车桥锥齿轮研究

1、车桥锥齿轮的要求
市场对整车的要求
节能环保 高功率化 舒适性 市场竞争力
整车对车桥的要求 轻量化 小型化
车桥对锥齿轮的要求 减小外形尺寸 提高承载能力
提高齿轮精度 合理选材 优化工艺
传递高扭矩
振动小 噪音低 成本低 速比宽
2、车桥锥齿轮应对措施
1)齿轮的高强度化制造技术 2)齿轮的高精度制造技术 3)降低齿轮生产成本的技术
国内锥齿轮常用材料
主动齿轮 20CrMnTiH SCM822H 20CrNiMoH 17CrNiMo6H 从动齿轮 20CrMnTiH SCM822H SCM822H SCM822H 典型应用 东风380 东风415 435 462 485 500 解放420 解放457 东风500
20CrNi3H
车桥锥齿轮研究
福田汽车工程研究院 2007.01.23
目
1、车桥锥齿轮的要求 2、车桥锥齿轮应对措施 3、影响锥齿轮寿命因素
录
4、车桥锥齿轮台架试验寿命的研究分析
前言
车桥锥齿轮的设计及评价要素、锥齿轮加工艺特点等在2006年12月 完成的《中重型驱动桥产品技术研究》已有阶段性的汇报，本报告重点 研究从齿轮制造方面提高齿轮强度、齿轮寿命的方法
Gleason淬火压床
Biblioteka Baidu表面强化技术
喷丸强化技术的应用 提高齿轮表面残余压应力： -300～-400Mpa
提高齿轮疲劳寿命40%
喷丸强化设备
表面处理技术 电抛光修形处理技术 改善齿轮表面形貌—粗糙度Ra降低0.8级 提高齿轮精度—提高1～2级 降低噪音—2～4dB
表面加工技术
磨齿技术 降低啮合噪音
冷锻后渗碳
减少C、Si、Mn，改善冷加工性。 冷锻齿轮钢的改进 添加适量的B，确保淬透性。 适量添加Al、Nb、Ti和N等，控制晶粒度
3、影响锥齿轮寿命的因素
淬透性的最佳化 渗碳层的强韧化 晶粒细化 减少晶界氧化
齿轮用钢
精度 真空渗碳 的利用 热 处 理
齿根应力
设 计 齿面应力 冲击负荷
添加强化晶界元素
减少非金属夹杂物，细化晶粒 通常渗碳条件下适当残存 调节渗碳气氛及热处理工艺 提高300℃抗软化能力 选择合理的有效硬化层深
灵活使用Mo、B
降低氧含量，细化 MnS 增加Mo含量
增加Si、Cr、V含量
1)齿轮的高强度化制造技术（续） ②齿轮强化技术的应用
分类 喷丸强化 真空渗碳 目的 提高表面残余压应力 消除非马氏体表层 途径 40～60μ m微粒喷丸 双级喷丸强化技术
②高精度淬火技术
真空渗碳气体冷却 两相区渗碳淬火 盐浴分级淬火 热处理数值模拟技术
③从动齿轮压力淬火技术
压力淬火机器人的研制
3)降低齿轮生产成本的制造技术
分类 高温渗碳 快速渗碳 途径 方法
快速渗碳钢
快速真空渗碳钢 改进渗碳工艺
添加Nb或Ti等元素
增加Si,改善渗碳性能 渗碳气氛（50%CO、50%H2）
齿轮寿命 加工
碳氮共渗的应用 加工硬化
塑性变形
4、车桥锥齿轮台架试验寿命的研究分析
13% 19% 30%
材料 切齿工艺 热处理工艺 试验设备
试验设备的因素在本文不作介绍
38%
1）材料
齿轮钢的冶炼及含氧量指标：钢材的含氧量过高易导致齿轮表面产生微裂纹， 是疲劳裂纹的根源，而大气冶炼钢含氧量在30~40PPm；真空冶炼钢含氧量在 20PPm以下，钢材含氧量减少一半，寿命呈几何级数增。[依维柯桥齿轮材料 21CrNiMoH要求技术要求氧含量在10PPm，需钢厂特别冶炼，国外齿轮钢、轴承 钢含氧量多控制在10PPm以下，部分在5PPm以下] 材料的纯度及化学成份的稳定性：材料的纯度及化学成份的稳定性主要关系到 热处理的稳定性，化学成份变化范围大，导致同样规范的热处理变形大，难以 控制和消除，降低齿轮精度，影响齿轮寿命。 旧钢种的推陈出新 低氧含量，低Si、P含量、窄带Cr-Mn-Ti钢的应用 低Si、P、低Mo Cr-Mo钢的应用 高强度齿轮钢的开发 Ni-Cr-Mo钢开发 高Mo钢的开发（Mo含量0.5～0.70%） Cr-Mo-B钢的开发 重型车桥齿轮用钢体系的建立和完善 Cr-Mn-Ti系 Cr-Mo系 Cr-Mo-B系 Ni-Cr-Mo系
MXCRL765型 三坐标测量仪
gleason600HTT数控检验机
3）热处理工艺
热处理
工
要
艺：建立不同齿轮参数的最佳渗碳条件，减少和控制齿轮热处理变形
求：全面实现热处理技术要求 减少表面非马氏体组织 控制渗层碳化物、马氏体、残余奥氏体级别 调整冷、热加工相匹配，控制变形
无罐气体渗碳炉自动线
易卜森连续炉
修正热处理的齿面变形 提高齿轮精度 提高齿轮的使用寿命 降低齿轮传动误差 降低齿面粗糙度
达成目标：降低噪音7-10dB
GLEASON磨齿机
谢谢大家
碳氮共渗处理
渗碳精锻复合技术 表面处理 高浓度渗碳
提高齿面抗软化能力
提高齿轮冲击疲劳强度
氮含量提高到0.6%左右
渗碳后精锻齿型并直接淬火
降低摩擦系数、抑制齿温升 表面涂覆特殊功能膜 高，提高耐磨性,耐腐蚀性。 提高齿面硬度 渗碳时碳化物弥散析出
2)齿轮的高精度制造技术 ①合理选材
选择适当淬透性的钢种 缩小淬透性带宽 奥氏体晶粒度的稳定细化
1)齿轮的高强度化制造技术 ① 高强度齿轮钢的开发
分类 目的 减少非马氏 体表层 提高 弯曲 疲劳 强度 强化晶界 提高纯净度 残余奥氏体 的灵活应用 提高 接触 疲劳 强度 提高齿面耐 压能力 途径 减少氧新合力大于铁的合金元素 减少氧新合力大于铁的合金元素 减少晶界脆化元素 方法 减少Si、Mn、Cr含 量 增加Ni、Mo含量 减少P、Mn含量
齿轮接触及弯曲应力控制 设计参数 关 键 参 数 的 确 定 齿轮传动性能的控制 锥齿轮软件的应用 切齿参数的优化
加工参数
接触区修正
V/H检验法 经验修正法 TCA分析法 热变形规律反推法等
提高齿轮接触区稳定性的途径
切齿机床精度控制 切 齿 精 度 的 控 制 刀具精度的控制 切齿定位基准控制 热后精加工基准控制
25MoCr4EH
SCM822H
25MoCr4EH
山汽改485
北方奔驰
SCM822H------22CrMoH
2）切齿工艺
要求:实现齿轮质量的稳定控制
GLEASON-600HC数控切齿机
格里森凤凰116CNC铣齿机
M&M 3525-4ER齿轮检测中心
GLEASON-600HTT数控检验机
确定并能控制决定齿轮接触区的关键参数