为汽车和机器人行业提供定制齿轮设计服务 | LS Manufacturing

定制齿轮设计服务对于汽车制造和机器人企业而言至关重要，因为它们面临着传动效率低、噪音高、寿命短等严峻挑战。通用齿轮虽然能够满足高性能设备的需求，但由于新能源汽车领域和机器人领域对高速、低噪音和长寿命的要求，其竞争力受到不利影响，因此难以令人满意。

这些问题的出现源于对应用缺乏了解、协同优化不足以及供应商能力参差不齐。本文探讨了LS Manufacturing如何通过其包含需求分析、拓扑优化和制造在内的集成服务，获得更优的定制化齿轮解决方案。

文章快速参考指南：定制装备设计

在电动汽车和机器人等高强度应用领域， 定制齿轮设计对于解决标准化齿轮存在的问题至关重要。先进的应用知识、仿真和制造工具能够无缝解决与效率、噪声、振动或耐久性相关的应用层面问题，从而提供最佳的特定应用解决方案。

为何信赖本指南？来自 LS 制造专家的实践经验

互联网上充斥着大量的相关文章。那么，这篇文章有何不同之处呢？因为我们不仅是理论家，更是身处实际工作领域的专业人士。我们的工作室就是一个真实的试验场，我们每天都要面对各种苛刻的材料、公差和复杂的齿轮齿形。在这里，我们不仅“了解”齿轮设计，更“实践”着齿轮设计的知识。

我们秉持深厚的专业技术，并严格执行。从原材料采购到最终检验，我们始终将美国环境保护署(EPA)和美国表面处理协会(NASF)等严格标准融入到整个生产流程中。这一承诺确保我们设计的每一款齿轮都符合性能、可持续性和表面完整性的最高标准，并可应用于从机器人到电动汽车等各种领域。

我们分享的所有知识都源于我们的经验，并经受住了成功的考验。本指南汇集了我们从众多项目中汲取的最佳实践，为您提供所需的洞察力，助您最大限度地发挥装备性能。请相信，本文分享的所有知识正是我们每天取得成功的基石。

图 1：LS Manufacturing 制造的汽车齿轮组件爆炸图

高质量齿轮设计应遵循哪些核心原则？

在高性能应用领域，卓越的齿轮设计是可靠性和效率的基石。超越标准方法需要遵循一套严谨的工程原理。在像LS Manufacturing这样信誉卓著的齿轮设计和制造公司，这些原理将理论标准转化为耐用、高性能的组件。其核心支柱可以系统地分解如下：

强度和耐久性计算

为了确保符合ISO 6336等标准，必须依靠严格的强度验证，精确计算齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。首先，这些计算结果可以证明该齿轮部件在使用过程中是否会发生点蚀或断裂，从而为任何定制齿轮设计服务奠定基础。

高级疲劳寿命分析

疲劳寿命预测需要分析实际载荷谱并应用累积损伤定律等概念。事实上，该概念极大地突破了简单的静态强度计算，考虑了随时间变化的载荷对材料疲劳的影响。

网格特性优化

最佳动力传输和顺畅的动力流动取决于最佳啮合特性。主要方法是最大化接触比以更好地承受载荷，以及优化滑动速度比以避免磨损和振动。这是齿轮设计中的一个重要特征。

集成热管理

高速运转或机器高负荷运行时，必然会产生热量。这就需要采用良好的设计方法，并整合热管理系统，例如优化机壳设计和润滑油流道，其中可能还包括冷却系统。这需要进行温度控制。这样做主要是为了避免高速运转带来的不利影响，例如润滑油失效或材料性能下降。

精密制造协同效应

如果不考虑齿轮设计和制造公司的制造工艺能力， ISO 1328精度等级的设定就毫无意义。要实现实际精度，需要通过与磨削和/或珩磨等制造工艺相匹配的公差来实现，以确保制造出的齿轮与 CAD 模型完全一致。

归根结底，高效的齿轮设计涉及方方面面的运作。高质量的齿轮设计必须整合机械分析、材料特性和制造实际情况。对于寻求定制齿轮设计服务的客户而言，与一家能够严格应用这些相互关联的原则（从初始计算到最终制造）的公司合作，是获得性能卓越、运行安静、使用寿命长的齿轮的关键。

汽车变速器齿轮和机器人关节齿轮在设计上有哪些区别？

汽车齿轮设计和机器人齿轮加工是两个不同的领域，各自面临着不同的挑战。定制齿轮设计服务的有效设计理念必须与发散性概念相关的原则相契合。通过区分关键参数，可以明显看出这些差异。

