線接觸高副機(jī)構(gòu)摩擦學(xué)設(shè)計與分析.pdf

1、控制摩擦、減少磨損、改善潤滑性能以及合理發(fā)揮材料的潛能等摩擦學(xué)研究在工程中具有重要意義。線接觸高副機(jī)構(gòu)由于接觸區(qū)小、接觸應(yīng)力大等原因，其摩擦、磨損和潤滑等問題一直被廣大科研工作者所重視，國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的研究取得不少成果。但線接觸高副機(jī)構(gòu)的摩擦學(xué)研究很不平衡，目前在工程應(yīng)用方面的研究主要集中在輪軌接觸、滾動軸承和齒輪接觸，而凸輪等線接觸高副機(jī)構(gòu)的摩擦學(xué)研究相對較少，對于機(jī)構(gòu)摩擦接觸的安定分析研究則更少。
　　 本文基于摩擦學(xué)基礎(chǔ)

2、理論的研究成果，結(jié)合常見的凸輪、齒輪等線接觸高副機(jī)構(gòu)的工作原理及其接觸模型，利用接觸疲勞、彈流潤滑、磨損預(yù)測等摩擦學(xué)的基本原理和方法，對齒輪和凸輪等線接觸高副機(jī)構(gòu)的摩擦學(xué)設(shè)計和分析方法進(jìn)行深入地探討。同時基于彈塑性力學(xué)的安定極限分析模型，對齒輪接觸的塑性變形失效準(zhǔn)則進(jìn)行探討。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　　 1.齒輪嚙合過程中，齒面間存在一定的相對滑動。齒面間的滑動摩擦力對齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算有影響，引入摩擦效應(yīng)因數(shù)，得到考慮齒

3、間滑動摩擦的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算模型。計算結(jié)果表明，齒間滑動摩擦對齒面接觸疲勞強(qiáng)度的影響隨潤滑狀況發(fā)生變化，一般可達(dá)6％。設(shè)計過程中為保證可靠的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，可適當(dāng)加大齒面接觸疲勞的許用安全系數(shù)，或直接采用本文推導(dǎo)的校核模型計算。
　　 2.直動滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)容易出現(xiàn)疲勞點蝕和磨損失效，須校核凸輪的接觸應(yīng)力。凸輪的壓力角和凸輪實際廓線曲率半徑是凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)，且凸輪壓力角和凸輪廓線曲率半徑的計算需多次對運動規(guī)律方程求導(dǎo)。給

4、出凸輪接觸應(yīng)力計算模型和基于MATLAB的相應(yīng)計算程序，可滿足工程實際對凸輪接觸應(yīng)力的計算要求。
　　 3.基于凸輪的接觸強(qiáng)度條件，結(jié)合凸輪的傳動條件，討論了接觸應(yīng)力、許用壓力角、基圓半徑以及偏心距等之間的關(guān)系，給出滿足接觸強(qiáng)度條件的直動滾子凸輪設(shè)計模型。
　　 4.通過計算直動滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)最小油膜厚度和膜厚比，可判別凸輪機(jī)構(gòu)的潤滑狀態(tài)，從而可判斷凸輪出現(xiàn)磨損的可能性。凸輪潤滑涉及接觸表面粗糙度、潤滑油和凸輪材料性能

5、、凸輪傳動系統(tǒng)的運動規(guī)律和凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)等諸多因素，且各因素在凸輪運轉(zhuǎn)過程中不斷變化，通過逐點分布計算的方法將凸輪廓線上的動態(tài)潤滑轉(zhuǎn)化成準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)問題。給出MATLAB編制凸輪最小油膜的計算程序，可得凸輪最小油膜厚度隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的情況，從而判斷凸輪廓線各點的潤滑狀態(tài)。
　　 5.基于平底盤形凸輪彈流潤滑理論的最小油膜厚度計算模型，討論了凸輪廓線最小曲率半徑、基圓半徑、從動件運動規(guī)律和最小油膜厚度之間的關(guān)系，給出基于彈流潤骨理論的平底

6、直動盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計模型，該模型可按照給定的凸輪潤滑狀態(tài)確定最優(yōu)的凸輪基圓半徑。算例表明，可通過合理選擇最佳的凸輪基圓半徑和輪廓形狀、或選用合理的潤滑油和添加劑、或以最經(jīng)濟(jì)的加工方法改善凸輪和從動件的表面質(zhì)量等措施玫善凸輪潤滑效果。
　　 6.針對粘著磨損是平底直動盤形凸輪的主要失效形式之一，考慮潤滑狀況對凸輪窘損的影響，基于彈流潤滑理論給出凸輪潤滑的膜厚比，建立膜厚比與粘著磨損系數(shù)關(guān)系的簡化模型，從而給出平底凸輪粘著磨損與彈