轨道交通齿轮箱用单轨锥齿轮的制作方法

本实用新型属于轨道交通齿轮箱技术领域，特别是涉及一种具有齿轮箱锥齿轮及其制造方法。

背景技术：

由于轨道交通具有舒适、快捷和方便的特点，在我国的应用越来越广泛，同时轨道交通对车辆的安全性能要求很高，几乎所有的主机厂都对齿轮寿命提出了30年的使用要求，而轴承等其他零部件只有10年或15年的寿命要求，为此设计人员必须从齿形参数、材料和工艺上采取措施才能最大限度地提高齿轮的安全系数，达到即强化又降低噪音的双重效果，满足主机厂的配套要求和30年使用寿命要求。

发明人对轨道交通用齿轮箱的输入条件和采购规范进行了认真的分析，发现轨道交通齿轮箱都采用电机驱动，其扭矩比汽车发动机扭矩小，传动平稳，但转速高，齿面间相互运动速度快，齿轮失效主要以接触疲劳损坏为主，轮齿断裂的可能性相对较小，而汽车齿轮的失效通常以轮齿断裂为主，设计人员重点考虑的是提高齿轮的弯曲疲劳强度，在外部安装条件足够的前提下通常从增大齿轮的模数入手，但对该轨道交通用锥齿轮副来说盲目增大齿轮模数意义并不大，设计人员必须在齿数、压力角和螺旋角以及齿高系数的选择上下功夫，才能尽可能地提高产品的接触疲劳强度，降低接触疲劳应力。该齿轮箱用锥齿轮副，由于采用一级传动，传动比大(传动比达6.571)，同时偏置距也较大(小轮偏置距达35mm)，针对这种大置距、大传动比的准双曲面齿轮副，必须确定合理的强度平衡系数，否则使用中就会出现一个齿轮因强度不够过早损坏而另一个齿轮强度还有富余，但因一个齿轮的损坏加速了另一个轮的损坏，从而大大缩短了齿轮副的使用寿命，因而必须进行“等寿命设计”，并选择合理的平衡系数，于是设计人员按不同的齿形参数和强度平衡系数对主、被动锥齿轮的强度进行了反复计算，在主、被动锥齿轮寿命基本平衡后才最终确定相应的设计参数。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种强度高、噪音低、传动平稳，寿命特别长的轨道交通齿轮箱用单轨锥齿轮。本实用新型的技术方案如下：

一种轨道交通齿轮箱用单轨锥齿轮，包括主动锥齿轮及从动锥齿轮，所述主动锥齿轮表面具有渗碳淬硬层，主动锥齿轮的齿形参数为：主动锥齿轮大端的直径为99.82mm，齿轮的厚度为67mm，齿轮面锥与背锥的交点到轴肩的距离为12.37mm，面锥顶点高于安装距2.25mm，节锥顶点低于安装距3.6mm，根锥顶点低于安装距19.52mm，齿全高为17.57mm，齿顶高为11.65mm，分度锥上的齿厚为13.55mm，中点齿顶宽为3.55mm，齿根圆角半径为1.2mm；所述从动锥齿轮表面具有渗碳淬硬层，从动锥齿轮的齿形参数为：从动锥齿轮大端的直径为419.98mm，齿轮的厚度为111mm，齿轮齿面宽为55mm，齿轮大端顶点到齿轮底面的距离为101.71mm，面锥顶点低于安装距2.38mm，节锥顶点低于安装距2.06mm，根锥顶点低于安装距1.1mm，齿全高为17.41mm，分度锥上的齿厚为6.55mm，中点齿顶宽为4.42mm，齿顶高为3.68mm，齿根圆角半径为2.8mm，锥顶距为213.08mm。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮均采用优质合金钢材料。

进一步的，主动锥齿轮和从动锥齿轮均采用齿面应力喷丸工艺，喷丸垂直于被喷表面并使所有齿面部位以均匀一致，不使用带有尖角棱角的弹丸，对齿根及表面进行强力喷丸处理，喷丸强度0.4～0.6A，覆盖率≥200％，弹丸直径0.8，弹丸硬度≥55HRC。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮的渗碳淬硬有效硬化层深度按Gleason标准相应模数对应的值选取，DC值为1.3～1.7mm。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮表面硬度均为58～63HRC和齿心部硬度均为38～43HRC，其余部位硬度均大于或等于53HRC。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮采用100％配对研磨，所述主动锥齿轮和上述从动锥齿轮均采用磨齿工艺，精度等级为GB11365的6级，其齿面和齿根部位磨光，齿根不允许有切齿时留下的刀痕，磨齿后齿厚公差控制在-0.1范围内。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮均要求：磨齿后，喷丸前按JB/T5000.15-2007标准进行成品磁粉探伤，齿部不允许有裂纹在内的任何缺陷。

