鋁基復合材料斜齒輪與鋼制蝸

1、XX大學碩士研究生學位論文選題報告及論文工作計劃課 題名 稱 鋁基復合材料斜齒輪與鋼制蝸桿傳動嚙合特性分析與研究學 號 1234567 研 究 生 ZB 專業(yè)、年級 機械工程2011級 所在院、系 導 師 HHH 副教授 副 導 師 選 題 時間 2012年 11 月 8 日 XX大學研究生院2012年 11月 8 日一、立論依據(jù)課題來源、選題依據(jù)和背景情況、課題研究目的、理論意義和實際應(yīng)用價值 課題來源：自選課題。 選題依據(jù)和背景情況：齒輪傳動運用領(lǐng)域的日益廣泛，在各種領(lǐng)域中對于齒輪傳動的要求也愈來愈高。要求齒輪傳動在滿足穩(wěn)定性、承載能力、傳動效率等基本性能指標的基礎(chǔ)上，又能做到對傳動機構(gòu)的

2、重量和經(jīng)濟性能的最優(yōu)化。在航空航天工業(yè)領(lǐng)域，每一個小零件的輕量化對于航空航天技術(shù)的進步都有著積極的意義。在航空航天領(lǐng)域內(nèi)，大量的復合材料已投入使用，包括部分齒輪也已開始采用復合材料代替鋼制蝸桿以減輕整體重量。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)成本的降低，在不久的將來，這些復合材料也必將越來越多的由軍用走向民用。目前，汽車輕量化已經(jīng)是汽車工業(yè)的大勢所趨，大量復合材料已經(jīng)投入到汽車工業(yè)，尤其是鋁基復合材料在發(fā)動機活塞、剎車盤等零件上的使用已經(jīng)日臻成熟。然而，在傳遞動力的齒輪材料方面，鋁基復合材料的應(yīng)用還很少。本課題正是基于這樣一個背景下進行的研究。復合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方

3、法，在宏觀上組成具有新性能的材料。復合材料按基體材料的不同可以分為金屬基復合材料（MMCs）、陶瓷基復合材料和聚合物基復合材料。復合材料起源于20世紀5060年代航空、航天和國防等尖端技術(shù)領(lǐng)域，至今仍然是這些領(lǐng)域最富有研究千里的戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料，帶動著整個工業(yè)技術(shù)的進步。當下，許多性能優(yōu)良的復合材料在航空、航天、汽車、電子、建筑、醫(yī)療等方面應(yīng)用前景極為廣闊。目前，相比較于聚合物基復合材料，MMCs在齒輪上的研究應(yīng)用仍然很少，因此，研究MMCs齒輪對于齒輪傳動輕量化研究有著重要的意義。在眾多MMCs材料中，鋁基復合材料（Al MMCs）相比較其他MMCs材料而言，其相對價格低廉，因此，Al MMC

4、s材料應(yīng)用相對較為普遍。本課題研究中，我們將以Al MMCs材料齒輪為基本對象展開研究。Al MMCs齒輪與鋼制齒輪相比，其重量輕、工藝性好、傳動平穩(wěn)、噪聲小、無需潤滑。在新的制造技術(shù)發(fā)明以前，Al MMCs的加工困難。對于連續(xù)纖維增強體的金屬基復合材料，其各向異性明顯，切削加工過程中極易分層脫粘；對于顆粒增強Al MMCs，由于增強體本身就是磨料，導致磨削加工困難。隨著激光束加工等加工方法的興起，以及先進道具的發(fā)展，Al MMCs的加工障礙正一步步得到解決。目前，Al MMCs齒輪還可以由粉末冶金等諸多方法制備。齒輪的主要用處有兩個：一個是傳遞運動，另一個是傳遞動力。作為傳遞動力的齒輪來說，

