汽车齿轮_汽车齿轮系
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论汽车齿轮材料、工艺及发展趋势
摘要
齿轮是汽车行业中主要的基础传动元件。其应用前景部分从汽车齿轮产品的应用领域、下游产品、国内外生产现状、国内潜在生产厂家、国外生产厂家及规模、国内外产量走势、市场状况及预测、供需状况分析及预测、国内需求厂家及联系方式等诸多方面对汽车齿轮产品市场状况及发展方向做了详细论述，可作为汽车齿轮产品深加工技术发展趋势导向的重要决策参考。
关键词：
汽车齿轮 汽车齿轮材料 汽车齿轮技术工艺 汽车齿轮发展趋势
汽车齿轮材料
齿轮是汽车行业主要的基础传动元件，通常每辆汽车中有18~30个齿部，齿轮的质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。齿轮加工机床是一种复杂的机床系统，是汽车行业的关键设备，世界上各汽车制造强国如美国、德国和日本等也是齿轮加工机床制造强国。国内领先的激光技术门户。
制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。
1.1锻钢
根据齿面硬度分为两大类 HB＜350时，称为软齿面 H8＞350时，称为硬齿面 1.1.1齿面硬度 HB＜350 工艺过程：锻造毛坯→正火--粗车→调质、精加工 常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB 特点：
具有较好的综合性能，齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好韧性。热处理后切齿精度可达8级。
制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。1.1.2齿面硬度 HB＞350 采用中碳钢时：
工艺过程：锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→高、中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。常用材料：
45、40Cr、40CrNi。特点：
齿面硬度高 HRC＝48-55，接触强度高，耐磨性好。齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高。精度下降半数，可达7级精度。
适用于大量生产，如：汽车、机床等中速中载变速箱齿轮。
采用低碳钢时：
锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→渗碳淬火→低温回火→磨齿。达6级、7级。
常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo。
1.2其他
铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮 ；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。
1.3发展趋势
未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。
技术工艺
技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。对于企业了解各类汽车齿轮产品生产技术及其发展状况十分有益。
2.1.锻造制坯
热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。
2.2.正火
这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准
备，以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为20CrMnTi，采用等温正火工艺。采用等温正火有效改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。
2.3.车削加工
为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。
2.4.滚、插齿
加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机。
2.5.剃齿
径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。
2.6.热处理
汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。
2.7.磨削加工
主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以提高尺寸精度和减小形位公差。
2.8.修整
这是变速器、驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起噪声异响。
2.9粉末冶金法
当前，用粉末冶金法可经济制造的齿轮主要种类有：正齿轮(外齿轮与内齿轮)、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、棘轮型齿轮、偏轴伞齿轮、斜齿轮、齿轮组件、链轮。2.9.1、粉末冶金概况
20世纪90年代以来，我国粉末冶金制品行业对外引进关键制造技术及硬件设备，进行大规模技术改造．为粉末冶金发展打下了良好基础。2.9.2、粉末冶金齿轮特点
粉末冶金齿轮在汽车、摩托车中所占的比例都远远大于其他领域中的粉末冶金零件，处于飞速发展的地位，如果按零件特点来分．齿轮属于结构类零件，在整个
铁基零件中所占的绝对质量也远远大于其他几类。
1)粉末冶金齿轮的品种和产量在日益增加，它们的应用范围日益广泛。2)用粉末冶金法制造齿轮时．材料利用率可达95％以上。这是因为： a．可直接成形为成品零件的形状：
b．烧结前的任何压坯废品． 都可重新粉碎和加以利用。3)粉末冶金齿轮的重复性非常好
4)粉末冶金法可将几个零件一体化制造．从而可省下以后的处理与组装费用。5)粉末冶金齿轮的材料密度是可控的。
6)在粉末冶金生产中，压模工作面的粗糙度非常好。
当然，粉末冶金法制造齿轮，也受到制造因素上的一些限制．一般说来。受到的限制主要是：
a．粉末冶金齿轮的最大横断面尺寸，取决于制造厂的压机能力：
b．由于压制与模具方面的原因，一般的涡轮、人字齿轮及螺旋角大于35°的斜齿轮都不能用粉末冶金法制造：
c．一般烧结铁基材料的；冲击值较低：虽烧结锻造材料的；冲击值比一般烧结材料高得多． 但仍不如相应成分的致密材料。
发展趋势
就国外汽车齿轮加工技术的新发展做一介绍,从中也可看出和国内的差距.3.1齿轮加工的干切技术
为了实现干切削,首先要研制开发出用于干切技术的刀具和机床.用于干切技术的刀具要能够保持稳定的寿命,相应的机床要能够将高温的切屑迅速排出.3.2滚齿干切技术
同旋向顺铣之干切和湿切的比较结果显示:干切比湿切可提高加工效率2倍,刀具寿命可提高5倍,同时由于没有使用切削油,干切的生产成本可降低40%之多.3.3插齿干切技术
使用高速钢干切插齿刀,粗插切削速度可比湿插提高1.5~2倍,加工效率提高1.3~1.5倍,刀具寿命可提高3~5倍。
3.4磨齿加工的应用
磨齿是齿轮精加工的一种方法,磨齿其最大优点是能加工淬硬齿轮。
3.5强力珩齿技术的发展
所以，为适应齿轮加工行业对制造精度、生产效率、清洁生产、提高质量的要求，制齿机床及制齿技术出现了以下发展趋势。
3.5.1.数控化
由于通过将机床的各运动轴进行CNC控制及部分轴间进行联动后，具有以下优点：
（1）增加了机床的功能，如滚削小锥度及鼓形齿轮等变得极为简单。
（2）缩短了传动链，同时采用半闭环或全闭环控制后，通过数控补偿可以提高各轴的定位精度和重复定位 精度，从而提高了机床的加工精度及C p值，增加了机床的可靠性。
（3）减少了辅助加工时间，增加了机床的柔性。
（4）利于提高机床的刚性及把热变形降到最底。
（5）更利于实施模块化设计及制造。
3.5.2.高速高效
齿轮加工机床如滚齿机、插齿机及磨齿机的高速化主要是指机床拥有高的刀具主轴转速和高的工作台转速，它们是提高切削效率的主要指标。高效加工是机床从各个方面采用了专用技术来得以保证：具有最佳吸振效果的铸造床身；使机床具有最佳热稳定性的集成冷却介质循环系统；切削区保护隔板大倾角及光滑设计使干式切削产生的切屑迅速有效排出；具有用预载的、无隙滚珠丝杆驱动的进给系统；具有耐磨损直线导轨或采用PLC控制的定量润滑铸铁导轨等。电主轴的应用使刀具主轴得到提高，而工作台转速的提高则是采用了高精度斜齿轮副或力矩电动机。电主轴及力矩电动机具有回转精度高、无反向间隙和不用维修等优点。3.5.3.高精度
由于采用了高精度、具有预加负荷的高刚性直线导轨、滚珠丝杆、滚动轴承、电主轴、力矩电动机及数控技术，使高速加工条件下的齿轮加工机床精度得到保证并有所提高。
3.5.4.功能复合功能复合型机床是指在一台机床上或工件一次装夹中，可以完成多道工序加工，从而提高工件的加工效率甚至精度。目前齿轮加工机床主要有以下功能复合组合形式：
