风机齿轮箱介绍
风力发电机组齿轮箱技术参数
风力发电机组齿轮箱技术参数
风力发电机组齿轮箱的技术参数包括增速比、额定输入功率、额定输入转速、额定输出转速、机械效率、环境温度、冷却方式、重量、外形尺寸和输出级中心距等。
增速比指的是齿轮箱输入转速与输出转速的比值，它决定了齿轮箱的增速能力。
额定输入功率是指齿轮箱在正常工作条件下能够承受的最大输入功率。
额定输入转速和额定输出转速则分别表示齿轮箱在正常工作条件下的输入和输出
转速。
机械效率表示齿轮箱将输入功率转化为输出功率的能力，通常以百分比表示。
环境温度是指齿轮箱所处环境的温度范围，它会影响齿轮箱的工作性能和寿命。
冷却方式是指齿轮箱的散热方式，通常有风冷和水冷两种方式。
重量和外形尺寸则表示齿轮箱的物理特性，对于安装和运输等方面有重要意义。
输出级中心距则是指齿轮箱输出轴之间的距离，它决定了齿轮箱与发电机的连接方式。
此外，风力发电机组齿轮箱还需要考虑其结构型式，如两级行星+一级平行轴结构等。
同时，齿轮箱还需要具备良
好的可靠性和耐久性，以适应风力发电的恶劣环境和长期运行的要求。
请注意，以上仅为风力发电机组齿轮箱的一般技术参数，具体参数会因不同的风力发电机组型号和规格而有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体的需求和条件来选择合适的齿轮箱。
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构
双馈式风电齿轮箱结构主要由以下几个部分组成：
1. 大轴：即主轴，其上装有风机的叶片，风力通过叶片驱动主轴旋转。
2. 小轴：即发电机轴，与主轴通过齿轮传动相连接，将旋转的动力传递给发电机。
3. 中间轴：位于主轴和发电机轴之间，通过齿轮传动将风机的旋转速度和发电机的旋转速度进行匹配，以提高效率。
4. 齿轮：由多个齿轮组成的传动装置，可根据需要进行多级齿轮传动。
5. 润滑系统：用于齿轮箱的润滑和冷却，以确保齿轮运转平稳和寿命延长。
6. 安全装置：包括齿轮箱温度、压力、震动等传感器，以及相应的监控和报警系统，用于监测齿轮箱的运行状态，并在异常情况下及时采取措施。
双馈式风电齿轮箱结构相对复杂，但在风力发电行业中得到广泛应用。
其主要特点是能够根据风机转速的变化对发电机进行调速，提高发电效率；同时，由于齿轮传动系统的存在，使得双馈式风电齿轮箱具有较高的承载能力和较长的使用寿命。
几种风电齿轮箱详细结构
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齿轮轮齿 损伤原因
1. 疲 劳
1. 局部断齿
2. 过 载
3. 冲 击
1. 过 载
2. 磨 损
2. 润滑剂不洁
1. 齿面硬度低
3. 点 蚀
2. 过 载
3. 载荷不均
4. 胶 合
1. 供油不良 2. 齿轮精度低 3. 温度过高 4. 齿面硬度低
1. 疲 劳
5. 齿根疲劳裂纹
2. 过 载
3. 齿根圆角处热处
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• 对于风电齿轮箱，对于所有的齿轮和轴承 我们都要采用强制润滑。原因有：
• 1、强制润滑可以进行监控，而飞溅润滑是 监控不了的。从安全性考虑采用强制润滑。
• 2、现在风电齿轮箱功率越来越大，其功率 损耗也越来越大，因此飞溅润滑已经满足 不了冷却的作用。这是需要进行强制润滑。
• 下为润滑实例：（以1500KW齿轮箱为例）
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平行级齿轮的润滑类型及其判断
损坏部件 齿轮
轴承 轴 箱体 紧固件 油封
故障比例（%） 损坏表现形式
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断齿、点蚀、胶合、磨损、疲
劳裂纹、其他
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烧伤、滚珠脱出、保持架变形
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断裂、磨损
7
变形、裂开
3
断裂
1
磨损
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• 上表中列举了齿轮箱中各类零件损坏的百 分比。由表可见，在齿轮箱中齿轮本身的 故障所占比重大，为60%。说明在齿轮传 动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其 运行维护水平是关键问题。齿轮在机械加 工中是一种高度复杂的成形零件，而在高 速、重载下运行的齿轮，其工作条件又相 对比其他零部件恶劣。
一、风电齿轮箱的传动结构类型与工作原理
齿轮箱概述
第一节概述风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。
通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。
根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。
为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。
由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。
对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。