5、其在傳遞過程中的傳遞效率、承載能力是我們關(guān)心的性能。在強調(diào)高速重載傳遞條件下，齒輪的壽命是我們所關(guān)心的。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效。齒面各點都有相對滑動，會產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此這不僅要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性。同時，也需要我們研究嚙合區(qū)的溫度場特性以及潤滑特性，分析該溫度場下齒輪材料是否仍然能滿足使用要求，以及在這些特性下齒輪的失效問題。目前工業(yè)上對于Al MMCs材料在齒輪上尚未大規(guī)模使用，國內(nèi)對于Al MMCs齒輪的嚙合特性研究也

6、極少。由于Al MMCS齒輪本身的特殊性，需要對其與鋼制蝸桿嚙合特性進行分析研究，以尋找其區(qū)別于鋼制齒輪的特殊性質(zhì)。本課題所研究的核心就是MMCs斜齒輪與鋼制蝸桿的嚙合特性問題。 課題研究目的對于Al MMCs斜齒輪與鋼制蝸桿的嚙合特性，包括表面接觸應(yīng)力分析、齒根靜強度限元分析、嚙合區(qū)溫度場特性等進行分析研究，為推廣Al MMCs斜齒輪的實際應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)，同時也為今后研究適合齒輪傳動的新型輕量化材料提供參考。 課題研究的理論意義：目前，Al MMCs已經(jīng)應(yīng)用到航空航天、汽車、電子封裝領(lǐng)域，汽車上的部分零件如發(fā)動機活塞、齒輪箱、剎車片以及自行車鏈齒輪等都已經(jīng)有鋁基復合材料產(chǎn)品。然而，鋁

7、基復合材料在齒輪上的應(yīng)用研究還十分稀少。Al MMCs齒輪和鋼制蝸桿的嚙合過程中，不止有一個物理場，是一個多物理場耦合的過程。包括機械場（運動軌跡），位移場（應(yīng)力應(yīng)變），溫度場等等。齒輪嚙合運動會產(chǎn)生熱，而熱反過來又影響材料屬性，潤滑油的粘性等。只有將這些物理場都考慮進去，才可能比較真實的反映真實嚙合過程的嚙合性能。將彈性潤滑理論應(yīng)用于鋁基復合材料料齒輪與鋼制蝸桿的嚙合研究，因彈流潤滑問題的求解涉及到彈性變形和流體動力潤滑之間的多物理量耦合作用的分析，計算難度較大。因而開展對Al MMCs斜齒輪與鋼制蝸桿嚙合特性的研究有著重要的理論意義。 課題的實際應(yīng)用價值：復合材料齒輪的設(shè)計尚未有非常系統(tǒng)的

8、研究，而參照金屬齒輪又會帶來較大的差異性。之前我們嘗試使用塑料和聚合物基復合材料斜齒輪與鋼制蝸桿嚙合，研究發(fā)現(xiàn)，雖然這些材料能在一定條件下實現(xiàn)良好的承載性能與潤滑性能，然而得到的結(jié)果并不是非常理想，不能完全取代鋼制材料，難以實現(xiàn)“以塑代鋼”的目標。在這樣的條件下，我們決定改變思路，不再拘泥于塑料材料或者聚合物基復合材料，不僅僅考慮輕量化的要求，更著重考慮性能上的取代。本課題的研究目的正是在于通過理論和實驗兩方面對復合材料斜齒輪在多物理場作用下的嚙合性能進行研究，分析得出特定參數(shù)對于嚙合特性特別是承載性能的影響，以便于為復合材料斜齒輪的工作運行參數(shù)的選取乃至其制造應(yīng)達到的技術(shù)要求起到一定的指導作

