齒輪制造技術(shù)現(xiàn)狀 
隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，齒輪行業(yè)通過大量引進(jìn)高端設(shè)備使加工能力有了長(zhǎng)足的進(jìn)步與國際先進(jìn)水平已相當(dāng)接近。國產(chǎn)齒輪加工機(jī)床已基本形成了較完整的系列已開發(fā)出技術(shù)含量具有國際水準(zhǔn)的螺旋錐齒輪六軸數(shù)控磨床，但齒輪機(jī)床總體制造水平在精度、壽命、穩(wěn)定性、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等方面與歐美相比存在較大差距目前國內(nèi)齒輪加工行業(yè)的精加工特別是數(shù)控齒輪機(jī)床仍然以進(jìn)口設(shè)備為主。如德國普發(fā)特公司、瑞士萊斯豪爾公司的圓柱齒輪滾齒、磨齒機(jī)等，美國格里森公司、德國克林貝格公司（含原瑞士奧利康）的螺旋錐齒輪銑齒、磨齒、研齒機(jī)以及齒輪測(cè)量中心在國內(nèi)仍居顯著的優(yōu)勢(shì)地位。 
齒輪加工要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)及精度需要采用不同的工藝。鑒于設(shè)備投資大，工藝方式的選擇（如表1）通常都充分考慮已有資源。齒輪加工過程中的微小變形及工藝穩(wěn)定性控制相對(duì)復(fù)雜，毛坯鍛造后大多要采用等溫正火，以期獲得良好的加工性能和趨勢(shì)性變形的均勻金相組織：對(duì)于精度要求不高的低速圓柱齒輪可以熱前剃齒而熱后不再加工：圓柱齒輪熱后加工根據(jù)條件有琦齒和磨齒不同方式的選擇，晰齒成本低但齒形修正能力弱，磨齒精度高但成本高：修緣和鼓形齒修形工藝能夠顯著降低齒輪嚙合噪聲和提高傳動(dòng)性能，目前被廣泛采用。直齒錐齒輪主要用于差速器由于速度低精度要求相對(duì)較低，目前推薦采用精鍛齒輪。螺旋錐齒輪加工計(jì)算和機(jī)床調(diào)整，以往非常復(fù)雜和耗時(shí)的手工操作已被現(xiàn)代專用軟件和計(jì)算機(jī)程序所取代，有限元分析的引入使工藝參數(shù)設(shè)計(jì)更為可靠和便捷：螺旋錐齒輪熱后加工主要有研齒和磨齒兩種，由于磨齒的成本高、效率低且有局限性而目前大多采用研齒，研齒幾何上的修正能力很弱，因此螺旋錐齒輪的從動(dòng)齒輪多采用滲碳?jí)捍愎に?。齒輪材料及其熱處理技術(shù)發(fā)展是齒輪加工中對(duì)變形控制具有挑戰(zhàn)性的課題。

齒輪加工中測(cè)量技術(shù)的同步發(fā)展對(duì)齒輪制造水平的提高同等重要。傳統(tǒng)的幾何測(cè)量與綜合測(cè)量方法由于三坐標(biāo)技術(shù)的發(fā)展以至齒輪測(cè)量中心的出現(xiàn)而在測(cè)量精度、效率、范圍等方面得到極大改善。齒廓空間形面測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)（如圖1）使螺旋錐齒輪計(jì)算、加工、測(cè)量、反饋調(diào)整可在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán)。

重要的技術(shù)研究方向 
1.數(shù)值分析技術(shù) 
作為幾何描述的漸開線、擺線等基干嚙合原理或共扼特性的理論研究起于18世紀(jì)初，將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)即世界上出現(xiàn)第一臺(tái)齒輪加工機(jī)床距今也有近百年歷程。發(fā)展至今雖然切齒原理并未產(chǎn)生本質(zhì)變化，但在應(yīng)用工程領(lǐng)域無論是圓柱齒輪還是螺旋錐齒輪其制造能力都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步主要表現(xiàn)在加工機(jī)床、檢測(cè)手段、計(jì)算分析技術(shù)等方面，其核心推動(dòng)力是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展。因此，齒輪進(jìn)入實(shí)際加工前，充分考慮制造因素影響的數(shù)值分析（CAE）技術(shù)的研究和應(yīng)用成為重要課題。 
數(shù)值分析技術(shù)是個(gè)比較大的概念，借助不同的專業(yè)軟件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工藝成形等分析。有效的分析可以獲得如下效果。 
a.延伸和提升設(shè)計(jì)方法和思路。通過分析對(duì)強(qiáng)度、壽命的預(yù)測(cè)可使單純的幾何設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽啃栽O(shè)汁；加速由二維CAD轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)本進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)值模型設(shè)計(jì)。 
