粗糙齿面微观形貌凹凸不平的特点使得实际参与接触的区域为分散于其中的较高微凸体,因此光滑表面的名义接触面积远大于真实的接触面积,这导致名义接触应力远小于真实的接触应力,进而影响齿面表层摩擦、磨损及亚表层的疲劳失效。有必要建立一种微凸体接触模型,通过材料特性、形貌特征及接触载荷等预测接触表面的实际接触面积。本文以标准直齿圆柱齿轮的粗糙齿面为研究对象,基于光学测量获得微观齿面参数构建几何模型,开展三微凸体与多微凸体弹塑性接触模型理论计算和有限元接触分析(三微凸体是指一个长方体基体上面,同一方向分布着三个旋转抛物体。多微凸体是指一个长方体基体上面分布着三个以上的旋转抛物体)。探讨微凸体几何参数与分布参数对接触特性的影响,为齿面精确设计提供一定的理论依据。主要研究内容有:(1)齿轮表面微观形貌参数与三微凸体接触模型。利用Wyko NT9100光学轮廓仪测量轮齿切片的表面微观形貌,高频滤波滤去测量噪声,计算形貌参数。根据微观形貌与微凸体的高度分布特点,构建4种三微凸体接触模型,分别为LHH、HLH、LLH和LHL,推导三微凸体弹塑性接触理论模型。(2)考虑塑性的三微凸体有限元接触分析。将三微凸体接触模型分两类进行有限元分析,第一类是三个微凸体的高度不同但间距相同,第二类是三个微凸体的高度相同但间距不同。结果显示位移载荷较小时,理论模型与有限元计算结果比较一致。参数分析表明,间距相等时微凸体的分布位置会影响到局部应力,但对总接触载荷与接触面积影响不大;随着间距的增加,微凸体之间的相互影响会变小,间距足够大时,三个微凸体的相互影响趋向于零。(3)多微凸体弹塑性接触模型。推导出高度符合高斯分布的粗糙齿面多微凸体弹塑性接触理论模型。基于轮齿切片实验测得的粗糙齿面参数,构建了两类多微凸体接触模型。第一类是样本数相同而密度不同的5×5多微凸体接触模型,第二类是密度相同而样本数不同的5×5、6×6和7×7多微凸体接触模型。(4)考虑塑性的多微凸体有限元接触分析。对两类多微凸体接触模型进行有限元分析,从多微凸体的接触表面Von Mises应力、法向Von Mises应力、接触载荷与面积四个方面进行探讨与研究。结果表明,不同样本数的多微凸体参数分析结论基本一致,该结论在粗糙齿面小区域内具有一定的适应性。