铝基复合材料斜齿轮与钢制蜗分析研究 机械制造专业开题报告VIP专享VIP免费

一、立论依据课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值课题来源：自选课题。选题依据和背景情况：齿轮传动运用领域的日益广泛，在各种领域中对于齿轮传动的要求也愈来愈高。要求齿轮传动在满足稳定性、承载能力、传动效率等基本性能指标的基础上，又能做到对传动机构的重量和经济性能的最优化。在航空航天工业领域，每一个小零件的轻量化对于航空航天技术的进步都有着积极的意义。在航空航天领域内，大量的复合材料已投入使用，包括部分齿轮也已开始采用复合材料代替钢制蜗杆以减轻整体重量。随着科学技术的发展，生产成本的降低，在不久的将来，这些复合材料也必将越来越多的由军用走向民用。目前，汽车轻量化已经是汽车工业的大势所趋，大量复合材料已经投入到汽车工业，尤其是铝基复合材料在发动机活塞、刹车盘等零件上的使用已经日臻成熟。然而，在传递动力的齿轮材料方面，铝基复合材料的应用还很少。本课题正是基于这样一个背景下进行的研究。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。复合材料按基体材料的不同可以分为金属基复合材料（MMCs）、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料。复合材料起源于20世纪50~60年代航空、航天和国防等尖端技术领域，至今仍然是这些领域最富有研究千里的战略性结构材料，带动着整个工业技术的进步。当下，许多性能优良的复合材料在航空、航天、汽车、电子、建筑、医疗等方面应用前景极为广阔。目前，相比较于聚合物基复合材料，MMCs在齿轮上的研究应用仍然很少，因此，研究MMCs齿轮对于齿轮传动轻量化研究有着重要的意义。在众多MMCs材料中，铝基复合材料（AlMMCs）相比较其他MMCs材料而言，其相对价格低廉，因此，AlMMCs材料应用相对较为普遍。本课题研究中，我们将以AlMMCs材料齿轮为基本对象展开研究。AlMMCs齿轮与钢制齿轮相比，其重量轻、工艺性好、传动平稳、噪声小、无需润滑。在新的制造技术发明以前，AlMMCs的加工困难。对于连续纤维增强体的金属基复合材料，其各向异性明显，切削加工过程中极易分层脱粘；对于颗粒增强AlMMCs，由于增强体本身就是磨料，导致磨削加工困难。随着激光束加工等加工方法的兴起，以及先进道具的发展，AlMMCs的加工障碍正一步步得到解决。目前，AlMMCs齿轮还可以由粉末冶金等诸多方法制备。齿轮的主要用处有两个：一个是传递运动，另一个是传递动力。作为传递动力的齿轮来说，其在传递过程中的传递效率、承载能力是我们关心的性能。在强调高速重载传递条件下，齿轮的寿命是我们所关心的。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此这不仅要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性。同时，也需要我们研究啮合区的温度场特性以及润滑特性，分析该温度场下齿轮材料是否仍然能满足使用要求，以及在这些特性下齿轮的失效问题。目前工业上对于AlMMCs材料在齿轮上尚未大规模使用，国内对于AlMMCs齿轮的啮合特性研究也极少。由于AlMMCS齿轮本身的特殊性，需要对其与钢制蜗杆啮合特性进行分析研究，以寻找其区别于钢制齿轮的特殊性质。本课题所研究的核心就是MMCs斜齿轮与钢制蜗杆的啮合特性问题。课题研究目的对于AlMMCs斜齿轮与钢制蜗杆的啮合特性，包括表面接触应力分析、齿根静强度限元分析、啮合区温度场特性等进行分析研究，为推广AlMMCs斜齿轮的实际应用提供一定的理论依据，同时也为今后研究适合齿轮传动的新型轻量化材料提供参考。课题研究的理论意义：目前，AlMMCs已经应用到航空航天、汽车、电子封装领域，汽车上的部分零件如发动机活塞、齿轮箱、刹车片以及自行车链齿轮等都已经有铝基复合材料产品。然而，铝基复合材料在齿轮上的应用研究还十分稀少。AlMMCs齿轮和钢制蜗杆的啮合过程中，不止有一个物理场，是一个多物理场耦合的过程。包括机械场（运动轨迹），位移场（应力应变），温度场等等。齿轮啮合运动会产...