汽車驅動橋螺旋錐齒輪制造技術分析
汽車驅動橋作為汽車的重要傳動部件，對整車的承載能力和舒適性有很大影響，其中螺旋錐齒輪是驅動橋中最重要的零件，我國從上世紀50年代開始生產汽車驅動橋螺旋錐齒輪，先后引進前蘇聯和美國格里森的生產設備和制造技術，經過50多年的消化、吸收和研究創新，逐漸形成了每年幾千萬套齒輪的生產能力，成為齒輪制造大國。但是，目前齒輪行業多數企業制造工藝落后、研發能力低、質量水平不高，存在中低端產品產能過剩、競爭激烈、效益低，而高端產品產能不足、大部分依靠進口等一些問題。因此提高制造工藝水平、提升研發能力、積極探索新技術、盡快消化吸收國外先進技術，對整個行業的發展有著重要的意義。
一汽解放車橋公司始建于1953年，50多年來，經過三次創業、資源整合及大規模的技術改造，形成了50萬套車橋和螺旋錐齒輪的生產能力，是研發、生產和銷售車橋的專業企業。從上個世紀九十年代開始，一汽車橋公司引進了格里森和奧立康公司的最先進的六軸數控螺旋錐齒輪加工、檢測及輔助磨刀設備，有力地保證了齒輪加工精度。在大量引進先進設備的同時，一汽車橋公司還對螺旋錐齒輪先進的制造、檢測技術進行深入的研究，形成了一整套完善的加工控制保證體系。
1、螺旋錐齒輪加工設備分析：
目前很多螺旋錐齒輪生產企業還在使用上世紀五、六十年代出廠的前蘇聯和國產設備，也包括一部分美國格里森的早期設備，加工設備相對陳舊、落后，加工精度較差，已無法滿足現代汽車齒輪的質量要求。近年來，美國格里森公司和德國克林貝格—奧立康公司應用現代數控技術，研制出高精度、高效率的數控齒輪加工設備，包括六軸聯動數控切齒機和磨齒機、數控研齒機和數控檢驗機等，螺旋錐齒輪加工設備發生了革命性的變化，一汽車橋公司等少數骨干企業從上世紀九十年代開始引進的數控齒輪加工設備，齒輪質量有了很大提高，但是很多中、小型企業由于資金問題，還無法引進昂貴的進口設備，在這種情況下，天津第一機床總廠、天津市精誠機床制造有限公司和湖南中大創遠數控裝備有限公司等國內螺旋錐齒輪加工設備制造商研制、開發了多種數控齒輪加工設備，在一定程度上滿足了一些企業的發展需求。大量高精度、高效率的數控齒輪加工設備的應用，一定會提高整個齒輪行業的制造水平。
2、螺旋錐齒輪制造工藝分析：
目前絕大多數齒輪生產企業主要采用五刀法加工漸縮齒齒輪，五刀法加工漸縮齒是一種傳統的加工方法，接觸區是在小輪兩個側面分別調整，互不影響，技術成熟，因此長期以來在國內、外廣泛應用。在大批量生產中常采用五臺以上機床為一組，加工一對齒輪需要五次裝卸，轉換品種時間長、調整工作量較大。延伸外擺線等高齒采用兩刀法加工，大、小輪兩個側面都是用一把刀同時加工的，接觸區調整比較復雜，國內以前應用不多，只有少數一些企業采用此方法。近年來，隨著切齒調整計算分析軟件和切齒機床數控技術的發展，調整計算準確度提高、數控機床定位精度提高、調整參數更加簡單方便，兩刀法加工的接觸區調整已不再是難題，另外由于兩刀法加工采用兩臺機床為一組，加工一對齒輪僅需要兩次裝卸，加工時間短，生產效率高，勞動強度低，因此應用越來越廣泛，一汽車橋公司在中、重型卡車齒輪上對等高齒進行了研究和推廣，生產實踐證明，等高齒的強度和壽命明顯高于漸縮齒。目前在國外已基本上形成了兩種主要的加工方式：一種是采用等高齒，熱后研齒;另一種是采用漸縮齒，用全工序法切齒，熱后磨齒。在美國廣泛采用第一種方式，用于各種卡車和SUV等領域。而在歐洲，輕、重型卡車通常采用第一種方式，各種高端客車和豪華后驅轎車等主要采用第二種方式。
3、檢測設備和質量控制方法分析：
