铝基复合材料斜齿轮与钢制蜗.pdfVIP

2012 年 11 月 8 日 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 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 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 1 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 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（Al MMCs）相比较其他 MMCs 材料而言，其相对价格低廉，因此 Al MMCs 材料应用相对较 为普遍。本课题研究中，我们将以Al MMCs 材料齿轮为基本对象展开 研究。 Al MMCs 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 Al MMCs 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 Al MMCs ，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 道具的发展 Al MMCs 的加工障碍正一步步得到解决。目前 Al MMCs 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 2 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 Al MMCs 材料在齿轮上尚未大规模使用，国内对于 Al MMCs 齿轮的啮合特性 研究也极少。 3