全 文 ：Manufacturing & Detection 制造&检测
90 2013(02) 建筑机械化
锥花键齿轮轴是推土机传动系统中的重要零部件，加工工艺复杂；尤其是锥花键部分加工难度
大，加工精度要求高。本文针对我厂锥花键齿轮轴中锥花键部分存在的问题进行分析研究，改善
加工工艺，引进设备，对提高锥花键的加工质量具有重要意义。
锥花键齿轮轴；渗碳淬火；锥花键
[ 摘 要 ]
[ 关键词 ]
锥花键齿轮轴加工工艺的研究
Research on the machining technology of the cone spline gear axis
吕海波，胡传朋，武永福，刘兰兰
LV Hai-bo, HU Chuan-peng, WU Yong-fu, LIU Lan-lan
（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272000）
1 锥花键齿轮轴的结构和锥花键连接的
特点分析
锥花键齿轮轴是带有齿轮和锥花键的轴类
零件（图 1）。在推土机终传动系统中，其锥花
键部分与法兰盘的内花键配合，法兰盘的转动
带动锥花键齿轮轴转动，齿轮部分与另一齿轮
啮合传动。由于锥花键齿轮轴的固定是通过图 1
中右端安装轴承，
左端锥花键部分安
装在法兰盘来完成
的。因此，锥花键
的加工精度会影响
整个锥花键齿轮轴
的装配。
推土机的工作环境复杂，承载大，因此对终
传动系统的要求较高。锥花键齿轮轴作为终传动
的重要部件，其转速高，传递转矩大，正反转切
换频繁 [1]，对锥花键齿轮轴的加工精度和表面硬
度有严格要求。锥花键是通过锥度来保证装配件
在轴向上的连接位置，同时，锥花键的齿形对装
配尺寸的影响也很大。由于工件形变的原因，装
配时一般采用归定范围内的压力压装锥花键连接
至装配尺寸。
2 锥花键齿轮轴的加工难点与问题
锥花键齿轮轴的加工难点主要有齿轮部分和
锥花键部分。锥花键齿轮轴的加工必须同时保证
表面硬度和机械加工精度要求。图 2为我厂推土
机终传动系统中锥花键齿轮轴零件图，锥花键齿
轮轴的齿轮部分要求精度为 8级，同轴度要求为
0.01mm；锥花键部分锥度为 1∶10，精度为 K，
同轴度要求为 0.05mm；材料为 20CrMnTi，毛坯
硬度为HB277～384，淬火硬度为HPC58～63。
目前，齿轮部分的加工难题已解决，但锥花
键的加工质量一直不稳定。我厂的锥花键齿轮轴
与法兰盘装配如图 3，装配时通过液压油缸将法
兰盘压入锥花键齿轮轴的锥花键部分。在保证装
配尺寸 L的同时，记录液压油缸的压力值，通
过该压力值来检测锥花键连接是否合格。应用原
工艺加工的锥花键齿轮轴的装配压力值不稳定，
图1 锥花键齿轮轴
图2 锥花键齿轮轴零件图
DOI:10.13311/j.cnki.conmec.2013.02.024
制造&检测 Manufacturing & Detection
建筑机械化 2013(02) 91
波动范围很大，合格率约 65%。对于不合格的工
件只能采用更换法兰盘尝试配合的方法来解决问
题。这种方法费时费力，而且并不能从根源上解
决锥花键装配问题。
3 锥花键齿轮轴的加工工艺分析
本厂原采用的锥花键齿轮轴加工工序为：选材－
锻造－正火－车削加工－滚齿、滚花键－热处理渗
碳－车螺纹－热处理淬火－抛丸－磨外圆－磨齿。
我厂的锥花键齿轮轴小端部需要加工螺纹。
由于螺纹连接的特性，螺纹部分要求不能渗碳淬
火以免影响韧性；而渗碳淬火会使工件硬度增加
导致无法车螺纹。对于该问题原工艺采用的是
先对工件进行渗碳处理，然后将螺纹部分的渗碳
层车掉，再车螺纹，最后将螺纹部分加防护帽
保护，进行淬火处理。该方法加工出的螺纹部分
硬度能达到设计要求，但是由于加热两次，导致
了锥花键部分变形严重，极大地影响了锥花键的
加工质量。据统计，经过两次加热后工件的变形
量平均为 0.04mm，约 25% 的工件变形量超过
0.05mm，而锥花键的同轴度要求为 0.05mm，因
此导致部分工件不符合要求。
通过研究实验，我们采用渗碳淬火一次热处
理完成，并将车螺纹工序移至热处理渗碳淬火之
前。对于螺纹部分我们采取了涂防渗剂、加防护
帽的方式防止该部被淬火（图 4）。
虽然通过更改热处理方法可以降低锥花键的
热变形尺寸，但是并不能完全消除该变形。针对
该问题，我厂采用增加磨锥花键工序的方法来解
决，并引进了汉江机床厂的MK8612A花键磨床。
工作时通过工作台的纵向移动和砂轮的垂直进给
完成锥花键的加工。加工后，通过专用锥花键环
规检测出入量，保证加工质量。
改进的加工工序为：选材－锻造－正火－车
削加工－滚齿、滚花键－车螺纹－热处理渗碳淬
火－抛丸－磨外圆－磨齿－磨花键。
4 加工工艺效果分析
为检验新工艺的使用效果，用新工艺加工了
10 件工件。我们对这批工件的芯部和渗碳区做了
金相组织测试。金相组织测试表明采用新工艺加
工的工件材质完全满足设计要求。
使用洛氏硬度仪对锥花键的齿顶和齿根部做硬
度检测，其齿顶部硬度平均值为59.9HRC，齿根部
硬度平均值为59.5HRC,其硬度也满足设计要求。
最后，将这批工件进行装配试验。随机选取
10 件法兰盘与之装配，并记录装配压力。压力值
均在我们要求的装配压力 18 ～ 35MPa 范围内，
符合装配要求。
5 结 论
针对锥花键齿轮轴中锥花键加工质量不稳定
的问题，通过对原工艺的分析研究，在其基础上
提出了采用一次渗碳淬火、增加磨锥花键工序的
新加工工艺。通过实验表明新的工艺加工的工件
在材质、硬度、同轴度和装配压力等方面完全满
足设计要求。 O
[参考文献]
率秀清，孙世超，任建刚．小直径三角内锥花键应[1]
用及加工工艺 [J]．现代零部件，2006，(03)：92-
94.
（编辑 于 洋）
图3 锥花键齿轮轴与法兰盘装配图
［中图分类号］TH133.2；TH162+.1
［文献标识码］B
［文章编号］1001-1366(2013)02-0090-02
［收稿日期］2012-11-21图4 锥花键齿轮轴热处理