还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。
不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。
在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。
如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。
因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。
第二节设计要求设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。
通常应采用CAD 优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
风力发电机组齿轮箱故障分析及检修讲解
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍 二、常见一般故障的处理 三、常见齿轮箱大修故障分析 四、风电齿轮箱的使用、维护和检查
一、风力发电机组齿轮箱简单介绍
（一）、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其 主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使 其得到相应的转速。使齿轮箱的增速来达到发电机发电的要求。 （二）、认识齿轮箱从铭牌开始
2、由温控阀控制大小循环。 从图中可以看出它有此齿轮箱只有 一个双速电机控制齿轮油冷却循环系统 ，在Vestas600kW Hansen与Valmet的 齿轮箱上在三轴轴端装配了一个与三轴 同步的齿轮油泵，当风力机启动并网后 齿轮油泵达到额定转速开始工作。在温 控阀的作用下齿轮油循环，当油温达到 45度时温控阀慢慢开启，冷却电机在低 带状态下运行，此时大小循环同时存在 。当油温达到55度时，大循环开启，冷 却电机在高速下运行。此时齿轮油的压 力在压力阀的控制下运行在 0.5bar(+_0.2bar)的范围内，保证有一 定的压力向齿轮啮合面与轴承喷射齿轮 油。当温度下降时，冷却电机先向低速 降速，同时温控阀也在向小循环过渡。 当风力机停机后齿轮油循环停止。这样 的系统非常智能化，比较节能。
每一台齿轮箱都会有一 个铭牌，铭牌就是它的 身份。 从右下图可以看出它的生 产厂家、生产地、传动比、 出厂序列号、型号、功率、 输入输出转速、齿轮油粘 度指标、齿轮油质量、齿 轮箱重量 右上图是齿轮箱选用的油 类型，加油量、加油时间
（三）、几种常见的风力机齿轮箱内部结构
一级行星两级平行轴斜齿，齿轮 箱分两个部分，行星齿箱部分与 斜齿箱部分。箱体特点：体积小 ，传递功率大，运行平稳，加工 困难。这样的齿轮箱有 Vestas600kW Hansen箱体， NegMicon750kW Flender箱体。
风电机组齿轮箱的概况
1. SL1500风电机组齿轮箱的概况2. SL1500风电机组齿轮箱的结构原理3. SL1500风电机组齿轮箱的附件一、齿轮箱的概况1. 安装于主机架2. 位于机舱中部偏叶轮部分3. 齿轮箱的重量约占机舱重量的1/21.1 基本参数1.2 结构特点主轴置于齿轮箱的部。
不需要现场主轴对中;主轴轴承采用稀油润滑,效果更好；大大减小了机舱的体积。
采用两极行星、一级平行轴机构传动。
提高了速比，降低了齿轮箱的体积。
采用先进的润滑与冷却系统，使每个润滑点都可以得到充分的润滑，确保了齿轮箱的使用寿命。
需要高转速 低转速将低转速的动能转化为高转速的动能 发电机 齿轮箱 叶轮1.3 齿轮箱的作用及工作过程1.3.1 齿轮箱的作用：将风轮的动能传递给发电机,并使其得到相应的转速。
1.3.2 齿轮箱的工作过程：风作用到叶片上，驱使风轮旋转。
旋转的风轮带动齿轮箱主轴转动并将动能输入齿轮副。
经过三级变速，齿轮副将输入的大扭矩、低转速动能转化成低扭矩、高转速的动能，通过联轴器传递给发电机。
发电机将输入的动能最终转化为电能并输送到电网。
1.4 风电机组中齿轮箱的工作概况环境条件恶劣：风大、砂尘、盐雾、潮湿、高温、严寒工作条件复杂：风速风向多变、强阵风、高空无人值守要求高可靠性、高效率、高安全性要求工作寿命长：二十年（175200小时）输入输出速比大加工制造要求高二.齿轮箱的结构原理2.1 箱体部分1.整个箱体分为4个部分。
2.满足轴承、轴、外部附件的安装并提供行星轮传动的外齿圈3. 通常采用球墨铸铁铸造而成2.1.1 风电机组中齿轮箱的载荷齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。
其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。
阻尼：在机械物理学中，指系统的能量的减小。
摩擦阻尼：摩擦阻力生热使系统的机械能减小。
辐射阻尼：周围质点的震动，能量逐渐向四周辐射。
刚度：受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。
风机齿轮箱讲义课件
工作原理
风机齿轮箱的工作原理是将风力通过风轮叶片转化为扭矩，再通过齿轮箱内部的齿轮传动系统将扭矩传递给发电机或其他机械装置，从而将风能转化为机械能。
齿轮传动系统
齿轮传动系统是风机齿轮箱的核心部分，包括行星齿轮、主轴齿轮和轴承等部件，通过这些部件的相互配合，实现扭矩的传递和转换。
水平轴风机齿轮箱是常见的一种类型，其风轮叶片与地面平行，转速相对较低，适用于中低风速地区。