現在國內大多數齒輪生產企業缺乏先進的齒輪檢測手段和有效的控制方法，齒輪終檢一般是在滾動檢驗機上配對檢驗，檢驗項目主要包括接觸區、齒側間隙及變動量、噪聲等指標。普通的機械式滾動檢驗機僅僅具備驅動軸正轉和反轉、高速和低速兩級轉速、手動加載等簡單的功能。V-H值檢查是比較有效的控制方法，可以綜合反映接觸區的長短、寬窄和對角方向，但由于普通滾動檢驗機的安裝距調整不方便、準確度不高并且很容易產生零位變化，很少有人來做。在某一固定安裝距下檢測的接觸區并不能完全真實地反映出齒輪質量狀況，在殼體的制造誤差或實際工作受載后可能導致安裝位置發生變化，齒輪就處于不正確的工作狀態，極易發生損壞或失效。
現在先進的五軸數控檢驗機為齒輪的綜合檢驗提供極大的便利條件，通過三個數控線性軸可以很方便準確地進行V-H值檢查，兩個數控旋轉軸轉速可無級調速，均可做為驅動軸和加載軸，可模擬汽車加速和滑行狀態，能夠比較真實地反映出齒輪在各種工況條件下的質量狀況。此外先進的數控檢驗機還具有雙面嚙合滾動檢查齒圈徑向跳動、單面嚙合傳動誤差測量及分析系統(SFT)及振動測量及分析系統(SBN)等功能。
單面嚙合傳動誤差測量(SFT)是一種傳統的齒輪測量方法，用以檢測齒輪的切向綜合偏差和單齒切向綜合偏差，以前一般只用于精密傳動齒輪的測量。現在由于人們對汽車的舒適性要求越來越高，振動和噪聲的問題逐漸引起人們的重視，也成為齒輪生產企業需要解決的問題，為了查清引起振動和噪聲的根源，僅僅依靠檢測接觸區和齒側間隙變動量是遠遠不夠的，用齒輪測量中心檢測齒形和分度精度也只能反映單個齒輪質量，而SFT是用傳動誤差分析評價齒輪副的綜合精度。齒輪傳動誤差是振動和噪聲的來源，對齒輪進行傳動誤差檢查，能夠科學地評價齒輪副的運轉質量，減少人為因素的干擾。新一代的齒輪數控檢驗機可以進行單面嚙合傳動誤差測量，對傳動誤差信號進行長波、短波過濾分析，可以看出齒形誤差、周節相鄰誤差、周節累積誤差及齒圈跳動誤差等，從而準確找出引起振動和噪聲的根源。綜合傳動誤差測量的優點是測量速度快、準確度高，適合批量產品的質量終檢，便于對齒輪加工過程進行及時監控。上述測量技術基于傳統的齒輪精度理論，然而隨著對齒輪質量檢測要求的不斷增加和提高，這些傳統的齒輪測量技術也在不斷細化、豐富、更新和提高。
4、螺旋錐齒輪加工閉環控制系統介紹：
螺旋錐齒輪加工閉環控制系統包括齒輪參數設計及調整參數計算、切齒加工、齒面測量及反調修正四部分，是目前世界上最先進的齒輪加工控制方法，原理如下：
參數設計及調整參數計算
切齒(磨齒)加工
齒面測量
反調修正
通過軟件計算得到機床調整參數和理論齒面形貌數據分別輸入到齒輪加工機床和齒輪測量中心，按機床調整參數加工的齒輪在齒輪測量中心上測量出齒面的實際坐標值，利用專用修正反調軟件根據理論坐標值和實際坐標值之差，自動計算出機床調整參數的修正量，再傳送到齒輪加工機床，重新進行加工、測量，一般經過1-2次反調即可加工出符合理論齒面形貌的齒輪。因此，經過閉環控制系統加工出來的齒輪符合理論設計參數。齒輪加工閉環控制系統的核心是齒面測量技術，以前我們無法對壓力角和螺旋角等齒形參數進行檢測，因此無法判斷所加工的齒輪是否符合設計參數，由于機床調整誤差的存在，就導致不同的企業生產同一種齒輪是不相同的，即使同一生產廠家不同批次的齒輪也很難做到完全互換。一汽車橋公司成功地將螺旋錐齒輪加工閉環控制系統應用于大批量生產中，取得了非常好的效果，產品質量得到國外用戶的好評。齒輪加工閉環控制系統是螺旋錐齒輪加工的發展方向，對于汽車齒輪行業大批量生產具有較高的實用價值。
隨著汽車行業的飛速發展，對零部件的制造質量提出了更加嚴格的要求，也促使了制造工藝、測量技術和裝備的快速發展和更新換代。目前國內少數骨干企業螺旋錐齒輪的部分加工設備已達到西方國家的先進水平，但是制造工藝和測量技術還有一定的差距，只有通過持續的技術改造，加快對新工藝、新技術的研究和推廣，產學研有效地結合，才能不斷提高企業的產品研發能力，突破高端產品技術，實現由齒輪生產大國向齒輪強國的跨越，這是中國整個齒輪行業今后一個時期的重要任務和努力方向。
一汽解放汽車有限公司車橋分公司