综上所述，汽车齿轮设计侧重于长期效率，而机器人齿轮加工则必须追求极致精度。从这个角度来看，这种差异凸显了真正定制化齿轮设计服务的必要性，在这种服务中，所有变量都应根据特定任务的操作范围进行设计。

图 2：LS Manufacturing 公司的精密齿轮制造机械臂

如何通过材料选择提高齿轮性能？

材料选择是齿轮工程行业最基础的要素之一。这是因为材料选择直接关系到齿轮的功能、寿命和可用性。在相关领域，例如电动汽车齿轮设计或精密齿轮制造，材料选择并非需要考虑的因素。相反，材料选择这一基本要素至关重要。因此，合适的加工工艺会对定制齿轮加工报价产生直接影响。

优质材料在测试时，始终会从系统层面考虑所有基本参数：性能特征和材料表面变化。无论是电动汽车的静音齿轮设计，还是任何重工业应用，齿轮材料性能特征的最终评判标准，都是由专业顾问在设计初期进行选择，以确保其性能优异，从而达到定制齿轮加工报价所体现的“价值”。

齿轮制造工艺如何影响最终性能？

精密齿轮制造涉及一系列决策，这些决策会对已确定的特性产生直接影响，如前所述。从初始阶段到最终产品，整个流程都决定了效率、振动和齿轮升程。在流程中，选择合适的链条是高效齿轮设计和制造公司面临的最具挑战性的因素之一。接下来将介绍一些涉及直接因果关系的技术。

• 齿轮磨削：当齿轮精度要求达到最高水平（包括ISO 4-6 级）时，需要进行精密磨削。此工艺对于补偿热处理产生的变形以及对硬化表面进行精细加工至关重要。这是精密齿轮制造的基本工艺之一，尤其在需要保持系统性能的情况下，任何微小的齿隙和几何误差都无法容忍。
• 齿轮珩磨：齿轮珩磨是一种在齿轮淬火和磨削之后进行的超精加工技术。其目的是降低2-3分贝的噪音，因此这项技术对汽车行业至关重要。当需要小批量生产齿轮时，齿轮珩磨技术尤为重要。
• 先进的热处理和表面处理：激光淬火和超声波滚压等现代工艺可增强材料性能。激光淬火可对齿面进行局部、低变形的硬化处理，而超声波滚压则可产生压应力，从而提高疲劳强度。这些先进技术是齿轮设计和制造公司在严苛应用中延长使用寿命和提高可靠性的有力工具。
• 齿轮预精加工的滚齿和剃齿：齿轮的预精加工可能包括滚齿（用于外齿轮）或成形加工。在这三种工艺中，现代数控滚齿能够在预精加工过程中提供良好的质量。另一种剃齿方法是在淬火前进行软精加工，以获得更高的精度。这种精加工工艺是一种经济高效的批量生产方式。

总而言之，制造并非单一步骤，而是一条价值链。从初始切削到最终超精加工，所选工序均根据精度、耐久性和噪音等特定目标量身定制。这种对整体流程的精通，正是精密齿轮制造领域真正合作伙伴的标志，确保无论是在大批量生产还是小批量定制生产中，都能充分实现设计性能。

LS制造工业机器人关节齿轮定制案例

一家全球最大的工业机器人供应商在使用仅2000小时后，其齿轮上就出现了凹坑，导致精度下降0.1毫米，并引发了15%的客户投诉。该问题的性质决定了需要对系统进行彻底改造，重点在于从根本上解决问题，即疲劳失效。这需要LS Manufacturing提供的齿轮定制服务所具备的专业工程技术和解决方案。这是一个绝佳的案例，凭借卓越的工程技术，最终取得了成功。以下是完整的案例研究：

客户挑战

由于点蚀，客户提供的联动齿轮在预期使用寿命内失效。这与齿轮系统所需的精度密切相关。本案例研究的另一个方面是客户的故障模式。需要指出的是，客户的故障模式并非止于产品性能评估层面，而是会进一步发展，最终导致整个产品完整性遭到破坏。

LS制造解决方案

我们的方法是一种整体工程干预。首先，作者写道，我们利用拓扑优化技术优化了齿廓，使最大接触应力降低了25% 。然后，我们选用了一种高性能渗氮钢，使其表面硬度超过HRC 60。齿轮经过精密齿轮制造磨削，达到ISO 4级精度，随后进行喷丸处理，使疲劳强度提高了30% ，最终打造出性能卓越的零部件。

