带来的微齿轮中的摩擦磨损问题显得十分突出。而目前微齿轮的研究主要集中在制造方面，对微齿轮的接触分析研究相对比较少。由于微齿轮的特殊性，不能直接把分析宏观齿轮的理论应用于微齿轮的研究，所以考虑表面力作用下的微齿轮接触分析是非常重要的。 将微齿轮轮齿的接触简化为两个圆柱体之间的接触，，考虑到在微观尺度下表面粗糙度对粘着力的影响，本文首次建立了粗糙圆柱表面之间的粘着接触力学模型，运用数值计算方法求得表面等效压力分布；并利用该模型对微齿轮轮齿之间的接触进行了分析，计算结果为微齿轮研究提供了理论依据。论文的主要研究工作如下： ①分析了JKR和DMT两种粘着接触力学模型在卸载过程中的外载荷、接触半径和弹性位移的关系，同时分析了粗糙表面的微观形貌和GW粗糙表面接触模型。 ②假设表面微凸体顶点为半径相同的球形，并且顶点高度服从高斯概率分布，微凸体与平面之间的接触模型分别采用JKR和DMT粘着接触模型，同时考虑了表面之间的整体变形，分别建立了用于软硬材料的粗糙圆柱表面之间的粘着接触模型。 ③运用修正Newton-Raphson迭代法求解离散化的压力方程和间隙方程，计算出了圆柱表面的等效压力分布和无量纲接触半宽随外载荷变化曲线，并求出了接触分离力，同时与传统的接触模型进行了对比，分析了表面粗糙度、弹性模量和圆柱半径对表面粘着力的影响。 ④分析了微齿轮的加工工艺与表面特征，以及微齿轮啮合过程中的载荷分配问题，利用之前建立的粗糙圆柱表面粘着接触力学模型，对软硬材料微齿轮之间的粘着接触问题进行了研究，得出了表面力作用下微齿轮轮齿表面的接触状况，并提出了判定微齿轮粘着失效与减小轮齿表面粘着力的方法。
【关键词】：微齿轮 粘着接触 粗糙表面 JKR和DMT模型 圆柱表面
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41;TH-39
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 本文的研究背景及意义8-9
• 1.2 微齿轮国内外研究现状9-13
• 1.3 粘着接触力学国内外研究现状13-16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 2 粘着接触力学与粗糙表面接触模型18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 经典 Hertz 模型18-19
• 2.2.1 球体 Hertz 接触模型18-19
• 2.2.2 圆柱 Hertz 接触模型19
• 2.3 粘着接触模型19-24
• 2.3.1 JKR 模型19-20
• 2.3.2 DMT 模型20-22
• 2.3.3 M-D 模型22-23
• 2.3.4 二维 JKR 模型23
• 2.3.5 二维 M-D 模型23-24
• 2.4 粗糙接触理论24-27
• 2.4.1 粗糙表面特征24-25
• 2.4.2 GW 接触模型25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 软材料粗糙圆柱表面粘着接触分析28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 模型推导28-31
• 3.3 线弹性变形方程计算31-33
• 3.4 求解方程33-35
• 3.5 其余接触模型的无量纲化35-36
• 3.6 结果与分析36-47
• 3.6.1 表面等效压力分布36-40
• 3.6.2 表面粗糙度对粘着的影响40-43
• 3.6.3 表面弹性模量对粘着的影响43-45
• 3.6.4 圆柱半径对粘着的影响45-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 硬质材料粗糙圆柱表面粘着接触分析48-62
• 4.0 引言48
• 4.1 模型的推导48-50
• 4.2 方程的求解50
• 4.3 结果与分析50-60
• 4.3.1 表面等效压力分布50-53
• 4.3.2 表面粗糙度对粘着的影响分析53-55
• 4.3.3 表面弹性模量对粘着性能的影响55-58
• 4.3.4 圆柱半径对粘着性能的影响58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 微齿轮粘着接触分析62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 微齿轮的加工62-63
• 5.3 微齿轮啮合力分析63-64
• 5.4 微齿轮粘着接触分析64-73
• 5.4.1 软材料微齿轮粘着接触分析66-69
• 5.4.2 硬质材料微齿轮粘着接触分析69-73
• 5.5 本章小结73-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74
• 6.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-86
• 附录86
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录86
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：360169