背景
    我国的斯太尔载重汽车系列桥齿轮是按20世纪80年代从奥地利引进的原图生产的，国产化时仅将材料从18CrNi8改为20CrNi3，由于20CrNi3材料的工艺性能差且价格昂贵，从20世纪90年代开始国内各大齿轮厂家纷纷改用20CrMnTi材料生产斯太尔桥齿轮，十几年来一直保持不变。但由于近年汽车超载现象愈来愈严重，斯太尔桥齿轮早期失效现象也愈来愈突出，客户向整车厂索赔现象越来越多，于是各大整车厂纷纷制定斯太尔桥齿轮的准入制度，要求先进行台架寿命试验。准入标准按QC/T534―1999《汽车驱动桥台架试验评价指标》的规定必须达到“主减速器锥齿轮中值疲劳寿命不低于50×104次，试验样品中最低寿命不低于30×104次”的要求。国内能达到该标准的厂家非常有限，而斯太尔系列桥齿轮在国内市场的需求量约100万套/年，市场广阔。我公司作为国内最先引进生产斯太尔桥齿轮的厂家，具有先进的美国格里森软件和熟练运用该软件的能力，为此公司决定对齿轮齿形参数进行重新设计，达到延长齿轮寿命并降低齿轮噪声、满足台架试验国家标准的目的。
    失效原因
    分析在对齿轮齿形参数进行强化设计之前，研制人员对斯太尔桥齿轮失效产品的失效形式进行了统计分析，发现产品在使用中大多以从动锥齿轮首先断裂为主。由于该产品用于重型载重汽车，产品原设计时遵照重型载重汽车齿轮设计通常采用“等寿命设计”的强度匹配原则，目的是强化主动轮，但研制人员经过认真分析后认为：重型载重汽车驱动桥锥齿轮采用等寿命设计的原因是对于单级桥主减速器的主传动比通常都很大，主动轮转数是从动轮转数的数倍，因而主动轮需要加强；而斯太尔汽车驱动桥是双级桥，主减速器锥齿轮的传动比只有1.5左右，主动轮转数与从动轮的转数相差不大，若盲目地按等寿命进行设计，其结果是从动轮的计算应力大于许用应力，即从动轮强度不够，而主动轮的强度却有富裕，但因从动轮过早损坏，使主动轮也随之损坏，导致齿轮副早期失效，寿命不足。
    技术措施
    通过对失效原因的分析，采用先进的美国格里森设计、制造软件CAGE4Win程序，通过优化齿轮的齿形参数来达到对其强化的目的，主要的优化方式是采用特殊的齿深系数、齿顶高系数和强度匹配系数，只对齿轮齿形参数部分进行重新设计。下面以该系列产品中，后桥总传动比为4.8的一对齿轮为例介绍其强度计算及强化方案。
    结语
    我公司在国内率先开发斯太尔汽车大转矩驱动桥主减速器齿轮，使该汽车驱动桥齿轮台架寿命试验达到7.45×105次，创目前同种钢材斯太尔汽车驱动桥锥齿轮台架寿命试验最高，不仅可以满足整车厂的配套要求，同时可以满足汽车满载总重32t、拖挂总重55t的大转矩、大吨位载重汽车和牵引车的使用要求。在成本上除增加齿面应力喷丸工序所需的一点费用外，无需再增加别的投入，与原产品相比强化后的产品不仅强度明显提高而且传动更加平稳，噪声更低，达到既强化又降噪的双重效果。目前，该产品设计及制造方法已取得国家实用新型专利权。