结果与价值

因此，定制设备促成了具有变革意义的成果。设备使用寿命从2000小时提升至6000小时，增幅高达200% 。此外，噪音水平也降低了5分贝，从60分贝降至60分贝。对于客户而言，这带来了40%的维护成本降低，并显著提升了最终产品的竞争力，充分证明了对LS Manufacturing专业齿轮定制的投资是物有所值的。

总而言之，本案例超越了简单的零件更换，展现了以价值为导向的工程理念。通过整合先进的设计、材料科学和专业的精加工工艺，我们为机器人齿轮加工提供的解决方案将关键故障点转化为性能优势。它强调，在严苛的应用环境中实现可靠性，需要真正精密齿轮制造合作伙伴关系所具备的端到端专业知识。

您准备好优化您的定制设备了吗？立即致电我们的工程师！

如何控制定制装备项目的成本？

对于定制齿轮项目而言，成本控制远不止比较定制齿轮加工报价那么简单。 只有当性能和成本因素协调一致时，成本控制才有可能实现，尤其是在小批量齿轮生产的情况下。 在定制齿轮项目的成本控制过程中，“一站式解决方案”可能指的是一家专业的齿轮设计和制造公司。以下是为在质量和成本方面实现这一目标所需采取的策略要点。

材料选择策略

材料选择将以材料成本为主要考量因素。与直接选用最佳合金不同，价值工程允许采用其他材料，只要这些材料在采用最佳加工工艺的情况下也能表现良好。这在小批量齿轮生产中至关重要，因为所用材料对定制齿轮加工报价等行业内的专业化生产环节有着显著影响。

DFM

从经济角度来看，设计阶段是实现最大节约的关键时期。齿轮设计和制造公司参与制定最优设计方案，并考虑齿轮加工成本，将有助于节省加工时间或降低刀具成本，从而实现定制齿轮加工报价。

工艺精度/精密对准

当所需的精度/表面光洁度要求更高时，价格也会随之显著上涨。精密对准避免过度设计，这是通过精密分析实现的。这种精密对准是经验丰富的齿轮设计和制造合作伙伴提供的关键价值所在，尤其适用于专业的小批量齿轮生产。

可扩展性/容量规划

可以预见的是，产品生产的规模化可能存在一些限制，因此从一开始就实现规模化生产将极大地有助于后期降低成本。规模化计划的目标是将产量提升至25-30%以上。

这一方面意味着，定制齿轮成本优化流程将与选型、设计、装配以及产量策略等规划流程联系起来。与一家实力雄厚的齿轮设计和制造公司紧密合作，能够确保项目在控制成本的同时实现最佳性能，并在原型制作和生产阶段都创造超出初始定制齿轮加工报价的最大价值。

图 3： LS Manufacturing 公司生产的移动机器人底盘齿轮箱

小批量齿轮生产中质量控制的关键点是什么？

对于小批量齿轮生产而言，质量保证至关重要，它必须从生产过程伊始就融入电子化、高度数据化的流程。与其他已生产的产品不同，每件产品本质上都是“关键测试”产品，用于验证定制齿轮设计等服务。事实上，在精密齿轮制造领域，如果不采用全面整合的质量控制方法，就无法进行任何关于质量的讨论。关键控制流程如下：

1. 材料认证和原材料质量：质量始于原材料；因此，需要对原材料进行化学和机械质量方面的认证。基于符合认证规范的原材料质量，将为精密齿轮制造的正确工艺流程提供良好的基础。
2. 过程监控与统计过程控制：即使是小批量生产，对关键尺寸实施统计过程控制 (SPC)也至关重要。在加工过程中监控齿廓和导程等关键参数，可以进行实时调整，防止偏差，并确保整个小批量齿轮生产周期的一致性。
3. 最终全面检验：所有齿轮均需根据尺寸进行全面检查，并需使用齿轮测量中心进行测量。最终检验涵盖所有必要的公差，这些公差均由定制齿轮设计服务商根据原始规格书规定。
4. 完整的文档和可追溯性：完整的质量档案应按以下方式建立。首先，应包含所有必要的证书文件；其次，应包含各生产阶段的检验报告；最后，应包含齿轮部件的最终检验报告以及热处理工艺相关的图表。其目的是追溯小批量齿轮生产过程中产生的所有产品。