9、用。Al MMCs在不同載荷下的磨損與溫度聯(lián)系十分緊密，通常磨損率隨溫度的增加而增加，而且存在一個臨界溫度，在臨界溫度以前，Al MMCs基本處于輕微磨損階段，一旦過了臨界溫度，材料進入劇烈磨損階段，磨損率陡然上升，達到一個較高值。這是由于隨著溫度的增加，材料的硬度和強度都會改變。同時隨著載荷的增加，材料的臨界溫度也會隨之降低。在齒輪嚙合傳動中，溫度場、應(yīng)力場的改變都會影響材料的臨界溫度，因此，對于Al MMCs齒輪的多物理場下的嚙合特性研究顯得很有必要。在整個研究過程中，將充分利用傳統(tǒng)齒輪傳動的成熟理論與經(jīng)驗，以及其他復合材料齒輪嚙合特性研究，針對Al MMCs斜齒輪嚙合過程中摩擦的特點，并

10、應(yīng)用各種先進的數(shù)學工具與有限元分析軟件，模擬分析該嚙合摩擦過程，從理論上計算嚙合區(qū)的油膜形狀和壓力的分布，摩擦系數(shù)以及摩擦力分布和變化的規(guī)律。隨著Al MMCs強度和輕量化的優(yōu)勢越來越明顯，該材料齒輪將在傳動領(lǐng)域?qū)⒂兄絹碓綇V泛的應(yīng)用，對其與鋼制蝸桿嚙合過程中摩擦的研究與分析得到越拉越多的重視。對Al MMCs斜齒輪與鋼制蝸桿嚙合的摩擦學特性的研究正是為了給Al MMCs齒輪設(shè)計制造的技術(shù)標準提供更多的參考依據(jù)，這也就是該課題的實際運用價值。二、文獻綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；所閱文獻的查閱范圍及手段 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)：目前，國內(nèi)尚沒有人對于鋁基復合材料齒輪進行專門的研究，即使在國際

11、上，相關(guān)研究也很少。但由于他們屬于齒輪傳動和復合材料的摩擦。所以我查了這兩個方面的材料?？偨Y(jié)了如下。MMCs按增強方式，可分為連續(xù)纖維增強和非連續(xù)增強兩大類1。非連續(xù)增強MMCs是由短纖維、晶須、顆粒為增強物與金屬基體組成的復合材料。增強物在基體中隨機分布，其性能是各向同性的。非連續(xù)增強物的加入，明顯提高了金屬的耐磨、耐熱性能，提高了高溫力學性能、彈性模量，降低了熱膨脹系數(shù)等2。非連續(xù)增強MMCs制造方法簡便，制造成本低，適合于大批量生產(chǎn)，在汽車、電子、航空、儀表等工業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景3。美國學者Logsdon4等指出：MMCs發(fā)展的未來前景主要在于非長纖維增強，特別是碳化硅顆粒增強鋁基復合

12、材料。在MMCs中，由于鋁合金質(zhì)量輕，價格低，來源廣，所以鋁基復合材料最早受到人們的重視和利用?？盗⒅?、S.Basavalajappa6、JenniferL.Gorezyca-Cole7、張永振等8對于SiC顆粒增強鋁基復合材料干摩擦磨損影響因素進行了研究，提出了壓力、溫度等因素對于材料摩擦性能的影響。在鋼制蝸輪蝸桿傳動中，蝸輪輪齒的強度總低于蝸桿螺旋齒部分的強度，且蝸輪與蝸桿齒面間有較大的相對滑動，因而易產(chǎn)生膠合和磨損失效。在這一方面，天津大學的程福安9、大慶大學的龍慧10進行了系統(tǒng)研究。所以對于蝸輪與蝸桿材料除了要求足夠的強度，更重要的是具有良好的磨合和耐磨性能。隨著工程熱性塑料的出現(xiàn)，

