合浦生活用纸本地群

替代美驰进口齿轮的产品

齿轮传动2018-12-05 09:26:45


1 前言

  中国齿轮工业历经了10多年的高速发展,在承继“十五"、开启“十一五”之际,以欧、美、日等齿轮强国为参照系,从产品、市场、技术、管理等多个角度梳理中国齿轮工业,审视存在的差距,取得了很大的进步。但目前中低档的齿轮在国内都能生产,高档的齿轮多依靠进口,高端齿轮国产化的呼声愈来愈强。我公司于2010年引进世界先进德国奥利康切齿线,力争做国内高端齿轮的领头羊。

2 市场需求

459系列齿轮为某公司高档客车桥和公交车桥用齿轮,随着人们生活水平的不断提高,客户对高端客车和公交车的舒适度、承载能力要求越来越高,桥厂对主减的要求也愈加严格,作为桥用主减的关键零部件“主被动螺伞齿轮”成为各桥厂关注的重点,无论对齿轮噪音还是齿轮强度都有了更高的要求,受以往国产齿轮品质的影响,该系列齿轮大多依靠进口。某客车厂一年光进口该系列的齿轮及桥就高达6000多套。但居高不下的价格成为各桥厂降低企业成本的瓶颈,面对市场的呼声,我公司与车桥公司联合,自主开发该系列齿轮来替代进口产品,希望既能够降低桥厂企业成本又可以增加我公司销售收入的双赢篇章。

3 设计研发

3.1齿制选择

齿轮的加工工艺一般为磨齿工艺和研齿工艺,也有少许磨齿后再研齿的工艺。目前国内高端齿轮大多采用的磨齿工艺,这是由于铣齿工艺加工出的齿坯等级不高,热处理后变形大得不到有效的修正导致热处理后的齿轮产品齿距等级误差大,只能通过磨齿工艺精磨来修正铣齿的加工误差和热处理的变形量,此方法虽然可以提高齿轮的精度等级,但是由于热处理变形的存在,磨齿磨量难以控制,会导致齿面渗碳层的不均匀、一致性差,在使用寿命和强度方面不如研齿工艺。且采用等高齿研齿工艺更有优势。

(1)两刀法加工等高齿较两刀法加工渐缩齿在理论设计时其接触印迹很容易就达到最优。

(2)等高齿和渐缩齿对比:

渐缩齿采用单分度方法切削,特别是采用传统的五刀法加工,受机床传动误差的影响,在铣齿的齿距等级方面很难确保高精尖,铣齿时齿距误差等级一般要求≤DIN7级。而等高齿采用连续滚切的方法,切齿工序很容易就可保证齿轮精度在4级以内。


(图A)渐缩齿铣齿后精度等级

(图B)等高齿铣齿后精度等级

(3)目前,国外知名的齿轮公司美国的METTIER 美驰、AAM。德国的DAIMLERCHRSLER、JOHNDEERE,等等公司都采用等高齿。一汽、二汽、上汽新上的齿轮项目也同样都用等高齿。

最终确定采用等高齿加工工艺。

3.2采用闭环加工系统

并且我公司从齿轮设计、切齿、测量、磨刀、装刀、热处理等整个制造环节连网,并实现了信息数据自动传输和反馈调整,使齿轮样件完全达到理论设计要求。实现三个闭环系统,大大减少了人为操作误差,有效的保证了齿距误差等级而且稳定性也非常高,从图A中可以看出渐缩齿铣齿等级一般为6 、7级左右,但是等高齿的铣齿等级一般为 4级以内,为研齿的精度等级提供了可靠的前期保证;

闭环系统示意图

3.3热处理、热处理后形貌图反调及切齿预补偿的应用:

热处理变形一直是齿轮加工中影响齿轮精度及后续加工重要因素,如何将变形控制到最小,变形稳定是获得高精度齿轮的关键,我公司通过调整热处理渗碳温度、淬火温度来减少热处理的变形,对被动齿轮采用压淬工艺,通过对材料淬透性、带状组织等影响齿轮变形因素的分析选择及调整压淬工艺参数,使热处理变形(内孔椭圆度,大平面度)控制在最小的范围内。而螺旋角在热处理中往往会变小使最终齿轮接触区发生变化,偏离设计要求。为此我们利用齿轮测量中心与设计软件联网,通过对大量实际数据取平均值计算,对齿轮在铣齿时进行了热处理的预补偿,使热处理后的齿轮齿形、齿貌与理论设计基本接近。从而有效保证了产品的一致性与稳定性。

3.4齿形设计

 此459系列齿轮,客户要求最大输出扭矩为46000N*m,传统的渐缩齿在该条件下,常由于热处理深层掌握和磨齿磨量控制不稳定导致齿轮出现打齿早磨等系列问题,相对于传统的渐缩齿,等高齿在强度、噪音方面都有很大的优越性,此次我公司计划用等高齿来改善上述问题;

  首先,对进口的齿轮我们进行了配对印迹的检测和齿轮精度的检测(检测结果见下图),并做好记录,作为我们后续加工的一个标杆。


      (图一)被动齿轮齿厚变动量  (图二)主动齿轮齿厚变动量

(图三)主动齿轮齿距误差等级

(图四)被动齿轮齿距误差等级

先通过齿轮测量中心测量了进口齿轮的齿形齿貌,然后再利用设计软件不断修正,让最终我们的设计齿轮的齿形几乎完全与进口齿轮一致。


(图五)反复修正中的齿貌

(图六)最终修正的齿貌

  从图中可以看出,通过不断的齿形修正,我公司的齿形在螺旋角、压力角、齿貌上基本与进口齿轮完全一致,图中的齿貌单位均为微米。

3.4 材质的选择

  材质方面我们还是选择了国内目前的齿轮用钢22CrMoH,而国外齿轮的材质与20CrNi3最为接近,其钢材的淬透性、渗碳性能、热处理的变形量都要优于22CrMoH,我们通过对钢材厂家进行指定,并根据以往经验,考虑到材料的干切性能及热处理性能,与钢厂签订相应技术标准。