总之，小批量齿轮生产的质量保证是通过对每个环节（从材料到测量）的严格检验来实现的。这种严谨的方法将定制齿轮设计服务的精准性转化为切实的高性能部件，从而确保了真正精密齿轮制造所应具备的可靠性。

电动汽车齿轮设计必须满足哪些特殊要求？

电动汽车的最佳齿轮设计必须考虑与传统汽车齿轮设计截然不同的各种工况。为了满足性能要求，需要在极端条件下进行优化，这正是定制齿轮设计服务如此专业的原因所在。以下将讨论重点关注的主要技术领域。

• 高速效率：齿轮必须持续以高于15,000 转/分的高速运转。这表明需要优先优化宏观和微观几何形状，以减少摩擦损失和风阻损失，从而将传动效率提高到98.5%以上。此外，平衡和润滑也是电动汽车齿轮设计中需要考虑的其他因素。
• 先进的噪声、振动与不平顺性控制：由于没有发动机的遮蔽，齿轮啸叫声非常明显。要将噪声水平控制在 65 分贝以下，需要对齿轮轮廓和导程进行精细的修改（包括齿顶和齿根的减薄），并具备卓越的制造精度。这种对 NVH 的关注是现代电动汽车齿轮设计的基石。
• 轻量化和热管理：重量越轻，效率就越高。为了实现这一目标，如果考虑拓扑优化和使用轻质高强度材料，变速箱的重量可以减轻15-20% 。必须优化设计，以避免高速运转时产生过热，有时甚至需要在内部嵌入冷却管路。
• 高瞬态扭矩下的耐久性：可以评估齿轮承受电机提供的高瞬态扭矩的难度。设计时需要考虑高瞬态扭矩的存在，以及对表面光洁度、根部圆角和材料的要求，以确保齿轮的耐久性。

电动汽车齿轮设计需要将上述所有因素——高速动力学、声学优化、最小化、轻量化和扭矩支撑——融为一体。所有这些因素综合起来，远超普通汽车齿轮设计的要求，因此，由于其对电动汽车性能的直接影响，定制齿轮设计服务是找到最佳解决方案的关键。

如何评估齿轮供应商的整体能力？

选择一家优秀的齿轮设计和制造公司，需要进行系统性的评估，而不仅仅是关注价格。真正的合作伙伴必须在技术、质量和服务方面都展现出卓越的水平，才能提供可靠的定制齿轮设计服务。例如，评估像LS Manufacturing这样的供应商就需要考察以下关键领域。以下框架概述了全面评估的关键标准。

技术和工程能力

另一个重要的决定因素是供应商的技术能力。除了相关流程的复杂性之外，供应商在使用设计软件和齿轮测量中心方面的经验，以及处理复杂流程的经验，也是需要深入研究的另一个因素。一家在定制齿轮设计服务方面表现卓越的公司，不仅拥有标准目录零件，还拥有成熟的复杂解决方案组合。

质量管理体系和认证

这可以作为筛选流程的起点。我们将根据供应商在从原材料采购到成品交付的整个过程中提供的可追溯性和设备管理服务，筛选拥有汽车制造商颁发的任何形式的质量认证或IATF 16949和ISO 9001质量管理体系认证的供应商。

创新/开发专长

直接研究他们作为研发项目创新者所做工作的资质。产品开发和原型开发阶段都可能出现创新，因为项目本身耗时较长，本身就是一次创新体验。作者提供的案例研究中也采用了同样的创新策略，因为成功的不是对成功的征服，而是对未知的征服。

无论最佳特性如何

事实上，就服务质量而言，优秀企业的自身素质可能被掩盖了。值得注意的是，服务质量的评估应从沟通方式、问题解答速度以及项目管理水平等方面进行。贵公司拥有最优秀的齿轮设计和制造团队。

总而言之，全面的供应商评估需要在技术实力和项目管理能力之间取得平衡。理想的合作伙伴，例如LS Manufacturing ，能够完美融合深厚的工程技术专长、经认证的质量体系、创新精神和卓越的客户服务。这种整体性的方法确保他们不仅能够提供零部件，还能通过专业的定制齿轮设计服务和制造合作伙伴关系，创造真正的价值。

图 4： LS Manufacturing 生产的精密红色齿轮传动系统的特写

常见问题解答

1. 齿轮设计的基本流程是什么？

齿轮设计过程较为复杂，涉及诸多步骤，例如需求或工作因素分析、概念设计、参数计算，最终利用计算机仿真实现三维设计。此外，为了进一步完善齿轮系统设计以满足任务需求，还会进行强度测试、耐久性测试、噪声测试和优化测试等其他测试。

