1 前言

  螺旋傘齒輪工業(yè)歷經(jīng)了10多年的高速發(fā)展，在承繼“十五"、開啟“十一五”之際,以歐、美、日等齒輪強國為參照系,從產(chǎn)品、市場、技術(shù)、管理等多個角度梳理螺旋傘齒輪工業(yè),審視存在的差距,取得了很大的進(jìn)步。但目前中低檔的齒輪在國內(nèi)都能生產(chǎn)，的齒輪多依靠進(jìn)口，齒輪國產(chǎn)化的呼聲愈來愈強。我公司于2010年引進(jìn)世界先進(jìn)奧利康切齒線，力爭做國內(nèi)螺旋傘齒輪的領(lǐng)頭羊。

2 市場需求

459系列齒輪為某公司客車橋和公交車橋用齒輪，隨著人們生活水平的不斷提高，客戶對客車和公交車的舒適度、承載能力要求越來越高，橋廠對主減的要求也愈加嚴(yán)格，作為橋用主減的關(guān)鍵零部件“主被動螺傘齒輪”成為各橋廠關(guān)注的重點，無論對齒輪噪音還是齒輪強度都有了更高的要求，受以往國產(chǎn)齒輪品質(zhì)的影響，該系列齒輪大多依靠進(jìn)口。某客車廠一年光進(jìn)口該系列的齒輪及橋就高達(dá)6000多套。但居高不下的價格成為各橋廠降低企業(yè)成本的瓶頸，面對市場的呼聲，我公司與車橋公司聯(lián)合，自主開發(fā)該系列齒輪來替代進(jìn)口產(chǎn)品，希望既能夠降低橋廠企業(yè)成本又可以增加我公司銷售收入的雙贏篇章。

3 設(shè)計研發(fā)

3.1齒制選擇

齒輪的加工工藝一般為磨齒工藝和研齒工藝，也有少許磨齒后再研齒的工藝。目前國內(nèi)齒輪大多采用的磨齒工藝，這是由于銑齒工藝加工出的齒坯等級不高，熱處理后變形大得不到的修正導(dǎo)致熱處理后的齒輪產(chǎn)品齒距等級誤差大，只能通過磨齒工藝精磨來修正銑齒的加工誤差和熱處理的變形量，此方法雖然可以提高齒輪的精度等級，但是由于熱處理變形的存在，磨齒磨量難以控制，會導(dǎo)致齒面滲碳層的不均勻、一致性差，在使用壽命和強度方面不如研齒工藝。且采用等高齒研齒工藝更有優(yōu)勢。

（1）兩刀法加工等高齒較兩刀法加工漸縮齒在理論設(shè)計時其接觸印跡很容易就達(dá)到優(yōu)。

（2）等高齒和漸縮齒對比：

漸縮齒采用單分度方法切削，特別是采用傳統(tǒng)的五刀法加工，受機床傳動誤差的影響，在銑齒的齒距等級方面很難確保高精尖，銑齒時齒距誤差等級一般要求≤DIN7級。而等高齒采用連續(xù)滾切的方法，切齒工序很容易就可保證齒輪精度在4級以內(nèi)。

（3）目前，國外的齒輪公司的METTIER 美馳、AAM。的DAIMLERCHRSLER、JOHNDEERE，等等公司都采用等高齒。一汽、二汽、上汽新上的齒輪項目也同樣都用等高齒。

終確定采用等高齒加工工藝。

3.2采用閉環(huán)加工系統(tǒng)

并且我公司從齒輪設(shè)計、切齒、測量、磨刀、裝刀、熱處理等整個制造環(huán)節(jié)連網(wǎng)，并實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)自動傳輸和反饋調(diào)整，使齒輪樣件達(dá)到理論設(shè)計要求。實現(xiàn)三個閉環(huán)系統(tǒng)，大大減少了人為操作誤差，的保證了齒距誤差等級而且穩(wěn)定性也非常高，漸縮齒銑齒等級一般為6 、7級左右，但是等高齒的銑齒等級一般為 4級以內(nèi)，為研齒的精度等級提供了可靠的前期保證；