确保工作区域安全，准备好所需的工具和材料，如螺丝刀、扳手、润滑油等。
准备工作
检查风机齿轮箱的基础是否平整、牢固，确保符合安装要求。
基础检查
按照说明书逐步组装风机齿轮箱的各个部件，确保每个部件都正确安装。
部件组装
将风机齿轮箱与风机的其他部分连接并固定，确保连接牢固、稳定。
连接与固定
始终遵循安全操作规程，确保工作人员的安全。
持续增长的市场需求
01
随着全球能源结构的转型和可再生能源的发展，风力发电行业将继续保持快速增长。作为风力发电机组的核心部件，风机齿轮箱的市场需求也将持续增长。
竞争格局的变化
02
随着技术的不断进步和市场需求的增长，风机齿轮箱行业的竞争格局将发生变化。具备技术创新能力和规模优势的企业将在竞争中占据优势地位。
定期向箱体内注入润滑油，保证齿轮和轴承的正常运转。
润滑油注入装置
03
CHAPTER
风机齿轮箱的维护与保养
检查风机齿轮箱的外观，确保没有异常的噪音、振动或泄漏。
每日检查
油位检查
清洁与紧固
确保油位在正常范围内，不足时及时补充。
定期清洁风机齿轮箱表面，并检查紧固件是否松动。
03
02
01
根据设备要求，定期更换润滑油。
风电齿轮箱介绍
行星轮系中，两个中心轮有一个固定（目前常见的为齿圈固定）；差动轮系中，两个中心轮都 可以动。目前国内外常见的风电齿轮箱主要为行星轮系结构，但也有部分厂家选用的为差动轮 系。因此本文主要介绍的是行星轮系结构。
行星轮系相对平行轴系的优点：结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、噪音小等； 行星轮系相对平行轴系的缺点：结构复杂、加工要求高、装配要求高等。
2020/5/4
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5
一级行星两级平行结构
该种结构主要用于2MW以及2MW以下功率的风电齿轮箱，用一组 平行级代替行星级，可靠性高，但体积与重量大
2020/5/4
2020/5/4
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14
齿轮箱铭牌
2020/5/4
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行星级
某1.5MW齿轮箱装配图
高速级
2020/5/4
中间级
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风电齿轮箱结构详细描述
行星级
收缩盘
扭力臂 喷油环
行星架
行星架叶片 侧轴承
行星架透盖
2020/5/4
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箱体 齿圈 行星轮 销轴 行星轮轴承 行星架电机侧 轴承 喷油环 太阳轮
17
中广核桥六第二风电场
2017年8月25日
风电齿轮箱简介
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风力发电机结构图
双馈式风机
2020/5/4
永磁直驱式风机
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3
风电主齿轮箱结构
齿轮箱结构：
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通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。
根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。
为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。
由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应站内广告站内搜索关键字教育论文搜索栏目导航·土建水利·机械制造·交通运输·石油能源·生命环境·化学化工·电子通信·自动化·综合工程相关论文·[图文]风力发电商业化问题该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。
对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。
还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。
不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。
在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。
如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。
因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。
第二节设计要求设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。
通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
一、设计载荷齿轮箱作为传递动力的部件，在运行期间同时承受动、静载荷。
其动载荷部分取决于风轮、发电机的特性和传动轴、联轴器的质量、刚度、阻尼值以及发电机的外部工作条件。
风力发电机组载荷谱是齿轮箱设计计算的基础。
载荷谱可通过实测得到，也可以按照JB/T1030 0标准计算确定。
当按照实测载荷谱计算时，齿轮箱使用系数KA＝1。