（1）自动上料、车削、滚齿、倒棱、去毛刺、自动下料。（2）自动上料、车削、滚齿、倒角、自动下料。（3）自动上料、车削、滚齿、磨削、自动下料。（4）自动上料、磨内孔、车端面、磨齿轮、自动下料。（5）磨齿面、磨外圆、磨端面。
（6）自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、自动下料。（7）自动上料、滚齿、倒角、去毛刺、自动下料。（8）自动上料、铣弧齿锥齿轮、倒角、自动下料。（9）自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、甩干、自动下料。3.5.5.绿色环保
切削过程中应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。但是，在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境，特别是操作者的健康特别有害。为此，通常是将加工区用护罩封闭起来，安装上油雾分离器，使排出的只是不含油的雾，而切削油则重新流回机床内循环利用。但这并不能从根本上解决环保问题，因为变质切削液的更换排放会严重污染环境。3.5.6.智能化
数字化控制技术、传感器技术、信息技术和网络控制技术结合在一起，使数控齿轮加工机床的智能化水平更高。
智能化是齿轮机床提高可靠性、安全性、稳定性、复杂零件加工、精密加工和实现无人化生产的基础，还必将不断完善和提高。
结论：
齿轮加工正朝着高效、高精度及绿色制造方向发展，齿轮加工机床正朝着全数控、功能复合、智能化、自动化及信息化方向发展。中国齿轮加工机床制造商要抓住这一发展趋势，更好地为我国的汽车齿轮加工行业提供高效、复合、智能的装备。
参考文献
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附录一
表1 国内一些齿轮厂生产的发动机直齿轮
总成名齿轮名称
称
机油泵主动齿轮
玉林发机油泵传动齿轮
动机
机油泵从动齿轮
SL100 喷油泵传动齿套
3.2
无
42CrMo
3.2
无
轮厂
3.2
无
兴化齿
数 31
数 1.5
旋角（°）
无
角 20
齿
法向模
分度圆螺
齿形
材料
产厂 齿轮生
表2 国内一些齿轮厂生产的发动机斜齿轮
齿轮总成名齿轮名称
称
齿数
数
角（°）
（°）
厂
喷油泵齿轮
康明斯发动机6BT 曲轴齿轮 惰轮 空压机齿轮 凸轮轴齿轮
36 23 37 72
2.5 2.5 2.5 2.5 2.515 15 15 1520 20 20 20
20CrMo
湖北
20CrMo
汽车
20CrMo
齿轮
20CrMo
厂
20CrMo
法向模
分度圆螺旋
齿形角
材料
生产
表3 国内一些齿轮厂生产的变速器齿轮
齿
齿总成名称 齿轮名称
数
模数
螺旋角
角
中间轴
一级减速齿轮
CASS-20第五档齿轮
变速器
第二三当齿轮
倒车惰轮
20CrMnTi
2.5
20CrMnTi
总厂
2.5
20CrMnTi
城齿轮
2.5
20CrMnTi
吉林白
20CrMnTi
法向
分度圆
形
材料
产厂 齿轮生
表4 国内一些齿轮厂生产的汽车同步器用齿环
齿总成名称 齿轮名称
数
2档锁环式同步 长安4档锁环式同步SC1101
环
司
有限公
环
2.25
车同步器齿环
法向模数 齿形角（°）
材料
产厂 武汉汽齿轮生
表5 国内一些公司生产的差速器直齿锥齿轮
总成名齿轮名称 齿数 法向模数 齿形角
称
捷达 行星齿轮 半轴齿轮 行星齿轮13 10 16 10 16
4.5537 4.5537 3.74 3.74 5.3475 5.347524 22.5 22.5 22.5 22.5
TLVW4 216F 20CrMnTi 20CrMnTi 20CrMnTi 20CrMnTi
一汽集团哈尔滨汽车齿
轮厂
天津汽车齿轮厂
四川雅安通工齿轮厂
材料
齿轮生产厂
TJ1010 半轴齿轮
行星齿轮
SC110 半轴齿轮
表6 国内一些公司生产的装载机以及起重机的齿轮泵齿轮
法向模总成名称
齿轮名称
齿数
数
ZL20轮胎式装载机 差速器行星齿轮
半轴齿轮 主动齿轮
SQ4ZB2起重机
从动齿轮
20CrMnTi
车配件厂10 56
6.5 6.5 3
（°）20 20 20
20CrMnTi
齿形角
材料
齿轮生产厂
20CrMnTi 宜春齿轮厂 20CrMnTi 徐州盛泰吊
附录二
图1 直齿轮工程图
图2 锥齿轮工程图
图3 蜗杆工程图
图4 内齿轮工程图
图5 斜齿轮工程图
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