3.3熱處理、熱處理后形貌圖反調(diào)及切齒預(yù)補償?shù)膽?yīng)用：

熱處理變形一直是齒輪加工中影響齒輪精度及后續(xù)加工重要因素，如何將變形控制到小，變形穩(wěn)定是獲得高精度齒輪的關(guān)鍵，我公司通過調(diào)整熱處理滲碳溫度、淬火溫度來減少熱處理的變形，對被動齒輪采用壓淬工藝，通過對材料淬透性、帶狀組織等影響齒輪變形因素的分析選擇及調(diào)整壓淬工藝參數(shù)，使熱處理變形（內(nèi)孔橢圓度，大平面度）控制在小的范圍內(nèi)。而螺旋角在熱處理中往往會變小使終齒輪接觸區(qū)發(fā)生變化，偏離設(shè)計要求。為此我們利用齒輪測量中心與設(shè)計軟件聯(lián)網(wǎng)，通過對大量實際數(shù)據(jù)取平均值計算，對齒輪在銑齒時進(jìn)行了熱處理的預(yù)補償，使熱處理后的齒輪齒形、齒貌與理論設(shè)計基本接近。從而保證了產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。

3.4齒形設(shè)計

 此459系列齒輪，客戶要求大輸出扭矩為46000N*m，傳統(tǒng)的漸縮齒在該條件下，常由于熱處理深層掌握和磨齒磨量控制不穩(wěn)定導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)打齒早磨等系列問題，相對于傳統(tǒng)的漸縮齒，等高齒在強度、噪音方面都有很大的優(yōu)越性，此次我公司計劃用等高齒來上述問題；

  ，對進(jìn)口的齒輪我們進(jìn)行了配對印跡的檢測和齒輪精度的檢測，并做好記錄，作為我們后續(xù)加工的一個標(biāo)桿。

3.4 材質(zhì)的選擇

材質(zhì)方面我們還是選擇了國內(nèi)目前的齒輪用鋼22CrMoH，而國外齒輪的材質(zhì)與20CrNi3為接近，其鋼材的淬透性、滲碳性能、熱處理的變形量都要優(yōu)于22CrMoH，我們通過對鋼材廠家進(jìn)行指定，并根據(jù)以往經(jīng)驗，考慮到材料的干切性能及熱處理性能，與鋼廠簽訂相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5工藝流程

  該產(chǎn)品的工藝流程為：粗車齒坯——精車齒坯——銑齒——熱處理——研齒——配對。

4.1齒輪精度檢測

  主要是主被動齒輪的齒距精度等級及齒厚變動量的檢測；

齒厚變動量：反應(yīng)齒輪齒的大與小齒厚的差異。我公司目前重型產(chǎn)品齒厚變動量要求≤0.10mm。如果熱處理壓淬工藝不成熟會導(dǎo)致該數(shù)值很大，產(chǎn)生大量廢品；如果齒厚變動量很大，在裝配中主要反映在一邊齒側(cè)間隙合格，另一邊間隙過小甚至咬死。

大齒距累積誤差（累積圓周齒距誤差）命名為齒距累積誤差 Fp：

它沒有正負(fù)符號，由大值和小值的差而得出。

如果該數(shù)值超差，常會體現(xiàn)在齒輪接觸印跡游離，噪音高。

無論在齒距等級還是齒厚變動量方面，我公司的產(chǎn)品均能達(dá)到進(jìn)面優(yōu)于進(jìn)口齒輪。

4.2接觸區(qū)及噪音檢測

  接觸區(qū)是衡量螺旋傘齒輪傳動質(zhì)量的綜合指標(biāo)，如果在加工制造和裝配中造成接觸區(qū)大小、形狀和位置的偏差，將使載荷集中在齒的大端或小頭，也可能集中在齒頂和齒根處，這就引起局部應(yīng)力集中，造成齒輪早期磨損或斷齒。因此，對“接觸區(qū)”的形狀、位置，接觸的長短和寬窄都有嚴(yán)格要求，它直接關(guān)系到齒輪副在工作時的工作平穩(wěn)性以及噪聲的高低。