2009年9月
汽車驅動橋螺旋錐齒輪制造技術分析
汽車驅動橋作為汽車的重要傳動部件，對整車的承載能力和舒適性有很大影響，其中螺旋錐齒輪是驅動橋中最重要的零件，我國從上世紀50年代開始生產汽車驅動橋螺旋錐齒輪，先后引進前蘇聯和美國格里森的生產設備和制造技術，經過50多年的消化、吸收和研究創新，逐漸形成了每年幾千萬套齒輪的生產能力，成為齒輪制造大國。但是，目前齒輪行業多數企業制造工藝落后、研發能力低、質量水平不高，存在中低端產品產能過剩、競爭激烈、效益低，而高端產品產能不足、大部分依靠進口等一些問題。因此提高制造工藝水平、提升研發能力、積極探索新技術、盡快消化吸收國外先進技術，對整個行業的發展有著重要的意義。
一汽解放車橋公司始建于1953年，50多年來，經過三次創業、資源整合及大規模的技術改造，形成了50萬套車橋和螺旋錐齒輪的生產能力，是研發、生產和銷售車橋的專業企業。從上個世紀九十年代開始，一汽車橋公司引進了格里森和奧立康公司的最先進的六軸數控螺旋錐齒輪加工、檢測及輔助磨刀設備，有力地保證了齒輪加工精度。在大量引進先進設備的同時，一汽車橋公司還對螺旋錐齒輪先進的制造、檢測技術進行深入的研究，形成了一整套完善的加工控制保證體系。
1、螺旋錐齒輪加工設備分析：
目前很多螺旋錐齒輪生產企業還在使用上世紀五、六十年代出廠的前蘇聯和國產設備，也包括一部分美國格里森的早期設備，加工設備相對陳舊、落后，加工精度較差，已無法滿足現代汽車齒輪的質量要求。近年來，美國格里森公司和德國克林貝格—奧立康公司應用現代數控技術，研制出高精度、高效率的數控齒輪加工設備，包括六軸聯動數控切齒機和磨齒機、數控研齒機和數控檢驗機等，螺旋錐齒輪加工設備發生了革命性的變化，一汽車橋公司等少數骨干企業從上世紀九十年代開始引進的數控齒輪加工設備，齒輪質量有了很大提高，但是很多中、小型企業由于資金問題，還無法引進昂貴的進口設備，在這種情況下，天津第一機床總廠、天津市精誠機床制造有限公司和湖南中大創遠數控裝備有限公司等國內螺旋錐齒輪加工設備制造商研制、開發了多種數控齒輪加工設備，在一定程度上滿足了一些企業的發展需求。大量高精度、高效率的數控齒輪加工設備的應用，一定會提高整個齒輪行業的制造水平。
2、螺旋錐齒輪制造工藝分析：
目前絕大多數齒輪生產企業主要采用五刀法加工漸縮齒齒輪，五刀法加工漸縮齒是一種傳統的加工方法，接觸區是在小輪兩個側面分別調整，互不影響，技術成熟，因此長期以來在國內、外廣泛應用。在大批量生產中常采用五臺以上機床為一組，加工一對齒輪需要五次裝卸，轉換品種時間長、調整工作量較大。延伸外擺線等高齒采用兩刀法加工，大、小輪兩個側面都是用一把刀同時加工的，接觸區調整比較復雜，國內以前應用不多，只有少數一些企業采用此方法。近年來，隨著切齒調整計算分析軟件和切齒機床數控技術的發展，調整計算準確度提高、數控機床定位精度提高、調整參數更加簡單方便，兩刀法加工的接觸區調整已不再是難題，另外由于兩刀法加工采用兩臺機床為一組，加工一對齒輪僅需要兩次裝卸，加工時間短，生產效率高，勞動強度低，因此應用越來越廣泛，一汽車橋公司在中、重型卡車齒輪上對等高齒進行了研究和推廣，生產實踐證明，等高齒的強度和壽命明顯高于漸縮齒。目前在國外已基本上形成了兩種主要的加工方式：一種是采用等高齒，熱后研齒;另一種是采用漸縮齒，用全工序法切齒，熱后磨齒。在美國廣泛采用第一種方式，用于各種卡車和SUV等領域。而在歐洲，輕、重型卡車通常采用第一種方式，各種高端客車和豪華后驅轎車等主要采用第二種方式。
3、檢測設備和質量控制方法分析：
