略论直齿锥齿轮国内外发展与现状

略论直齿锥齿轮国内外发展与现状

摘要：齿轮机床的数控化尽管起步晚，但发展速度相当惊人。正如业内专家

所言，中国数控齿轮加工机床已成为我国机床产品的强项之一。成系列六轴四联

动数控滚齿机、七轴五联动蜗杆型砂轮磨齿机、七轴六联动弧齿锥齿轮磨齿机，

都是最近几年来进入批量生产的具有世界先进水平的机床新品[1]。

关键词：锥齿轮、传动、啮合、展成

一、国外发展与现状

在汉诺威欧洲国际机床展览会上，反映出西方国家企业发展的一个重要的动向，那就是一个行业与其相关行业之间组建成集团的倾向明显加强。欧洲国家正

在跨越竞争屏障，采取合作生产的方式，为其产品寻找出路[3]。

在这种形势下，齿轮加工机床生产厂和测量仪生产厂联手组成集团的行动十

分活跃，其效果也反映到齿轮加工中来。目前，最引人注目的企业集团有：以德

国KINGELNBERG为核心的欧洲SIGMA POOL的LIEBHERR，LORENZ，OERLIKON等实体；美国GLEASON和德国的测量机厂HOFLER组成的联合体等，这些集团或实体

的组成，都显示着齿轮设计和加工进入了一个新的时代。

KLINGELNBERG集团的锥齿轮加工

1. 通常的加工方法

过去大多采用的锥齿轮加工方法首先在切齿机上加工出齿形，然后再进

行淬火，如果对齿轮精度要求高时，还应进行研磨加工。齿轮运转时产生的

噪声和振动，不仅取决于切齿机床的设计、精度及加工，而且取决于齿轮本身的

设计及制作工艺，尤其是热处理的影响往往超过加工过程的影响。

迄今，减少振动和噪声，保证顺利传递动力的方法，一直是对齿轮进行研磨，以提高其形状精度和改善齿面的表面粗糙度。但是，这种方法要求必须对齿轮进

行严格的组配控制，即工件间完全没有互换性。它要求每个齿轮都必须按标准制作，不能出现任何差错，研磨后必须清洗干净，齿面上不能残留磨料。

2. 新开发的加工系统

齿轮加工由于有复杂的齿面形状和很高的形状精度要求，因此其加工机床的

结构也相当复杂。在齿轮展成过程中，工件和刀具必须同步动作，且要保持严格

的精度。为了满足这些要求，齿轮加工机床正朝着CNC方向发展。

当前，由于齿轮加工机床的高精度化、加工机床与齿轮测量机组合的闭环化，以及对齿面啮合的评价等各项效果相互促进，使齿轮磨削后不必再进行研磨加工，从而使齿轮制造技术跨入一个新的时期。某集团开发研制的新型加工系统不仅可

以省去研磨工序、降低产品的加工成本，而且可以改善作业环境，减少产品的不

一致性，防止因损伤而影响成品合格率。此外，新型加工系统除了可提高齿轮精

度以外，为降低啮合时的噪声，还可在磨齿时采用补偿的方法，效果十分理想。

以上优点都是过去的加工方法难以达到的。

二、国内发展与现状

我国的齿轮加工技术远远落后于欧美的发达国家。锥齿轮在几何上比较复杂，其设计和制造方法密切相关，加工中的切齿调整方案直接影响着齿轮副的啮合质量。而我国在生产中广泛使用的用于锥齿轮设计与加工的各种计算卡和计算机软