当无法得到载荷谱时，对于三叶片风力发电机组取KA=1.3。
二、设计要求风力发电机组增速箱的设计参数，除另有规定外，常常采用优化设计的方法，即利用计算机的分析计算，在满足各种限制条件下求得最优设计方案。
（一）效率齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。
功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。
齿轮的效率在不同工况下是不一致的。
风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。
（二）噪声级风力发电增速箱的噪声标准为85dB（A）左右。
噪声主要来自各传动件，故应采取相应降低噪声的措施：1. 适当提高齿轮精度，进行齿形修缘，增加啮合重合度；2. 提高轴和轴承的刚度；3. 合理布置轴系和轮系传动，避免发生共振；4. 安装时采取必要的减振措施，将齿轮箱的机械振动控制在GB/T8543规定的C级之内。
（三）可靠性按照假定寿命最少20年的要求，视载荷谱所列载荷分布情况进行疲劳分析，对齿轮箱整机及其零件的设计极限状态和使用极限状态进行极限强度分析、疲劳分析、稳定性和变形极限分析、动力学分析等。
分析方法除一般推荐的设计计算方法外，可采用模拟主机运行条件下进行零部件试验的方法。
在方案设计之初必须进行可靠性分析，而在施工设计完成后再次进行详细的可靠性分析计算，其中包括精心选取可靠性好的结构和对重要的零部件以及整机进行可靠性估算。
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常用齿轮箱形式及其特点和应用见表.20.1-1。
（表20.1-1 风力发电齿轮箱的主要类型和特点）。
二、齿轮箱图例（各种齿轮箱图例如图20.1 ～ 20.7 所示）。
第四节齿轮箱的主要零部件箱体结构箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。
箱体的设计应按照风电机组动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。
应注意轴承支承和机座支承的不同方向的反力及其相对值，选取合适的支承结构和壁厚，增设必要的加强筋。
筋的位置须与引起箱体变形的作用力的方向相一致。
箱体的应力情况十分复杂且分布不匀，只有采用现代计算方法，如有限元、断裂力学等方法辅以摸拟实际工况的光弹实验，才能较为准确地计算出应力分布的状况。
利用计算机辅助设计，可以获得与实际应力十分接近的结果。
采用铸铁箱体可发挥其减振性，易于切削加工等特点，适于批量生产。
常用的材料有球墨铸铁和其他高强度铸铁。
用铝合金或其他轻合金制造的箱体，可使其重量较铸铁轻20%~30%，但从另一角度考虑，轻合金铸造箱体，降低重量的效果并不显著。
这是因为轻合金铸件的弹性摸量较小，为了提高刚性，设计时常须加大箱体受力部分的横截面积，在轴承座处加装钢制轴承座套，相应部位的尺寸和重量都要加大。
目前除了较小的风电机组尚用铝合金箱体外，大型风力发电齿轮箱应用轻铝合金铸件箱体已不多见。
单件、小批生产时，常采用焊接或焊接与铸造相结合的箱体。
为减小机械加工过程和使用中的变形，防止出现裂纹，无论是铸造或是焊接箱体均应进行退火、时效处理，以消除内应力。
为了便于装配和定期检查齿轮的啮合情况，在箱体上应设有观察窗。
机座旁一般设有连体吊钩，供起吊整台齿轮箱用。
箱体支座的凸缘应具有足够的刚性，尤其是作为支承座的耳孔和摇臂支座孔的结构，其支承刚度要作仔细的核算。
为了减小齿轮箱传到机舱机座的振动，齿轮箱可安装在弹性减振器上。
最简单的弹性减振器是用高强度橡胶和钢垫做成的弹性支座块，合理使用也能取得较好的结果。
箱盖上还应设有透气罩、油标或油位指示器。
在相应部位设有注油器和放油孔。
放油孔周围应留有足够的放油空间。
采用强制润滑和冷却的齿轮箱，在箱体的合适部位设置进出油口和相关的液压件的安装位置。
齿轮和轴的结构风力发电机组运转环境非常恶劣，受力情况复杂，要求所用的材料除了要满足机械强度条件外，还应满足极端温差条件下所具有的材料特性，如抗低温冷脆性、冷热温差影响下的尺寸稳定性等等。
对齿轮和轴类零件而言，由于其传递动力的作用而要求极为严格的选材和结构设计，一般情况下不推荐采用装配式拼装结构或焊接结构，齿轮毛坯只要在锻造条件允许的范围内，都采用轮辐轮缘整体锻件的形式。
当齿轮顶圆直径在2倍轴径以下时，由于齿轮与轴之间的连接所限，常制成轴齿轮的形式。
为了提高承载能力，齿轮、轴一般都采用合金钢制造。
外齿轮推荐采用20CrMnMo、15CrNi6、17Cr2Ni2A、20CrNi2MoA、17CrNiMo6、17Cr2Ni2MoA 等材料。
内齿圈和轴类零件推荐采用42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等材料。
采用锻造方法制取毛坯，可获得良好的锻造组织纤维和相应的力学特征。
合理的预热处理以及中间和最终热处理工艺，保证了材料的综合机械性能达到设计要求。
齿轮箱内用作主传动的齿轮精度，外齿轮不低于5级GB/T10095，内齿轮不低于6级GB/T10095。
通常采用最终热处理的方法是渗碳淬火，齿表面硬度达到HRC60+/-2，具有良好的抗磨损接触强度，轮齿心部则具有相对较低的硬度和较好的韧性，能提高抗弯曲强度，而通常对齿部的最终加工是采用磨齿工艺。
加工人字齿的时候，如是整体结构，半人字齿轮之间应有退刀槽；如是拼装人字齿轮，则分别将两半齿轮按普通圆柱齿轮加工，最后用工装将两者准确对齿，再通过过盈配合套装在轴上。