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)通過大量引進高端設(shè)備使加工能力有了長足的進步與國際先進水平已相當(dāng)接近。國產(chǎn)齒輪加工機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)控齒輪機床仍然以進口設(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、研齒機以及齒輪測量中心在國內(nèi)仍居顯著的優(yōu)勢地位。 
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性變形的均勻金相組織：對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較低，目前推薦采用精鍛齒輪。螺旋錐齒輪加工計算和機床調(diào)整，以往非常復(fù)雜和耗時的手工操作已被現(xiàn)代專用軟件和計算機程序所取代，有限元分析的引入使工藝參數(shù)設(shè)計更為可靠和便捷：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齒輪多采用滲碳壓淬工藝。齒輪材料及其熱處理技術(shù)發(fā)展是齒輪加工中對變形控制具有挑戰(zhàn)性的課題。

齒輪加工中測量技術(shù)的同步發(fā)展對齒輪制造水平的提高同等重要。傳統(tǒng)的幾何測量與綜合測量方法由于三坐標(biāo)技術(shù)的發(fā)展以至齒輪測量中心的出現(xiàn)而在測量精度、效率、范圍等方面得到極大改善。齒廓空間形面測量成為現(xiàn)實（如圖1）使螺旋錐齒輪計算、加工、測量、反饋調(diào)整可在數(shù)控系統(tǒng)中實現(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世紀初，將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實即世界上出現(xiàn)第一臺齒輪加工機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足進步主要表現(xiàn)在加工機床、檢測手段、計算分析技術(shù)等方面，其核心推動力是計算機數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展。因此，齒輪進入實際加工前，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)是個比較大的概念，借助不同的專業(yè)軟件可進行結(jié)構(gòu)強度、運動學(xué)、動力學(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)計方法和思路。通過分析對強度、壽命的預(yù)測可使單純的幾何設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽啃栽O(shè)汁；加速由二維CAD轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實本進而實現(xiàn)數(shù)值模型設(shè)計。 
b.最大限度地降低試制、試驗成本，縮短開發(fā)周期。通過分析提高試制、試驗“一次成功率”。 
C.生產(chǎn)時獲得可靠的齒輪結(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)過程中針對市場進行齒輪結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性更改時通過數(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進行規(guī)律性驗證，以判斷其置信度水平是否滿足實際要求否則將不具實用意義。數(shù)值分析的有效性取決于計算數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、幾何實體模型的精確程度、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體數(shù)值模型，對于螺旋錐齒輪的齒廓曲面以往很難獲得精確的實際模型，現(xiàn)在已能夠?qū)崿F(xiàn)（如圖2）：對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)可通過試驗測試獲得，而對于潤滑、溫度、相對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，實現(xiàn)齒輪數(shù)值分析技術(shù)的成熟應(yīng)用不會期待很久。 
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，不能簡單地憑借精度及，圖紙符合程度來評判其優(yōu)劣，滿足產(chǎn)品要求同時又具有最優(yōu)性價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 
基本原理是對于新產(chǎn)品、材料 （批次）、工藝等變動時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)律性不強時調(diào)整效果不好。目前有條件的企業(yè)可以利用齒輪測量中心實測齒面三維數(shù)據(jù)來調(diào)整效果會有較大改善（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)，傳動過程中嚙合齒面齒向正確位置會發(fā)生偏移，可在加工時進行螺旋角修正；對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檢驗的方法來確定切齒預(yù)調(diào)修正，進而對接觸區(qū)的敏感性進行控制。 
（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)致的傳動誤差密切相關(guān)。通過傳動誤差測量和分析技術(shù)對噪聲和壽命進行預(yù)測，進一步優(yōu)化切齒參數(shù)來進行預(yù)調(diào)修正。該技術(shù)尚未進入控制生產(chǎn)的實用階段。 
（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)限制相對較弱，在實際滿載或超載工況下產(chǎn)生齒輪錯位（偏離正確嚙合位置）在所難免。如對于重型車后橋的準(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)加載的錯位量轉(zhuǎn)化為切齒調(diào)整參數(shù)進行修正。 
3.微觀修形技術(shù) 
汽車齒輪傳動追求的技術(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)性價比?？梢?，汽車齒輪技術(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現(xiàn)運動的能力：另一方面又要有精確的測量分析方法和手段。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)大體來自兩個方面，一是自身經(jīng)驗二是引進國外產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)化的要求，對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)計和砂輪修整。齒向修形主要控制承載接觸區(qū)位置及其擴展?fàn)顟B(tài)和補償溫升導(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、磨齒機以及螺旋錐齒輪銑齒機（刀傾）調(diào)整完成。存在的主要問題是，修形方法的合理性驗證需要研究以及修形參數(shù)的試驗依據(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 
在機械零件中，齒輪相對復(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)備的功能擴充，可稱為“寄生工藝”，不需要大的工藝成本投入，通過針對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)對于提高齒輪性價比的意義顯而易見。 
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)出的高性價比才是產(chǎn)品追求的最終目標(biāo)。因此運用技術(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)可靠的試驗數(shù)據(jù)庫才最具意義。