現在國內大多數齒輪生產企業缺乏先進的齒輪檢測手段和有效的控制方法，齒輪終檢一般是在滾動檢驗機上配對檢驗，檢驗項目主要包括接觸區、齒側間隙及變動量、噪聲等指標。普通的機械式滾動檢驗機僅僅具備驅動軸正轉和反轉、高速和低速兩級轉速、手動加載等簡單的功能。V-H值檢查是比較有效的控制方法，可以綜合反映接觸區的長短、寬窄和對角方向，但由于普通滾動檢驗機的安裝距調整不方便、準確度不高并且很容易產生零位變化，很少有人來做。在某一固定安裝距下檢測的接觸區并不能完全真實地反映出齒輪質量狀況，在殼體的制造誤差或實際工作受載后可能導致安裝位置發生變化，齒輪就處于不正確的工作狀態，極易發生損壞或失效。
現在先進的五軸數控檢驗機為齒輪的綜合檢驗提供極大的便利條件，通過三個數控線性軸可以很方便準確地進行V-H值檢查，兩個數控旋轉軸轉速可無級調速，均可做為驅動軸和加載軸，可模擬汽車加速和滑行狀態，能夠比較真實地反映出齒輪在各種工況條件下的質量狀況。此外先進的數控檢驗機還具有雙面嚙合滾動檢查齒圈徑向跳動、單面嚙合傳動誤差測量及分析系統(SFT)及振動測量及分析系統(SBN)等功能。
單面嚙合傳動誤差測量(SFT)是一種傳統的齒輪測量方法，用以檢測齒輪的切向綜合偏差和單齒切向綜合偏差，以前一般只用于精密傳動齒輪的測量。現在由于人們對汽車的舒適性要求越來越高，振動和噪聲的問題逐漸引起人們的重視，也成為齒輪生產企業需要解決的問題，為了查清引起振動和噪聲的根源，僅僅依靠檢測接觸區和齒側間隙變動量是遠遠不夠的，用齒輪測量中心檢測齒形和分度精度也只能反映單個齒輪質量，而SFT是用傳動誤差分析評價齒輪副的綜合精度。齒輪傳動誤差是振動和噪聲的來源，對齒輪進行傳動誤差檢查，能夠科學地評價齒輪副的運轉質量，減少人為因素的干擾。新一代的齒輪數控檢驗機可以進行單面嚙合傳動誤差測量，對傳動誤差信號進行長波、短波過濾分析，可以看出齒形誤差、周節相鄰誤差、周節累積誤差及齒圈跳動誤差等，從而準確找出引起振動和噪聲的根源。綜合傳動誤差測量的優點是測量速度快、準確度高，適合批量產品的質量終檢，便于對齒輪加工過程進行及時監控。上述測量技術基于傳統的齒輪精度理論，然而隨著對齒輪質量檢測要求的不斷增加和提高，這些傳統的齒輪測量技術也在不斷細化、豐富、更新和提高。
4、螺旋錐齒輪加工閉環控制系統介紹：
螺旋錐齒輪加工閉環控制系統包括齒輪參數設計及調整參數計算、切齒加工、齒面測量及反調修正四部分，是目前世界上最先進的齒輪加工控制方法，原理如下：
參數設計及調整參數計算
切齒(磨齒)加工
齒面測量
反調修正
通過軟件計算得到機床調整參數和理論齒面形貌數據分別輸入到齒輪加工機床和齒輪測量中心，按機床調整參數加工的齒輪在齒輪測量中心上測量出齒面的實際坐標值，利用專用修正反調軟件根據理論坐標值和實際坐標值之差，自動計算出機床調整參數的修正量，再傳送到齒輪加工機床，重新進行加工、測量，一般經過1-2次反調即可加工出符合理論齒面形貌的齒輪。因此，經過閉環控制系統加工出來的齒輪符合理論設計參數。齒輪加工閉環控制系統的核心是齒面測量技術，以前我們無法對壓力角和螺旋角等齒形參數進行檢測，因此無法判斷所加工的齒輪是否符合設計參數，由于機床調整誤差的存在，就導致不同的企業生產同一種齒輪是不相同的，即使同一生產廠家不同批次的齒輪也很難做到完全互換。一汽車橋公司成功地將螺旋錐齒輪加工閉環控制系統應用于大批量生產中，取得了非常好的效果，產品質量得到國外用戶的好評。齒輪加工閉環控制系統是螺旋錐齒輪加工的發展方向，對于汽車齒輪行業大批量生產具有較高的實用價值。
隨著汽車行業的飛速發展，對零部件的制造質量提出了更加嚴格的要求，也促使了制造工藝、測量技術和裝備的快速發展和更新換代。目前國內少數骨干企業螺旋錐齒輪的部分加工設備已達到西方國家的先進水平，但是制造工藝和測量技術還有一定的差距，只有通過持續的技術改造，加快對新工藝、新技術的研究和推廣，產學研有效地結合，才能不斷提高企業的產品研發能力，突破高端產品技術，實現由齒輪生產大國向齒輪強國的跨越，這是中國整個齒輪行業今后一個時期的重要任務和努力方向。
一汽解放汽車有限公司車橋分公司