b.最大限度地降低試制、試驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期。通過分析提高試制、試驗(yàn)“一次成功率”。 
C.生產(chǎn)時(shí)獲得可靠的齒輪結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和正確的工藝調(diào)整數(shù)據(jù)。通過驗(yàn)證使分析數(shù)據(jù)模型得到預(yù)期性能目標(biāo)的優(yōu)化以指導(dǎo)生產(chǎn)，另一方面生產(chǎn)過程中針對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性更改時(shí)通過數(shù)值分析做可行性判定。 
齒輪數(shù)值分析的有效性需通過試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)律性驗(yàn)證，以判斷其置信度水平是否滿足實(shí)際要求否則將不具實(shí)用意義。數(shù)值分析的有效性取決于計(jì)算數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、幾何實(shí)體模型的精確程度、各種可知邊界條件輸入數(shù)據(jù)的正確與否。計(jì)算數(shù)學(xué)模型依賴于合適的軟件，目前有LS-DYNA（非線性）、NASTRAN（線性）、ABAQUS（非線性）、FEMFET（疲勞）、ADAMS（多剛體）、ANS丫S（非線性）等不同用途的較多可行選擇：圓柱齒輪易于獲得幾何實(shí)體數(shù)值模型，對(duì)于螺旋錐齒輪的齒廓曲面以往很難獲得精確的實(shí)際模型，現(xiàn)在已能夠?qū)崿F(xiàn)（如圖2）：對(duì)于各種可知邊界條件中，材料PSN曲線、熱處理狀態(tài)、摩擦因數(shù)等主要性能數(shù)據(jù)可通過試驗(yàn)測(cè)試獲得，而對(duì)于潤滑、溫度、相對(duì)滑移速度等一些重要數(shù)據(jù)的獲得尚需開展深入研究。

可以預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)齒輪數(shù)值分析技術(shù)的成熟應(yīng)用不會(huì)期待很久。 
2.預(yù)調(diào)修正技術(shù) 
齒輪作為汽車產(chǎn)品零件由于其工況條件具有復(fù)雜性和不確定性，不能簡(jiǎn)單地憑借精度及，圖紙符合程度來評(píng)判其優(yōu)劣，滿足產(chǎn)品要求同時(shí)又具有最優(yōu)性價(jià)比才是期望得到的齒輪。齒輪制造工藝過程中的工序本身并不復(fù)雜，重要的是滿足設(shè)計(jì)師的思想而不僅僅是圖紙。因此在齒輪制造過程中引入具有目的性要求的預(yù)調(diào)修正方法十分必要。 
預(yù)調(diào)修正的目的是最大程度地利用已有條件制造出適合不同產(chǎn)品性能要求的齒輪，目前其方法如下。 
（1）熱處理變形的預(yù)調(diào)修正 
基本原理是對(duì)于新產(chǎn)品、材料 （批次）、工藝等變動(dòng)時(shí)在批量切齒前做小量試切并檢查熱后變形狀態(tài)和規(guī)律，按預(yù)先給定的熱后檢查標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整熱前切齒參數(shù)加以補(bǔ)償，直至滿足要求為止，在螺旋錐齒輪生產(chǎn)中已普遍采用。該修正方法目前大多以接觸區(qū)的形狀、大小、位置變化的趨勢(shì)性來確定調(diào)整量，存在的主要問題是試切樣件小、變形規(guī)律性不強(qiáng)時(shí)調(diào)整效果不好。目前有條件的企業(yè)可以利用齒輪測(cè)量中心實(shí)測(cè)齒面三維數(shù)據(jù)來調(diào)整效果會(huì)有較大改善（如圖3）。

（2）結(jié)構(gòu)和裝配誤差的預(yù)調(diào)修正 
齒輪被裝配到產(chǎn)品總成中由于結(jié)構(gòu)布局、系統(tǒng)剛度、承載狀態(tài)的不同以及進(jìn)一步考慮裝配誤差等因素應(yīng)采取齒輪加工的預(yù)調(diào)修正，該技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用尚少。例如，商用車變速器一軸柱齒輪由于懸臂安裝結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)過程中嚙合齒面齒向正確位置會(huì)發(fā)生偏移，可在加工時(shí)進(jìn)行螺旋角修正；對(duì)于裝配誤差較大且無有效控制措施的后橋減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪可以采用通過V/H檢驗(yàn)的方法來確定切齒預(yù)調(diào)修正，進(jìn)而對(duì)接觸區(qū)的敏感性進(jìn)行控制。 
