1 前言

  螺旋傘齒輪工業歷經了10多年的高速發展，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,從產品、市場、技術、管理等多個角度梳理螺旋傘齒輪工業,審視存在的差距,取得了很大的進步。但目前中低檔的齒輪在國內都能生產，的齒輪多依靠進口，齒輪國產化的呼聲愈來愈強。我公司于2010年引進世界先進奧利康切齒線，力爭做國內螺旋傘齒輪的領頭羊。

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格，作為橋用主減的關鍵零部件“主被動螺傘齒輪”成為各橋廠關注的重點，無論對齒輪噪音還是齒輪強度都有了更高的要求，受以往國產齒輪品質的影響，該系列齒輪大多依靠進口。某客車廠一年光進口該系列的齒輪及橋就高達6000多套。但居高不下的價格成為各橋廠降低企業成本的瓶頸，面對市場的呼聲，我公司與車橋公司聯合，自主開發該系列齒輪來替代進口產品，希望既能夠降低橋廠企業成本又可以增加我公司銷售收入的雙贏篇章。

3 設計研發

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致熱處理后的齒輪產品齒距等級誤差大，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勢。

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

（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。

（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采用閉環加工系統

并且我公司從齒輪設計、切齒、測量、磨刀、裝刀、熱處理等整個制造環節連網，并實現了信息數據自動傳輸和反饋調整，使齒輪樣件達到理論設計要求。實現三個閉環系統，大大減少了人為操作誤差，的保證了齒距誤差等級而且穩定性也非常高，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，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及切齒預補償的應用：

熱處理變形一直是齒輪加工中影響齒輪精度及后續加工重要因素，如何將變形控制到小，變形穩定是獲得高精度齒輪的關鍵，我公司通過調整熱處理滲碳溫度、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整壓淬工藝參數，使熱處理變形（內孔橢圓度，大平面度）控制在小的范圍內。而螺旋角在熱處理中往往會變小使終齒輪接觸區發生變化，偏離設計要求。為此我們利用齒輪測量中心與設計軟件聯網，通過對大量實際數據取平均值計算，對齒輪在銑齒時進行了熱處理的預補償，使熱處理后的齒輪齒形、齒貌與理論設計基本接近。從而保證了產品的一致性與穩定性。

3.4齒形設計

 此459系列齒輪，客戶要求大輸出扭矩為46000N*m，傳統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定導致齒輪出現打齒早磨等系列問題，相對于傳統的漸縮齒，等高齒在強度、噪音方面都有很大的優越性，此次我公司計劃用等高齒來上述問題；

  ，對進口的齒輪我們進行了配對印跡的檢測和齒輪精度的檢測，并做好記錄，作為我們后續加工的一個標桿。

3.4 材質的選擇

材質方面我們還是選擇了國內目前的齒輪用鋼22CrMoH，而國外齒輪的材質與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于22CrMoH，我們通過對鋼材廠家進行指定，并根據以往經驗，考慮到材料的干切性能及熱處理性能，與鋼廠簽訂相應技術標準。

3.5工藝流程

  該產品的工藝流程為：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：反應齒輪齒的大與小齒厚的差異。我公司目前重型產品齒厚變動量要求≤0.10mm。如果熱處理壓淬工藝不成熟會導致該數值很大，產生大量廢品；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：

它沒有正負符號，由大值和小值的差而得出。

如果該數值超差，常會體現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，我公司的產品均能達到進面優于進口齒輪。

4.2接觸區及噪音檢測

  接觸區是衡量螺旋傘齒輪傳動質量的綜合指標，如果在加工制造和裝配中造成接觸區大小、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，這就引起局部應力集中，造成齒輪早期磨損或斷齒。因此，對“接觸區”的形狀、位置，接觸的長短和寬窄都有嚴格要求，它直接關系到齒輪副在工作時的工作平穩性以及噪聲的高低。

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

我公司的接觸區印跡與進口產品的接觸區印跡，大小、形狀和位置一致。

現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雙曲面齒輪熱處理前后滾動檢查的數控機床。可用來檢測不同于正常安裝距離上齒輪的運轉性能。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可以連續的尋找小輪的安裝距，找到佳的運行平穩的小輪安裝距。

將研齒后的齒輪副在設備T60檢測該齒輪副的傳動誤差即TE值，通過觀察1-4階數據，可以分析該齒輪副的傳動的平穩性。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，平穩性好。

4.4理化性能檢測

  理化檢測在滲層深度、齒輪內部和心部的硬度均符合工藝要求，詳見報告。

   將該樣件發往客戶跟蹤安裝進行橋架試驗，橋架試驗的輸入扭矩為13945 N*m，橋架試驗終達到80萬次，齒輪沒有損壞，獲得了客戶的認可。

 

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

根據上述指標的測試，終決定用我公司的該系列等高齒替代美馳進口齒輪。目前我公司已開發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。

產品價格：進口一套459美馳齒輪約需8400元，而我公司生產一套匯59齒輪僅為3200元。大大降低了成本，并為國家節省了大量的外匯。

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

（2）在成本方面，我公司依靠成熟的熱處理工藝，用22CrMoH材質替代了進口20CrNi3材質，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，進口該橋每支價格在34000元左右而國產化后該橋價格多25000元左右。

（3）459系列齒輪經過合理的設計和技術工藝的保證，其性能與進口齒輪基本相同，經過市場認證，得到了市場的認可。

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