齿轮作为通用性传动零件,其加工精度和质量对机械传动的可靠性、稳定性至关重要,为了实现更强的齿面润滑效果,提高齿轮抗胶合、磨损能力,齿面构形设计一直以来都被广泛关注,本文依托于国家自然科学基金项目“面向跨尺度自润滑齿轮的齿面构形设计及接触承载特性研究”,开展齿轮表面微织构设计及力学特性研究。本文以表面微织构设计形式的多样性、无规则性为主要研究目标,提出基于分形理论的齿面构形设计,开展齿面分形织构理论模型研究;通过借助于分形维数为依据的分形织构评价准则,考虑分形维数的齿面接触承载模型、法向阻尼模型和法向刚度模型,实现对齿轮表面的分形织构设计;利用MATLAB仿真发现,分形维数在1.5左右时,齿面具有最强的承载能力,在分形维数为1.65左右时,齿面具有较好的阻尼效果,另外,通过仿真分析发现分形维数在1.5时,法向刚度能够达到最大值。由此可知,齿轮分形织构设计时,应选择分形维数在1.5左右的分形织构模型,此区域的分形织构能够实现较好的齿轮力学特性;为了分析分形维数与粗糙度的联系,利用SEM电镜对7组机加工样块观察发现,分形维数能够较好的表征中低加工表面的形貌特征;并且在相同粗糙度数值下,分形维数依然能够区分表面轮廓的复杂程度;为了检验分形织构的润滑效果,最后通过数值仿真的方式,对分形织构和常规织构进行对比分析,结果表明分形织构比常规织构具有更好的流体动压润滑效果,并且分形织构的一级尺寸越大,动压润滑效果越明显,因此,结合齿面的实际油膜分布区域对一级尺寸进行合理设计,能够实现齿面最佳的润滑效果。本文从分形角度研究齿面构形设计,将分形图形的数学模型应用于齿面构形设计,建立基于分形维数为准则的齿面构形新思路,并且以齿轮为模型进行齿面分形织构设计,为分形图形应用于微织构设计提供了设计方案,也为其他机械表面的润滑设计,提供理论借鉴和方案参考。