件大多停留在20 世纪70 年代初期的水平，其切齿计算中的控制参数多，不易

操作使用，切齿计算结果在很大程度上取决于操作者的经验和技术水平。我国航

空用锥齿轮的设计中对静态性能的考虑较多，而对动态性能考虑不足，因此可靠

性与国外相比有较大差距。由此可见，关于锥齿轮的设计、加工和材料的讨论对

于提高我国锥齿轮的设计水平、降低研制成本、提高产品质量，具有重要的理论

和实践意义。

尽管国内齿轮机床行业取得了如此令人瞩目的业绩，但与国外同行业厂家相比，还存在如下问题：

1、中国齿轮机床整体水平与国外相比存在较大差距，产品质量与欧、美、

日本产品相比，差距明显。我国齿轮机床在品种上比较齐全，但规格不够完善；

主机产品发展较好，但辅助机械仍较为落后；且高端产品、自动化产品不足，数

控机床比例低。

2、中国齿轮机床行业大部分企业仍为国有企业，受国有体制的制约，机制

不灵活，整体发展速度和新产品开发速度偏慢。

3、中国齿轮机床产品精度、可靠性、稳定性有待进一步提高。

4、国内外行业竞争进一步加剧，无序竞争、不公平竞争有所抬头，新竞争

者不断涌入，行业格局面临重新洗牌[2]。

目前，我国以上海汽车齿轮总厂、陕西法士特公司为代表的骨干齿轮制造企

业和研究所，完成了汽车齿轮、摩托车齿轮、工程机械齿轮传动、农机齿轮、工

业齿轮变速箱和高速重载齿轮、特殊专用齿轮传动、齿轮专用装备等各类产品的

技术引进和消化，使我国齿轮传动制造业近十年得到了跨越式发展。

首先，汽车手动变速箱（含重、中、轻、微），轿车变速箱，摩托车齿轮，

工程机械换挡变速箱，大、中型农机变速传动的配套，已经基本立足国内生产，

基本满足了主机厂的配套需要，并已经有部分齿轮件出口或变速箱出口。在汽车

自动变速箱方面，目前仍被进口产品控制。

其次，在车辆驱动桥、主被动螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮及轮边减速机方面，

大部分能满足国内配套需要。以东风车桥为代表的驱动桥与锥齿轮产业正在整合

重组发展，已经看到快速发展的希望。

第三，在工业通用变速箱领域，SEW等一批国外独资企业的进入激活了中国

工业通用变速箱市场，以江浙一大批民营工业变速箱企业为代表，在产品系列化、模块化、质量与技术水平方面，最近五年有了突飞猛进的发展，形成了与国际品

牌的激烈竞争。我国企业生产的部分产品达到了国际水平，有部分产品已经出口

欧美。

第四，在高速重载齿轮传动制造方面，我国有以南京高精齿轮股份有限公司（南京高速齿轮箱厂）、重庆齿轮箱厂、杭州前进齿轮箱集团、郑州机械研究所、洛阳中重减速机公司、沈阳矿山减速机公司为代表的企业。这些企业在引进技术

的过程中，为我国大型成套装备配套与船舶工业的发展做出了重大贡献。

第五，特殊、专用齿轮传动方面，如非圆齿轮、塑料齿轮、粉末冶金齿轮、

小模数齿轮等，我国目前没有形成龙头企业，企业的技术潜力尚待发挥。

第六，齿轮专用装备方面，近五年来民营企业发展较快，国有企业发展比较慢。大多数国有齿轮装备制造企业的装备可靠性指标进步较慢，致使齿轮行业的

大部分主导精加工装备仍是以进口为主。目前齿轮企业装备国产化的希望主要有：重庆机床厂、南京二机床的数控机床；螺旋锥齿轮磨齿机床的研制成功；天津元

昊公司数控螺旋锥齿轮切齿机床的批量供货；杭州天辰公司精密齿轮检具、量具、夹具等。这些都让我国齿轮行业看到了自立创新、自主发展的希望。

三、锥齿轮采用的材料

我国制造锥齿轮的材料主要是钢，其次是铸铁，在某些场合，也可使用非金

属材料[4]。从经济性考虑，在锥齿轮设计制造时，一般应优先选用价廉、易得的

优质碳素钢，尽量少用或不用昂贵的合金钢。用于制造锥齿轮的非金属材料主要

是塑料，如夹布胶木、木质塑料以及尼龙等。塑料锥齿轮的振动和噪音小，但其

承载能力低，可用于高速轻载和要求低噪音的场合。国产材料加工的锥齿轮在齿

面接触、齿根弯曲和齿面胶合三方面的承载能力比较差，有时热处理技术也落后，因此常导致锥齿轮的强度不高，噪音较大。

参考文献

[1] 姜元庆．优化多轴、高速加工过程．中国制造业信息化， 2005，(34)8： 76-78．

[2] 梁训，王宣，周延佑．机床技术发展的新动向[J]．世界制造技术与装

备市场，2001．(3)：21-28．

[3] 王文光编译．欧美国家锥齿轮加工动向专题报告．2002．