13、在世界范圍內(nèi)，對于復合材料齒輪嚙合性能的研究受到了更多的關(guān)注。李磊11對于塑料齒輪與鋼制蝸桿傳動嚙合特性從溫度場、應(yīng)力場等方面進行了深入研究，這對于本課題的研究思路有著指導意義。楊麗平12、Ivan Krupka13、T.Almqvista14等人采用數(shù)值方法法對直齒圓柱齒輪傳動進行了彈流潤滑數(shù)值分析, 得出了沿齒廓各嚙合點的彈流壓力分布及最小油膜厚度, 為齒輪傳動的摩擦學設(shè)計提供了初步的理論依據(jù)。對于多物理場耦合分析，國內(nèi)也有類似的研究。其中成果較突出的有北方交通大學的丁群15建立的流場、熱場和應(yīng)力場三者耦合的系統(tǒng)模型。模型的新穎性在于將三場的耦合分為三個過程：先進行熱流場直接耦合分析求出換

14、熱邊界的對流系數(shù)，再進行流熱場間接耦合分析求出溫度場，最后進行熱應(yīng)力場的間接耦合分析求出熱應(yīng)力分布。傅云16關(guān)于復雜產(chǎn)品數(shù)字樣機多性能耦合分析與仿真的若干關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用中，關(guān)于多物理場耦合求解的本質(zhì)就是各物理場仿真模型之間的信息傳遞和交互和多物理場耦合求解的各種方法對本課題的啟發(fā)很大。符陽17在盤式制動器熱機耦合的數(shù)值仿真與分析中，建立了三維循環(huán)對稱有限元模型。利用非線性有限元多物理場方法，較真實地模擬了盤式制動器的制動過程，對本課題中對Al MMCs齒輪摩擦過程中的模擬有很大的啟發(fā)作用。王翔18、鄭正19等基于ANSYS對復合材料齒輪嚙合進行了建模分析，為本課題建模提供了參照。 閱文獻

15、的查閱范圍及手段：主要查閱ZHH圖書館和XX大學圖書館的館藏文獻，并利用計算機通過網(wǎng)絡(luò)檢索數(shù)字化期刊以及其它專業(yè)網(wǎng)站的共享資源。其中包括：（1） 萬方數(shù)據(jù)庫（2） 中國期刊網(wǎng)（3） Elsevier數(shù)據(jù)庫（4） Ei和Sci檢索（5） 維普數(shù)據(jù)庫（6） 超星電子書庫 參考文獻：1 趙玉濤，戴起勛，陳剛. 金屬基復合材料M. 北京：機械工業(yè)出版社，20072 張力. 復合材料齒輪M. 北京：清華大學出版社，20123 劉彥強, 樊建中, 桑吉梅和石力開. 粉末冶金法制備金屬基復合材料的研究及應(yīng)用J. 材料導報，2010 .124 Logsdon W.A.and Liaw P.K.:Tensile

16、. Fracture Toughness and Fatigue Crack Growth Rate Properties of Silicon Carbide Whisker and Particulate Reinforced Aluminum Metal Matrix Composites,Engineering Fracture Mechanics, 1986,Vol.24,No.5,737-7515 康立忠. SiC顆粒增強鋁基復合材料干摩擦磨損的研究D.上海：上海交通大學,20086 S.Basavarajappa et al. Influence of sliding speed

17、 on the dry sliding wear behaviour and the subsurface deformation on hybrid metal matrix composite.Wear,2007,262:10077 JenniferL.Gorczyca-Cole, JamesA.Sherwood, JulieChen. A friction model for thermostamping commingled glass-polypropylene woven fabric. Composites,2007,Vol38,pp:393-4068 張永振，邱明，上官寶等.