2. 齿轮的最小生产批量是多少？

我们感兴趣的是贵公司针对小批量订单提供的服务。虽然最低订购量为 10 件，但考虑到动态模型在处理过程中的应用足以满足客户的定制需求，数量似乎并非问题。然而，考虑到贵公司对验证处理、试生产以及小规模生产等方面的服务要求，10 件的订购量确实相当可观。

3. 齿轮项目的交付周期是什么？

周期时间：这取决于齿轮的性质和所用材料，通常需要4 到 8 周。在将此作为订单的起始点之前，工程师还会对从设计到加工阶段或从热处理到测试阶段的周期时间进行相关分析。

4. 您能提供齿轮的疲劳寿命测试报告吗？

是的，我们可以根据ISO 6336等国际标准进行疲劳测试，并提供包含参数和寿命曲线的测试报告。该测试报告保证了我们设备在实际工作载荷条件下的可靠性，并为客户的优化和认证提供数据支持。

5. 如何确保齿轮噪音控制？

降噪应从系统角度出发，包括优化齿廓和改进设计，尽可能减少啮合的影响；采用高阻尼性能的材料；以及精密加工以确保表面质量。在整个设计和制造过程中，都会进行全面的声学仿真和测试，以确保齿轮系统能够满足无噪音运行的要求。

6. 你们是否支持加急订单的加急服务？

我们提供加急发货服务，以满足紧急订单需求。对于紧急项目，我们设有快速响应机制，从而缩短响应时间。生产线经过优化，有助于缩短大批量生产的周期。特殊处理流程及其他变更将与客户协商，以确定是否能够加快发货速度。

7. 新项目合作需要哪些信息？

对于新的项目合作，请提供齿轮的应用场景、运行载荷、转速要求、预期寿命、安装接口尺寸和精度等级等信息。如有特殊的环境、噪音或效率要求，也请一并说明。我们的工程师将根据完整的信息进行可行性评估和解决方案设计。

8. 如何获取详细的报价信息？

我们欢迎您提供详细的齿轮规格，包括模数、齿数、材质、精度等级、热处理要求和交货数量。收到信息后，我们将进行工艺审核和成本核算，并在1-3个工作日内提供正式报价，其中包含价格、交货时间和工艺规格。

概括

这项详尽的分析清晰地表明， 高质量的齿轮设计和制造需要全面考虑材料特性、制造工艺、设计方法以及其他因素。任何一个环节的疏忽都可能对最终产品的性能产生负面影响。LS Manufacturing凭借其强大的技术体系、先进的制造设备和丰富的行业经验，为客户提供从概念设计到批量生产的全流程齿轮解决方案，确保在传动效率、噪声控制和使用寿命等关键领域实现最佳性能。

如果您的项目在齿轮设计和制造方面遇到技术难题，请立即联系LS Manufacturing的专业团队。我们提供免费的技术咨询和解决方案评估服务， 24小时内响应您的需求，确保您的项目快速推进。点击联系我们，获取定制化解决方案，让专业的齿轮解决方案助力您的产品发展！

📞电话：+86 185 6675 9667
📧邮箱：info@longshengmfg.com
🌐网站： https://lsrpf.com/

免责声明

本页面内容仅供参考。LS Manufacturing 服务声明：对于信息的准确性、完整性或有效性，不作任何明示或暗示的陈述或保证。不应推断第三方供应商或制造商会通过 LS Manufacturing 网络提供性能参数、几何公差、特定设计特性、材料质量和类型或工艺。买方有责任自行核实。如需零件报价，请明确这些部分的具体要求。请联系我们了解更多信息。

LS制造团队

LS Manufacturing是一家行业领先的公司，专注于定制化制造解决方案。我们拥有超过20年的经验，服务过5000多家客户，专注于高精度CNC加工、钣金制造、 3D打印、注塑成型、金属冲压以及其他一站式制造服务。
我们工厂拥有超过100台最先进的五轴加工中心，并通过了ISO 9001:2015认证。我们为全球150多个国家和地区的客户提供快速、高效、高质量的制造解决方案。无论是小批量生产还是大规模定制，我们都能在24小时内以最快的速度满足您的需求。选择LS Manufacturing，意味着选择高效、优质和专业。
欲了解更多信息，请访问我们的网站： www.lsrpf.com 。