汽车驱动桥螺旋锥齿轮制造技术分析
汽车驱动桥作为汽车的重要传动部件，对整车的承载能力和舒适性有很大影响，其中螺旋锥齿轮是驱动桥中最重要的零件，我国从上世纪50年代开始生产汽车驱动桥螺旋锥齿轮，先后引进前苏联和美国格里森的生产设备和制造技术，经过50多年的消化、吸收和研究创新，逐渐形成了每年几千万套齿轮的生产能力，成为齿轮制造大国。但是，目前齿轮行业多数企业制造工艺落后、研发能力低、质量水平不高，存在中低端产品产能过剩、竞争激烈、效益低，而高端产品产能不足、大部分依靠进口等一些问题。因此提高制造工艺水平、提升研发能力、积极探索新技术、尽快消化吸收国外先进技术，对整个行业的发展有着重要的意义。
一汽解放车桥公司始建于1953年，50多年来，经过三次创业、资源整合及大规模的技术改造，形成了50万套车桥和螺旋锥齿轮的生产能力，是研发、生产和销售车桥的专业企业。从上个世纪九十年代开始，一汽车桥公司引进了格里森和奥立康公司的最先进的六轴数控螺旋锥齿轮加工、检测及辅助磨刀设备，有力地保证了齿轮加工精度。在大量引进先进设备的同时，一汽车桥公司还对螺旋锥齿轮先进的制造、检测技术进行深入的研究，形成了一整套完善的加工控制保证体系。
1、螺旋锥齿轮加工设备分析：
目前很多螺旋锥齿轮生产企业还在使用上世纪五、六十年代出厂的前苏联和国产设备，也包括一部分美国格里森的早期设备，加工设备相对陈旧、落后，加工精度较差，已无法满足现代汽车齿轮的质量要求。近年来，美国格里森公司和德国克林贝格—奥立康公司应用现代数控技术，研制出高精度、高效率的数控齿轮加工设备，包括六轴联动数控切齿机和磨齿机、数控研齿机和数控检验机等，螺旋锥齿轮加工设备发生了革命性的变化，一汽车桥公司等少数骨干企业从上世纪九十年代开始引进的数控齿轮加工设备，齿轮质量有了很大提高，但是很多中、小型企业由于资金问题，还无法引进昂贵的进口设备，在这种情况下，天津第一机床总厂、天津市精诚机床制造有限公司和湖南中大创远数控装备有限公司等国内螺旋锥齿轮加工设备制造商研制、开发了多种数控齿轮加工设备，在一定程度上满足了一些企业的发展需求。大量高精度、高效率的数控齿轮加工设备的应用，一定会提高整个齿轮行业的制造水平。
2、螺旋锥齿轮制造工艺分析：
目前绝大多数齿轮生产企业主要采用五刀法加工渐缩齿齿轮，五刀法加工渐缩齿是一种传统的加工方法，接触区是在小轮两个侧面分别调整，互不影响，技术成熟，因此长期以来在国内、外广泛应用。在大批量生产中常采用五台以上机床为一组，加工一对齿轮需要五次装卸，转换品种时间长、调整工作量较大。延伸外摆线等高齿采用两刀法加工，大、小轮两个侧面都是用一把刀同时加工的，接触区调整比较复杂，国内以前应用不多，只有少数一些企业采用此方法。近年来，随着切齿调整计算分析软件和切齿机床数控技术的发展，调整计算准确度提高、数控机床定位精度提高、调整参数更加简单方便，两刀法加工的接触区调整已不再是难题，另外由于两刀法加工采用两台机床为一组，加工一对齿轮仅需要两次装卸，加工时间短，生产效率高，劳动强度低，因此应用越来越广泛，一汽车桥公司在中、重型卡车齿轮上对等高齿进行了研究和推广，生产实践证明，等高齿的强度和寿命明显高于渐缩齿。目前在国外已基本上形成了两种主要的加工方式：一种是采用等高齿，热后研齿;另一种是采用渐缩齿，用全工序法切齿，热后磨齿。在美国广泛采用第一种方式，用于各种卡车和SUV等领域。而在欧洲，轻、重型卡车通常采用第一种方式，各种高端客车和豪华后驱轿车等主要采用第二种方式。
3、检测设备和质量控制方法分析：