18、高速干摩擦條件下鋁基復合材料的摩擦磨損行為研究J. 摩擦學學報,2005,Vo25.4,pp:343-3479 程福安，孫海月，王樹人. 蝸輪齒面溫度的分布特征J. 天津大學學報，1996，Vol.29，pp：56-6010 龍慧，張廣輝，羅文軍. 旋轉(zhuǎn)齒輪瞬時接觸應(yīng)力和溫度的分析模擬J. 機械工程學報，2004，Vol. 40，pp：25-2911 李磊. 塑料蝸輪與鋼制蝸桿的嚙合性能研究D.上海：同濟大學,200712 楊麗平，高創(chuàng)寬，賈楓美. 齒面潤滑壓力和油膜厚度的數(shù)值分析J.太原理工大學學報.2002.513 Ivan Krupka ,Punit Kumar , Scott Bair

19、 ,M. M. Khonsari,Martin Hartl. The effect of load (pressure) for quantitative EHL film thickness. Tribol Lett ,2010,Vol37,pp:613-62214 T. Almqvista,R. Larssonb. Thermal transient rough EHL line contact simulations by aid of computational fluid dynamics. Tribology International,2008.515 丁群, 謝基龍. 基于三維

20、建模的制動盤溫度場和應(yīng)力場計算J. 鐵道學報,2004,Vo25.6,pp:34-3816 傅云.復雜產(chǎn)品數(shù)字樣機多性能耦合分析與仿真的若干關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用D.杭州：浙江大學，200817 符陽.盤式制動器熱機耦合的數(shù)值仿真與分析D.北京：煤炭科學研究總院，200718 王翔，黃威，李進. 基于ANSYS的復合材料齒輪的有限元分析J. 武漢大學學報，2012，Vo58. 3，pp：215-22019 鄭正，雷君相，羅宇舟. 基于ANSYS對塑料齒輪的結(jié)構(gòu)靜力學分析J. 制造業(yè)自動化，2010，Vo32.5,pp:163-16620 溫詩鑄, 黃平. 摩擦學原理M. 北京：清華大學出版社，2

21、00221 李特文. 齒輪嚙合原理M. 上海：上海科學技術(shù)出版社，198422 劉忠明,王長路,張元國等. 中國齒輪工業(yè)的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及2030年愿景J. 機械傳動，2011，Vo35.12,pp:1-623 周儲偉，楊衛(wèi)，方岱寧. 金屬基復合材料的強度與損傷分析J. 固體力學學報，2000，Vo21.2,pp:161-16524 歐陽求保，方浩，王文龍等. 鋁基復合材料的摩擦磨損機理的應(yīng)用研究J. 汽車工藝與材料. 2004.725 王亞冪.多場耦合系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用研究D.武漢：華中科學技術(shù)大學，200626 高雪官，辛一行，王統(tǒng). 齒形參數(shù)對齒輪摩擦學性能的影響分析.機械設(shè)計與研究J，19

22、94.327 N.Natarajan et al. Wear behaviour of A356/25SiCp aluminium matrix composites sliding against automobile friction material.Wear,2006,261:81228 D. P. Myriounis, S. T. Hasan , T. E. Matikas. Microdeformation behaviour of AlSiC metal matrixcomposites, Composite Interfaces, 15:5, 495-51429 Tian Ta

23、ng, M.F. Horstemeyer, Paul Wang. Micromechanical analysis of thermoelastoplastic behavior of metal matrix composites, International Journal of Engineering Science, 51(2012), pp: 161-167.30 G. Minak, L. Ceschini, I. Boromei et al. Fatigue properties of friction stir welded particulate reinforced alum

24、inium matrix composites, International Journal of Fatigue, 32 (2010) 21822631 S. Dharmalingam, R. Subramanian and K. Somasundara Vinoth. Analysis of Dry Sliding Friction and Wear Behavior of Aluminum-Alumina Composites using Taguchis Techniques, Journal of Composite Materials, Vol. 44, No. 18/201032

25、 Y.Q. Wang, J.I. Song. Temperature effects on the dry sliding wear of Al2O3f/SiCp/Al MMCs with different fiber orientations and hybrid ratios, Wear 270 (2011) 49950533 A. Rutecka, Z. L. Kowalewski, K. Pietrzak. Damage development of Al/SiC metal matrix composite under fatigue, creep and monotonic lo