本实用新型的优点及有益效果如下：

本实用新型的创新之处在于采用特殊的齿深系数和齿顶高系数及等寿命设计的强度平衡系数，这是以往常规设计齿轮所没有采用过的，优点是在已有的安装条件下及大地提高了齿轮的传动平稳性和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型提供优选实施例的主动锥齿轮的结构简图；

图2是图1的沿A-A的剖面图，即齿形参数图；

图3是本实用新型一较佳实施例的从动锥齿轮的结构简图；

图4是图3的沿E-E的剖面图，即齿形参数图；

(图1中的标号1表示主动锥齿轮的轴颈。2表示主动锥齿轮的轮冠。3表示主动锥齿轮的节锥母线。4表示主动锥齿轮的根锥母线)。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例。

本实用新型的技术方案如下：

如图1-4所示，本实用新型针对轨道交通车辆齿轮箱主、从动锥齿轮进行优化设计，保留了图1中的B’部分(即图1中的齿轮轴)与轨道交通的其它产品近可能一致，以保证加工时的工装、夹具和量具与其它产品可以通用，不在增加新的投入，从而近可能地降低成本，实现高效益、高附加值、低成本、长寿命的新产品创新理念。

该设计重点对齿轮的齿形参数进行设计，即对图1和图3中的B部分进行强化设计，最终确定齿轮的齿形参数。

下面结合本实用新型所述的具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

参照图1和图2，该自主单轨齿轮箱用主动锥齿轮大端2的直径99.82mm，齿轮的厚度为67mm，齿轮面锥与背锥的交点到轴肩的距离为12.37mm，面锥顶点高于安装距2.25mm，节锥顶点低于安装距3.6mm，根锥顶点低于安装距19.52mm，齿全高为17.57mm，齿顶高为11.65mm，分度锥上的齿厚为13.55mm，中点齿顶宽为3.55mm，齿根圆角半径为1.2mm；参照图3和图4，该自主单轨齿轮箱用从动锥齿轮的齿形参数为：从动锥齿轮大端的直径为419.98mm，齿轮的厚度为111mm，齿轮齿面宽为55mm，齿轮大端顶点到齿轮底面的距离为101.71mm，面锥顶点低于安装距2.38mm，节锥顶点低于安装距2.06mm，根锥顶点低于安装距1.1mm，齿全高为17.41mm，分度锥上的齿厚为6.55mm，中点齿顶宽为4.42mm，齿顶高为3.68mm，齿根圆角半径为2.8mm，锥顶距为213.08mm。

优选的，上述自主单轨主、被动锥齿轮均采用21NiCrMo5H材料生产。

优选的，上述主动锥齿轮和从动锥齿轮均采用齿面应力喷丸工艺，并严格规定了喷丸工艺——喷丸应垂直于被喷表面并使所有齿面部位得到均匀一致的效果，不得使用带有尖角棱角的弹丸。对齿根及表面进行强力喷丸处理，喷丸强度0.4～0.6A，覆盖率≥200％，弹丸直径0.8，弹丸硬度≥55HRC。

优选的，上述主、被动锥齿轮的渗碳淬硬有效硬化层深度按Gleason标准相应模数对应的值选取，DC值为1.3～1.7mm。

优选的，上述主、被动锥齿轮齿表面硬度均为58～63HRC和齿心部硬度均为38～43HRC，其余部位硬度均大于或等于53HRC。

优选的，上述主动锥齿轮和上述从动锥齿轮100％配对研磨。

优选的，上述主动锥齿轮和上述从动锥齿轮均采用磨齿工艺，精度等级为6级(GB11365)，其齿面和齿根部位必须磨光，齿根不允许有切齿时留下的刀痕，磨齿后齿厚公差控制在(-0.1)范围内。

优选的，上述主动锥齿轮和上述从动锥齿轮由于轨道交通的特殊性，是两面都参与工作，并且各占50％，故为了避免生产制造时出现正车面质量优而反车面质量较差的情况，故特别增加了“齿轮为双面工作，其齿面精度必须一样”的技术要求。

优选的，上述主、被动锥齿轮通过强化设计和精选材料及优化工艺后要求能满足国家台架试验标准QC/T534-1999规定的中值疲劳寿命不低于2×10⁷循环次和30年使用寿命要求。

优选的，上述主动锥齿轮和上述从动锥齿轮均要求：磨齿后，喷丸前按JB/T5000.15-2007标准进行成品磁粉探伤，齿部不允许有裂纹等任何缺陷，其余部位按表1中的1级执行。

表1

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。