3.5工艺流程

  该产品的工艺流程为:粗车齿坯——精车齿坯——铣齿——热处理——研齿——配对。


4 成品检测

4.1齿轮精度检测

  主要是主被动齿轮的齿距精度等级及齿厚变动量的检测;

齿厚变动量:反应齿轮齿的最大与最小齿厚的差异。我公司目前重型产品齿厚变动量要求≤0.10mm。如果热处理压淬工艺不成熟会导致该数值很大,产生大量废品;如果齿厚变动量很大,在装配中主要反映在一边齿侧间隙合格,另一边间隙过小甚至咬死。

最大齿距累积误差(累积圆周齿距误差)命名为齿距累积误差 Fp:

它没有正负符号,由最大值和最小值的差而得出。


如果该数值超差,常会体现在齿轮接触印迹游离,噪音高。

(图七)主动齿轮齿厚变动量    (图八)被动齿轮齿厚变动量

(图九)被动齿轮齿厚变动量

(图十)主动齿轮齿厚变动量

从上述测量结果可以看出,无论在齿距等级还是齿厚变动量方面,我公司的产品均能达到进口齿轮的水平,光洁度方面优于进口齿轮。

4.2接触区及噪音检测

  接触区是衡量螺旋伞齿轮传动质量的综合指标,如果在加工制造和装配中造成接触区大小、形状和位置的偏差,将使载荷集中在齿的大端或小头,也可能集中在齿顶和齿根处,这就引起局部应力集中,造成齿轮早期磨损或断齿。因此,对“接触区”的形状、位置,接触的长短和宽窄都有严格要求,它直接关系到齿轮副在工作时的工作平稳性以及噪声的高低。

对于传动重负荷的螺旋伞齿轮,考虑到受力后齿轮和箱体的变形使“接触区”产生偏移,等高齿正车面接触区位于中间偏小端,反车面接触区位置位于中间偏大端。(详见进口齿轮与我公司接触区的照片对比。)


(图十一)进口齿轮的正反车印迹

(图十二)我公司齿轮的正反车印迹

从图中看出我公司的接触区印迹与进口产品的接触区印迹,大小、形状和位置一致。

现场使用分贝仪测量齿轮副啮合时噪音为76分贝。

4.3 T60检测机检测

T60是一种用于螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮热处理前后滚动检查的数控机床。可用来检测不同于正常安装距离上齿轮的运转性能。这主要用来检测对轴偏置距比较敏感的齿轮,也就是,对壳体变形敏感的齿轮。特别对于研磨过的齿轮,T60可以连续的寻找小轮的安装距,找到最佳的运行最平稳的小轮安装距。

将研齿后的齿轮副在专用设备T60检测该齿轮副的传动误差即TE值,通过观察1-4阶数据,可以分析该齿轮副的传动的平稳性。从(图十三)第6列看出1-4列的TE值程递减趋势且第一阶误差≤30,说明该齿轮副传动没有问题,平稳性好。

(图十三)T60检测报告

4.4理化性能检测

  理化检测在渗层深度、齿轮内部和心部的硬度均符合工艺要求,详见报告。

主动齿轮理化检测报告:

5 性能试验

   将该样件发往客户跟踪安装进行桥架试验,桥架试验的输入扭矩为13945 N*m,桥架试验最终达到80万次,齿轮没有损坏,获得了客户的认可。


路试结果:

  整车噪音在78分贝以下,经路试5000公里无故障。运行平稳,满足高挡客车所要求的平稳性和舒适性。主机厂认为完全能替代美驰进口齿轮。

根据上述指标的测试,最终决定用我公司的该系列等高齿替代美驰进口齿轮。目前我公司已开发459系列五种速比i4.3;i4.1;3.42;i3.21;i3.087;批量为主机厂供货。

产品价格:进口一套459美驰齿轮约需8400元,而我公司生产一套汇59齿轮仅为3200元。大大降低了成本,并为国家节省了大量的外汇。

6 结论

(1)该系列齿轮的关键在于齿形的设计(采用等高齿)和热处理工艺,齿形的设计保证了在大扭矩输出的情况下,不会出现齿轮折断、点蚀、胶合等现象。在齿轮精度、噪音、噪音、接触印迹达到了进口齿轮的水平。

(2)在成本方面,我公司依靠成熟的热处理工艺,用22CrMoH材质替代了进口20CrNi3材质,目前22CrMoH钢材市场价为6100元/吨,20CrNi3钢材市场价为15500元/吨,大大降低了该齿轮的制造成本;同时也为桥厂降低了很大的成本,进口该桥每支价格在34000元左右而国产化后该桥价格最多25000元左右。

(3)459系列齿轮经过合理的设计和技术工艺的保证,其性能与进口齿轮基本相同,经过市场认证,得到了市场的认可。




更多热文

    汽车变速器滚动轴承NVH故障诊断在线分析技术 

  ◎  超详细的齿轮加工工艺过程

  ◎  电动车两挡自动变速电驱动系统参数匹配

  ◎  史上最全的磨床加工问题解决方案

  ◎  一种有效提高齿轮弯曲强度和降低齿轮噪声的方法

  ◎  数控成形磨齿机砂轮修整技术

  ◎  一种灵活高效的内齿生产工艺

  ◎  变速箱零件表面质量完整性与光整加工工艺

  ◎  渐开线齿轮K线框图测量与评定




感谢您抽出 来阅读此文

更多精彩请点击【阅读原文】哦

↓↓↓