26、ading conditions, Procedia Engineering 10 (2011) 1420142534 Chunlin He, Qi Zhou, Jiangtao Liu et al. Effect of size of reinforcement on thickness of anodized coatings on SiC/Al matrix composites, Materials Letters 62 (2008) 2441244335 B.-R. Hohn, K. Michaelis, O. Kreil. Influence of surface roughnes

27、s on pressure distribution and film thickness in EHL-contacts. Tribology International,2006.236 Saeed M. 有限元分析ANSYS理論與應(yīng)用M.2版. 王崧，董春敏，金云平，譯. 北京：電子工業(yè)出版社，200537 機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊（單行本）齒輪傳動M. 北京：機械工業(yè)出版社,2007三、研究內(nèi)容1學術(shù)構(gòu)想與思路、主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 學術(shù)構(gòu)想與思路及主要研究內(nèi)容：本課題主要包括兩部分內(nèi)容：理論分析和計算機仿真模擬。首先基于Al MMCs斜齒輪與鋼制蝸桿嚙合的嚙合模型

28、，參照復合材料摩擦學的理論，對其嚙合摩擦學特性進行分析。應(yīng)用彈性流體動力潤滑理論，運用數(shù)值解法，得到彈流潤滑油膜壓力與膜厚的分布規(guī)律；其次考慮影響油膜厚度的因素，找到這些因素與油膜厚度的關(guān)系。油膜厚度是影響摩擦因數(shù)的重要因素，油膜厚度的分布確定之后可以計算出摩擦因子；然后根據(jù)上述的計算結(jié)果得出摩擦力的分布，推斷出齒輪的磨損的分布和狀態(tài)；最后針對齒輪和鋼制蝸桿的嚙合進行多物理場耦合有限元分析，找出速度、載荷、潤滑條件等對鋁基復合材料齒輪摩擦特性的影響規(guī)律。對其的摩擦的理論分析和計算機仿真，為對齒輪失效進行預(yù)測并為其如何有效減少齒輪的磨損提供理論依據(jù)。在研究內(nèi)容的選定的過程中，主要是圍繞嚙合過程中

29、的嚙合性能進行分析研究。其中包括：1.MMCs的摩擦理論關(guān)于復合材料斜齒輪與鋼制蝸桿的的摩擦學特性的研究，目前國內(nèi)外的研究已有一定成就，但針對MMCs齒輪的摩擦研究并沒有成型。因此，可以參考鋼制蝸桿蝸輪嚙合模型進行建模，同時用鋁基復合材料的干摩擦研究案例對本文的摩擦研究進行指導。2.建立計算嚙合區(qū)油膜厚度數(shù)學模型齒輪傳動系統(tǒng)的效率和壽命,很大程度上取決于齒輪傳動的潤滑性能。近40年來,彈性流體動力潤滑理論日趨成熟,應(yīng)用此理論建立鋁基復合材料齒輪和鋼制蝸桿嚙合的彈性流體動力潤滑的數(shù)學模型，運用數(shù)值法，獲得彈流潤滑油膜壓力及形狀的分布狀態(tài)。分析油膜厚度與速度和載荷的關(guān)系。3. Al MMCs斜齒輪

30、和鋼制蝸桿嚙合區(qū)的摩擦系數(shù)的計算對于鋼制齒輪而言，由于材料的影響, 鋼制齒輪嚙合接觸的變形大,導致齒輪的膜厚沿嚙合線的變化很不規(guī)則，考慮油膜厚度對摩擦系數(shù)的影響，計算出彈流條件下斜齒輪和鋼制蝸桿嚙合的摩擦系數(shù)。找出油膜形狀分布與摩擦系數(shù)的關(guān)系。參考鋼材料彈流潤滑問題解決思路，充分考慮Al MMCs材料特殊性，研究其油潤滑下的油膜形狀與摩擦系數(shù)關(guān)系。4.探討Al MMCs斜齒輪嚙合過程中摩擦對齒輪失效的影響對SiC鋁基復合材料齒輪的摩擦、磨損與潤滑機理作深入、系統(tǒng)的研究。找出油膜厚度，摩擦系數(shù)，摩擦力三者的關(guān)系以及如何影響鋁基復合材料齒輪的應(yīng)力，應(yīng)變，溫度和齒輪的磨損。5.鋁基復合材料齒輪摩擦的

