图1  重型双中间轴变速器剖视

本文主要介绍了重型变速器副箱中间轴的对齿工作原理和工艺加工方法，结合零件结构形式，分析采用两种方法加工工艺的特点，重点概述了副箱中间轴总成的压装工艺和焊接加工工艺。

双中间轴变速器齿轮工作原理

近年来，由美国伊顿公司20世纪五、六十年代设计的双中间轴结构变速器因其承载能力强、故障率低等特点已成为国内重型卡车匹配的主力箱型，如图1所示。国内多年的使用证明，副箱打齿是该类型变速器故障发生的主要方式，我公司根据市场需求，在新开发的双中间轴变速器上采用圆柱螺旋齿轮替代圆柱直齿轮，提高副箱齿轮啮合系数，从而提高副箱承载能力，取得较佳的效果。同比国内主要竞争对手产品，我公司重型变速器副箱寿命较竞争对手提高3～5万km。

图2  齿轮对齿啮合示意图

双中间轴变速器因其设计结构特殊，其核心技术在齿轮对齿，即双中间轴变速器的齿轮在加工时需要做标记，在装配时需要对齿，如图2、图3所示。对齿的目的是可以确保双中间轴驱动齿轮同时与主轴齿轮正确啮合，使主轴齿轮与主轴同轴，并均匀分布载荷。

图3  副箱齿轮对齿啮合

加工难点介绍

我公司设计的副箱中间轴总成由一副箱齿轮与一副箱中间轴经压装焊接组合而成，其加工难点为：副箱中间轴总成的两齿轮的对齿精度、焊接强度，总成热变形对齿轮齿向及齿距误差的影响等。其中对齿精度最为关键，如不能正确的实现副箱对齿，齿轮啮合不良会导致齿轮失衡而严重损坏变速器。因圆柱螺旋齿轮的对齿精度较直齿齿轮的对齿更加敏感，也就是说，副箱齿轮总成的对齿精度除受到每个齿轮自身加工精度的影响，同时也受到焊接后热变形（如轴向长度的变化）和焊接齿轮发生热变形扭曲的影响。多个复杂加工变量为大批量加工此类零件带来难度，使国内主要变速器加工厂商纷纷放弃圆柱螺旋齿轮的对齿啮合方式，退而求其次地采用圆柱直齿齿轮的对齿啮合方式，从而牺牲了部分齿轮的强度及变速器寿命。

图4  分解结构

加工工艺分析

根据该零件的结构形式（见图4），结合我公司现有的各种物质资源和人力资源的条件状况，我们确定了两套加工工艺方案。

1.方案1内容及工艺方案

（1）方案内容 采用压装焊接的方式完成副箱齿轮总成的加工，即热前对副箱齿轮和副箱齿轮轴分别进行滚齿加工，热后对副箱齿轮和副箱齿轮轴分别进行磨齿加工，然后采用热压的加工方式在专用对齿压装夹具上完成齿轮对齿轮轴的对齿工艺，经100％检验合格后，采用焊接的方式进行焊装加工，经100%检测后进行分选，配对装配。

图5  方案1工艺步骤

（2）工艺方案1的步骤如图5所示。

①基于齿轮及齿轮轴的对齿需要，我们采用气动定位夹紧的方式设计制造了专用压装夹具，如图6所示，分别对齿轮轴和压装齿轮进行了粗、精基准定位，保证压装对齿精度，保证热压状态的稳定性。

图6  压装夹具

②基于焊接热变形的考虑，我们先后进行了气体保护焊接、激光焊接和电子束焊接的工艺试验，发现气体保护焊的热变形要远大于激光焊接和电子束焊接工艺。采用激光焊接的该零件，焊接熔池深度无法满足产品图纸要求；采用真空电子束焊接工艺该零件效果较差，原因为该零件的结构形式不适宜采用该种焊接工艺。最后我们又回到采用气体保护焊接的方式进行加工，通过调整焊接工艺参数，采用齿轮双面焊接的方式（见图7）进行加工。

图7  焊装加工

经过多轮的焊接热变形试验（见图8），我们基本掌握了该零件的热变形规律，在前序压装工序进行对齿反调整，使加工工艺基本满足了产品图纸的需要。

图8  两轮压装后和焊接后的对齿误差热变形试验

③基于产品图纸的精度要求，我们在压装和焊接后分别采用专用检具进行100%检测，采用齿轮测量中心进行对齿检测抽检确认，并进行配对装配，确保装箱零件100％合格。

④方案1分析 此加工方案的优点为：制造成本低，无需滚齿、磨齿等专用对齿设备。缺点为：焊接工艺受零件材料批次及前后热处理工艺影响较大，批量生产热变形控制存在一定风险，因此需要进行百检和配对装配，增加生产组织的复杂程度，从而变相的增加了生产成本。

图9  方案2工艺步骤

2.方案2内容及工艺步骤

（1）方案2内容 采用整体中间轴的加工方式：即将齿轮和齿轮轴做成一体的形式，热前采用对齿的方式进行滚齿加工，并做好标记，热处理后采用磨齿对齿的方式进行加工。

（2）工艺方案步骤如图9所示。

图10  专用对齿磨齿机

①基于齿轮对齿的需要，整体副箱中间轴的加工需要专用的滚齿对齿设备及专用的磨齿对齿设备如图10所示。此外，由于整体中间轴（见图11）的结构特点决定，热后进行外圆及端面精加工时，还需定制特殊的外圆磨专用轴向对刀仪。

图11  整体中间轴

②方案2分析 此方案的优点为：无需对热后零件进行100%检测和配对装配，经设备加工完毕的零件只需在齿轮测量中心上抽检，不受其他因素影响，确保装箱零件100%合格，减少了检测劳动强度，降低生产组织难度（与方案1对比）。缺点为：
锻件成本提高30%～50%；加工设备多为专用机床，如专用滚齿机、专用磨齿机、专用外圆磨床等。一次性投资巨大，投资回收期长，总体加工效率低，加工成本高。

结语

本文介绍了副箱中间轴总成的两种加工方案。副箱中间轴总成是双中间轴类变速器的关键零部件，其对齿精度直接影响变速器寿命，是自卸类重型卡车的主要故障点之一，提高该类零件制造质量、确保批量产品满足设计和实际生产需求，在保证产品质量可控的前提下，生产出价廉物美的产品，是我们制造类企业共同努力的方向。