1 前言

  中國螺旋傘齒輪工業(yè)歷經(jīng)了10多年的高速發(fā)展，在承繼“十五"、開(kāi)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(chǎng)、技術(shù)、管理等多個(gè)角度梳理中國螺旋傘齒輪工業(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都能生產(chǎn)，高檔的齒輪多依靠進(jìn)口，高端齒輪國產(chǎn)化的呼聲愈來(lái)愈強。我公司于2010年引進(jìn)世界先進(jìn)德國奧利康切齒線(xiàn)，力爭做國內高端螺旋傘齒輪的領(lǐng)頭羊。

2 市場(chǎng)需求

459系列齒輪為某公司高檔客車(chē)橋和公交車(chē)橋用齒輪，隨著(zhù)人們生活水平的不斷提高，客戶(hù)對高端客車(chē)和公交車(chē)的舒適度、承載能力要求越來(lái)越高，橋廠(chǎng)對主減的要求也愈加嚴格，作為橋用主減的關(guān)鍵零部件“主被動(dòng)螺傘齒輪”成為各橋廠(chǎng)關(guān)注的重點(diǎn)，無(wú)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(chē)廠(chǎng)一年光進(jìn)口該系列的齒輪及橋就高達6000多套。但居高不下的價(jià)格成為各橋廠(chǎng)降低企業(yè)成本的瓶頸，面對市場(chǎng)的呼聲，我公司與車(chē)橋公司聯(lián)合，自主開(kāi)發(fā)該系列齒輪來(lái)替代進(jìn)口產(chǎn)品，希望既能夠降低橋廠(chǎng)企業(yè)成本又可以增加我公司銷(xiāo)售收入的雙贏(yíng)篇章。

3 設計研發(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。目前國內高端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有效的修正導致熱處理后的齒輪產(chǎn)品齒距等級誤差大，只能通過(guò)磨齒工藝精磨來(lái)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(huì )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(yōu)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(shí)其接觸印跡很容易就達到優(yōu)。

（2）等高齒和漸縮齒對比：

漸縮齒采用單分度方法切削，特別是采用傳統的五刀法加工，受機床傳動(dòng)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(shí)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?xún)取?/span>

（3）目前，國外知名的齒輪公司美國的METTIER 美馳、AAM。德國的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

并且我公司從齒輪設計、切齒、測量、磨刀、裝刀、熱處理等整個(gè)制造環(huán)節連網(wǎng)，并實(shí)現了信息數據自動(dòng)傳輸和反饋調整，使齒輪樣件完全達到理論設計要求。實(shí)現三個(gè)閉環(huán)系統，大大減少了人為操作誤差，有效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?xún)龋?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(117, 117, 118); line-height: 20.3636px; text-align: center; background-color: rgb(254, 254, 254);">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(guān)鍵，我公司通過(guò)調整熱處理滲碳溫度、淬火溫度來(lái)減少熱處理的變形，對被動(dòng)齒輪采用壓淬工藝，通過(guò)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(huì )變小使終齒輪接觸區發(fā)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(lián)網(wǎng)，通過(guò)對大量實(shí)際數據取平均值計算，對齒輪在銑齒時(shí)進(jìn)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。從而有效保證了產(chǎn)品的一致性與穩定性。

3.4齒形設計

 此459系列齒輪，客戶(hù)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(wèn)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(yōu)越性，此次我公司計劃用等高齒來(lái)改善上述問(wèn)題；

  首先，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，作為我們后續加工的一個(gè)標桿。

3.4 材質(zhì)的選擇

材質(zhì)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(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(guò)對鋼材廠(chǎng)家進(jìn)行指定，并根據以往經(jīng)驗，考慮到材料的干切性能及熱處理性能，與鋼廠(chǎng)簽訂相應技術(shù)標準。

3.5工藝流程

  該產(chǎn)品的工藝流程為：粗車(chē)齒坯——精車(chē)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(dòng)齒輪的齒距精度等級及齒厚變動(dòng)量的檢測；

齒厚變動(dòng)量：反應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(dòng)量要求≤0.10mm。如果熱處理壓淬工藝不成熟會(huì )導致該數值很大，產(chǎn)生大量廢品；如果齒厚變動(dòng)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(guò)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(méi)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(huì )體現在齒輪接觸印跡游離，噪音高。

無(wú)論在齒距等級還是齒厚變動(dòng)量方面，我公司的產(chǎn)品均能達到進(jìn)面優(yōu)于進(jìn)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(dòng)質(zhì)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(cháng)短和寬窄都有嚴格要求，它直接關(guān)系到齒輪副在工作時(shí)的工作平穩性以及噪聲的高低。

對于傳動(dòng)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(chǎn)生偏移，等高齒正車(chē)面接觸區位于中間偏小端，反車(chē)面接觸區位置位于中間偏大端。

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

現場(chǎng)使用分貝儀測量齒輪副嚙合時(shí)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(dòng)檢查的數控機床?？捎脕?lái)檢測不同于正常安裝距離上齒輪的運轉性能。這主要用來(lái)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(guò)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專(zhuān)用設備T60檢測該齒輪副的傳動(dòng)誤差即TE值，通過(guò)觀(guān)察1-4階數據，可以分析該齒輪副的傳動(dòng)的平穩性。從第6列看出1-4列的TE值程遞減趨勢且第一階誤差≤30，說(shuō)明該齒輪副傳動(dòng)沒(méi)有問(wèn)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(jiàn)報告。

   將該樣件發(fā)往客戶(hù)跟蹤安裝進(jìn)行橋架試驗，橋架試驗的輸入扭矩為13945 N*m，橋架試驗終達到80萬(wàn)次，齒輪沒(méi)有損壞，獲得了客戶(hù)的認可。

 

  整車(chē)噪音在78分貝以下，經(jīng)路試5000公里無(wú)故障。運行平穩，滿(mǎn)足高擋客車(chē)所要求的平穩性和舒適性。主機廠(chǎng)認為完全能替代美馳進(jìn)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(jìn)口齒輪。目前我公司已開(kāi)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(chǎng)供貨。

產(chǎn)品價(jià)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，并為國家節省了大量的外匯。

（1）該系列齒輪的關(guān)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(huì )出現齒輪折斷、點(diǎn)蝕、膠合等現象。在齒輪精度、噪音、噪音、接觸印跡達到了進(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(chǎng)價(jià)為6100元/噸，20CrNi3鋼材市場(chǎng)價(jià)為15500元/噸，大大降低了該齒輪的制造成本；同時(shí)也為橋廠(chǎng)降低了很大的成本，進(jìn)口該橋每支價(jià)格在34000元左右而國產(chǎn)化后該橋價(jià)格多25000元左右。

（3）459系列齒輪經(jīng)過(guò)合理的設計和技術(shù)工藝的保證，其性能與進(jìn)口齒輪基本相同，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)認證，得到了市場(chǎng)的認可。

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