31、多物理場耦合有限元分析多物理場耦合求解的本質(zhì)就是各物理場仿真模型之間的信息傳遞和交互。齒輪的嚙合過程包括多個物理場相關(guān)，如應(yīng)力場、溫度場等，在進行Al MMCs斜齒輪性能分析時需要綜合考慮多物理場的耦合作用。 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)：1.應(yīng)用彈性流體動壓潤滑理論對Al MMCs斜齒輪嚙合中油膜的形狀和壓力大小進行計算。2.摩擦力的計算以及摩擦力在嚙合過程中的分布與變化的規(guī)律。3.根據(jù)多物理場耦合理論，對鋁基復合材料齒輪的嚙合過程進行計算機仿真，分析和研究其嚙合過程中的摩擦學特性。2擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析 研究方法：課題實施過程中，應(yīng)用理論分析和計算機仿真對Al MMCs斜齒

32、輪與鋼制蝸桿嚙合過程的摩擦學特性進行研究。采用彈性流體動壓潤滑理論對Al MMCs斜齒輪嚙合過程中的油膜形狀和壓力分布進行計算，得到潤滑油油膜形狀與壓力的分布以及油膜厚度與齒輪承載能力之間的關(guān)系。根據(jù)摩擦學理論與多物理場耦合的分析，得出摩擦系數(shù)與齒輪嚙合區(qū)應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系以及油膜厚度對摩擦系數(shù)的影響。通過計算摩擦力的大小與方向以及上述計算的結(jié)果，得到了油膜壓力和形狀分布規(guī)律與Al MMCs斜齒輪應(yīng)力應(yīng)變、溫升和磨損的關(guān)系。通過對Al MMCs斜齒輪嚙合過程的多物理場耦合計算機仿真，得出齒輪應(yīng)力應(yīng)變、溫升和磨損與Al MMCs斜齒輪潤滑油油膜形狀和壓力分布的關(guān)系，對計算機仿真模擬結(jié)果進行分析，

33、對齒輪的失效進行預(yù)測并探討如何減少齒輪因摩擦而產(chǎn)生的失效。 技術(shù)路線及實施方案：1.查閱齒輪摩擦、有限元、材料、傳熱學等書籍，學習相關(guān)知識。尤其是Al MMCs的摩擦理論，掌握彈性流體動壓潤滑理論，為油膜厚度的計算打下基礎(chǔ)。2.建立Al MMCs斜齒輪和鋼制蝸桿嚙合的彈性流體動力潤滑的數(shù)學模型，運用數(shù)值法，獲得彈流潤滑油膜壓力及形狀的分布狀態(tài)。分析油膜厚度與速度和載荷的關(guān)系。3.建立Al MMCs斜齒輪嚙合區(qū)的摩擦學模型。通過油膜厚度的計算，根據(jù)摩擦學理論進行摩擦系數(shù)的計算。4. 根據(jù)以上的結(jié)果進行分析，找出油膜厚度、摩擦系數(shù)、摩擦力三者的關(guān)系以及如何影響Al MMCs斜齒輪的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和齒輪的磨損。5.綜合考慮應(yīng)力場、溫度場的因素，建立Al MMCs斜齒輪摩擦的多物理場模型。分析在多物理場下，Al MMCs斜齒輪的摩擦和磨損。6.綜合以上研究結(jié)果，初步了解Al MMCs斜齒輪嚙合中的摩擦學特性，為后續(xù)對Al MMCs