對于傳動重負(fù)荷的螺旋傘齒輪，考慮到受力后齒輪和箱體的變形使“接觸區(qū)”產(chǎn)生偏移，等高齒正車面接觸區(qū)位于中間偏小端，反車面接觸區(qū)位置位于中間偏大端。

我公司的接觸區(qū)印跡與進(jìn)口產(chǎn)品的接觸區(qū)印跡，大小、形狀和位置一致。

現(xiàn)場使用分貝儀測量齒輪副嚙合時噪音為76分貝。

4.3 T60檢測機檢測

T60是一種用于螺旋錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪熱處理前后滾動檢查的數(shù)控機床?？捎脕頇z測不同于正常安裝距離上齒輪的運轉(zhuǎn)性能。這主要用來檢測對軸偏置距比較敏感的齒輪，也就是，對殼體變形敏感的齒輪。特別對于研磨過的齒輪，T60可以連續(xù)的尋找小輪的安裝距，找到佳的運行平穩(wěn)的小輪安裝距。

將研齒后的齒輪副在設(shè)備T60檢測該齒輪副的傳動誤差即TE值，通過觀察1-4階數(shù)據(jù)，可以分析該齒輪副的傳動的平穩(wěn)性。從第6列看出1-4列的TE值程遞減趨勢且階誤差≤30，說明該齒輪副傳動沒有問題，平穩(wěn)性好。

4.4理化性能檢測

  理化檢測在滲層深度、齒輪內(nèi)部和心部的硬度均符合工藝要求，詳見報告。

   將該樣件發(fā)往客戶跟蹤安裝進(jìn)行橋架試驗，橋架試驗的輸入扭矩為13945 N*m，橋架試驗終達(dá)到80萬次，齒輪沒有損壞，獲得了客戶的認(rèn)可。

 

  整車噪音在78分貝以下，經(jīng)路試5000公里無故障。運行平穩(wěn)，滿足高擋客車所要求的平穩(wěn)性和舒適性。主機廠認(rèn)為能替代美馳進(jìn)口齒輪。

根據(jù)上述指標(biāo)的測試，終決定用我公司的該系列等高齒替代美馳進(jìn)口齒輪。目前我公司已開發(fā)459系列五種速比i4.3；i4.1；3.42；i3.21；i3.087；批量為主機廠供貨。

產(chǎn)品價格：進(jìn)口一套459美馳齒輪約需8400元，而我公司生產(chǎn)一套匯59齒輪僅為3200元。大大降低了成本，并為國家節(jié)省了大量的外匯。

（1）該系列齒輪的關(guān)鍵在于齒形的設(shè)計（采用等高齒）和熱處理工藝，齒形的設(shè)計保證了在大扭矩輸出的情況下，不會出現(xiàn)齒輪折斷、點蝕、膠合等現(xiàn)象。在齒輪精度、噪音、噪音、接觸印跡達(dá)到了進(jìn)口齒輪的水平。

（2）在成本方面，我公司依靠成熟的熱處理工藝，用22CrMoH材質(zhì)替代了進(jìn)口20CrNi3材質(zhì)，目前22CrMoH鋼材市場價為6100元/噸，20CrNi3鋼材市場價為15500元/噸，大大降低了該齒輪的制造成本；同時也為橋廠降低了很大的成本，進(jìn)口該橋每支價格在34000元左右而國產(chǎn)化后該橋價格多25000元左右。

（3）459系列齒輪經(jīng)過合理的設(shè)計和技術(shù)工藝的保證，其性能與進(jìn)口齒輪基本相同，經(jīng)過市場認(rèn)證，得到了市場的認(rèn)可。

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