（3）噪聲和壽命的預(yù)調(diào)修正 
齒輪副嚙合噪聲和壽命不僅與材料和使用條件有關(guān)，也與制造過程中加工精度、表面質(zhì)量導(dǎo)致的傳動(dòng)誤差密切相關(guān)。通過傳動(dòng)誤差測(cè)量和分析技術(shù)對(duì)噪聲和壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)一步優(yōu)化切齒參數(shù)來進(jìn)行預(yù)調(diào)修正。該技術(shù)尚未進(jìn)入控制生產(chǎn)的實(shí)用階段。 
（4）工況載荷的預(yù)調(diào)修正 
國內(nèi)已充分關(guān)注這一方面目前尚未形成規(guī)范的方法。對(duì)于重載荷齒輪，由于總成支撐剛性往往由于結(jié)構(gòu)限制相對(duì)較弱，在實(shí)際滿載或超載工況下產(chǎn)生齒輪錯(cuò)位（偏離正確嚙合位置）在所難免。如對(duì)于重型車后橋的準(zhǔn)雙曲面齒輪副，借助于專業(yè)軟件 （如Romax的Design和Gleason的CAGE）可以將模擬系統(tǒng)加載的錯(cuò)位量轉(zhuǎn)化為切齒調(diào)整參數(shù)進(jìn)行修正。 
3.微觀修形技術(shù) 
汽車齒輪傳動(dòng)追求的技術(shù)目標(biāo)是低噪聲和高壽命。作為商品的齒輪，則應(yīng)具有滿足用戶和法規(guī)要求的最優(yōu)性價(jià)比?？梢姡圐X輪技術(shù)的發(fā)展要在精度、質(zhì)量（性能、壽命）與成本的矛盾平衡中尋求空間。因此，齒輪微觀形貌及其修形技術(shù)的研究十分重要。 
（1）修形技術(shù)深入研究的條件 
齒輪修形是微量加工技術(shù)，一方面要求有微量加工的條件，即加工設(shè)備要有一定的精度和實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的能力：另一方面又要有精確的測(cè)量分析方法和手段。目前，國內(nèi)很多齒輪生產(chǎn)企業(yè)都已具備開展深入研究的條件。 
（2）修形技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和問題 
國內(nèi)齒輪行業(yè)采用修形技術(shù)的依據(jù)大體來自兩個(gè)方面，一是自身經(jīng)驗(yàn)二是引進(jìn)國外產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)化的要求，對(duì)于不同齒輪和加工條件采用的方式有所區(qū)別。 
齒形修形分為齒頂修形（俗稱修緣）和齒根修形、沉切，致力于解決齒頂和齒根嚙合干涉問題：解決滾刀、剃齒刀、弧齒銑刀的設(shè)計(jì)和砂輪修整。齒向修形主要控制承載接觸區(qū)位置及其擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和補(bǔ)償溫升導(dǎo)致螺旋角變化等，根據(jù)不同目的和條件可采用兩端修形、全齒向折線修形、鼓形齒修形等方式，由剃齒機(jī)、磨齒機(jī)以及螺旋錐齒輪銑齒機(jī)（刀傾）調(diào)整完成。存在的主要問題是，修形方法的合理性驗(yàn)證需要研究以及修形參數(shù)的試驗(yàn)依據(jù)不充分，需要建立可行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并不斷完善。 
（3）齒輪微觀修形意義 
在機(jī)械零件中，齒輪相對(duì)復(fù)雜而制造成本高，追求高精度來保證高性能的做法帶來的直接后果是高成本既不科學(xué)也不合理。齒輪修形方法的研究基本依托于剃齒、銑齒、磨齒等主要工序設(shè)備的功能擴(kuò)充，可稱為“寄生工藝”，不需要大的工藝成本投入，通過針對(duì)性修形改善齒輪的使用性能，一方面盡可能地發(fā)揮齒輪本身的潛在能力，另一方面可合理選擇齒輪生產(chǎn)的控制精度，降低工藝成本。深入研究該方面的應(yīng)用技術(shù)對(duì)于提高齒輪性價(jià)比的意義顯而易見。 
結(jié)束語 
現(xiàn)代齒輪制造技術(shù)又是一個(gè)涉及多學(xué)科交叉混疊的綜合性技、術(shù)，只有在整車使用中顯示出優(yōu)良性能和生命周期.內(nèi)體現(xiàn)出的高性價(jià)比才是產(chǎn)品追求的最終目標(biāo)。因此運(yùn)用技術(shù)發(fā)展過程中形成的各種手段和有利條件來系統(tǒng)地研究齒輪結(jié)構(gòu)及其制造方法，開展以上3方面課題的深入研究工作完善和建立齒輪制造工藝系統(tǒng)控制方法和科學(xué)可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫才最具意義。