现在国内大多数齿轮生产企业缺乏先进的齿轮检测手段和有效的控制方法，齿轮终检一般是在滚动检验机上配对检验，检验项目主要包括接触区、齿侧间隙及变动量、噪声等指标。普通的机械式滚动检验机仅仅具备驱动轴正转和反转、高速和低速两级转速、手动加载等简单的功能。V-H值检查是比较有效的控制方法，可以综合反映接触区的长短、宽窄和对角方向，但由于普通滚动检验机的安装距调整不方便、准确度不高并且很容易产生零位变化，很少有人来做。在某一固定安装距下检测的接触区并不能完全真实地反映出齿轮质量状况，在壳体的制造误差或实际工作受载后可能导致安装位置发生变化，齿轮就处于不正确的工作状态，极易发生损坏或失效。
现在先进的五轴数控检验机为齿轮的综合检验提供极大的便利条件，通过三个数控线性轴可以很方便准确地进行V-H值检查，两个数控旋转轴转速可无级调速，均可做为驱动轴和加载轴，可模拟汽车加速和滑行状态，能够比较真实地反映出齿轮在各种工况条件下的质量状况。此外先进的数控检验机还具有双面啮合滚动检查齿圈径向跳动、单面啮合传动误差测量及分析系统(SFT)及振动测量及分析系统(SBN)等功能。
单面啮合传动误差测量(SFT)是一种传统的齿轮测量方法，用以检测齿轮的切向综合偏差和单齿切向综合偏差，以前一般只用于精密传动齿轮的测量。现在由于人们对汽车的舒适性要求越来越高，振动和噪声的问题逐渐引起人们的重视，也成为齿轮生产企业需要解决的问题，为了查清引起振动和噪声的根源，仅仅依靠检测接触区和齿侧间隙变动量是远远不够的，用齿轮测量中心检测齿形和分度精度也只能反映单个齿轮质量，而SFT是用传动误差分析评价齿轮副的综合精度。齿轮传动误差是振动和噪声的来源，对齿轮进行传动误差检查，能够科学地评价齿轮副的运转质量，减少人为因素的干扰。新一代的齿轮数控检验机可以进行单面啮合传动误差测量，对传动误差信号进行长波、短波过滤分析，可以看出齿形误差、周节相邻误差、周节累积误差及齿圈跳动误差等，从而准确找出引起振动和噪声的根源。综合传动误差测量的优点是测量速度快、准确度高，适合批量产品的质量终检，便于对齿轮加工过程进行及时监控。上述测量技术基于传统的齿轮精度理论，然而随着对齿轮质量检测要求的不断增加和提高，这些传统的齿轮测量技术也在不断细化、丰富、更新和提高。
4、螺旋锥齿轮加工闭环控制系统介绍：
螺旋锥齿轮加工闭环控制系统包括齿轮参数设计及调整参数计算、切齿加工、齿面测量及反调修正四部分，是目前世界上最先进的齿轮加工控制方法，原理如下：
参数设计及调整参数计算
切齿(磨齿)加工
齿面测量
反调修正
通过软件计算得到机床调整参数和理论齿面形貌数据分别输入到齿轮加工机床和齿轮测量中心，按机床调整参数加工的齿轮在齿轮测量中心上测量出齿面的实际坐标值，利用专用修正反调软件根据理论坐标值和实际坐标值之差，自动计算出机床调整参数的修正量，再传送到齿轮加工机床，重新进行加工、测量，一般经过1-2次反调即可加工出符合理论齿面形貌的齿轮。因此，经过闭环控制系统加工出来的齿轮符合理论设计参数。齿轮加工闭环控制系统的核心是齿面测量技术，以前我们无法对压力角和螺旋角等齿形参数进行检测，因此无法判断所加工的齿轮是否符合设计参数，由于机床调整误差的存在，就导致不同的企业生产同一种齿轮是不相同的，即使同一生产厂家不同批次的齿轮也很难做到完全互换。一汽车桥公司成功地将螺旋锥齿轮加工闭环控制系统应用于大批量生产中，取得了非常好的效果，产品质量得到国外用户的好评。齿轮加工闭环控制系统是螺旋锥齿轮加工的发展方向，对于汽车齿轮行业大批量生产具有较高的实用价值。
随着汽车行业的飞速发展，对零部件的制造质量提出了更加严格的要求，也促使了制造工艺、测量技术和装备的快速发展和更新换代。目前国内少数骨干企业螺旋锥齿轮的部分加工设备已达到西方国家的先进水平，但是制造工艺和测量技术还有一定的差距，只有通过持续的技术改造，加快对新工艺、新技术的研究和推广，产学研有效地结合，才能不断提高企业的产品研发能力，突破高端产品技术，实现由齿轮生产大国向齿轮强国的跨越，这是中国整个齿轮行业今后一个时期的重要任务和努力方向。
一汽解放汽车有限公司车桥分公司