课题名称铝基复合材料斜齿轮与钢制蜗杆传动啮合特性分析与研究一、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...
