專利名稱：超精加工大型行星齒輪系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大型齒輪箱的新型改進(jìn)的輸入行星級(jí)。本發(fā)明中提及地輸入行星級(jí)是用于具有500kW及更大輸出額定功率容量的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)被認(rèn)為是產(chǎn)生電能最節(jié)省成本并環(huán)保的方法之一。目前各種風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)計(jì)和構(gòu)造成產(chǎn)生超過(guò)5MW的電能。大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)的關(guān)鍵部件是其齒輪箱，齒輪箱在低速時(shí)承受變化的高負(fù)載并具有20年的設(shè)計(jì)壽命。風(fēng)力渦輪機(jī)的制造者和使用者特別希望使這些齒輪箱更加耐用和高效。
現(xiàn)代大型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(500kW及更大)是通常采用大型行星齒輪系統(tǒng)作為輸入級(jí)的重型設(shè)備。這些安裝在高塔頂部的重型齒輪箱經(jīng)常位于邊遠(yuǎn)地區(qū)例如在山上或海上，經(jīng)歷風(fēng)力和溫度的急劇波動(dòng)，并經(jīng)常暴露于侵蝕性海水環(huán)境和/或磨蝕性顆粒中。齒輪箱發(fā)生故障時(shí)需要使用大型裝備移走該齒輪箱、用制造廠的工具對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，接著將其重新安裝在邊遠(yuǎn)地區(qū)。同時(shí)產(chǎn)生的發(fā)電損失也使齒輪箱本身的成本很高。
制造者認(rèn)識(shí)到在滿載勵(lì)磁操作前從輪齒的嚙合表面上清除峰值粗糙點(diǎn)(peak asperities)可提高齒輪箱的使用壽命。清除峰值粗糙點(diǎn)有兩個(gè)明顯的好處。首先，可以減少金屬與金屬的嚙合量，這種金屬與金屬的嚙合會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)滑碎屑并眾所周知會(huì)對(duì)齒輪和承壓面具有破壞作用。其次，可以改善材料比率(Rmr)，所述材料比率是對(duì)可支承負(fù)載的輪齒表面面積的一種度量。本行業(yè)認(rèn)定只要沒(méi)有產(chǎn)生任何明顯的冶金上的損傷或沒(méi)有產(chǎn)生任何對(duì)導(dǎo)入面和輪廓的幾何形狀的明顯改變，任何清除峰值粗糙點(diǎn)的工藝技術(shù)都是等同的。例如在航天工業(yè)中經(jīng)常采用齒輪珩磨減少峰值粗糙高度。一直考慮在風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱上采用珩磨，只是由于大多珩磨裝備僅限于加工具有12英寸或更小直徑的齒輪，這就在成本上限制了珩磨在上述大型齒輪上的應(yīng)用。因此，現(xiàn)在的風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪通常具有磨光的齒側(cè)面，并被建議通過(guò)磨合工序運(yùn)行以從接觸表面上清除峰值粗糙點(diǎn)。
多年來(lái)一直認(rèn)為，當(dāng)采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光使相互配合的嚙合表面都各向同性地被超精加工到小于大約0.075微米的算術(shù)平均粗糙度(Ra)時(shí)可以獲得對(duì)承壓面的最佳性能效益。
同樣地，在汽車賽車用傳動(dòng)裝置內(nèi)的齒輪在高負(fù)載下以較高的節(jié)線速度運(yùn)行，其得益于具有從0.3微米到小于0.025微米輪齒光潔度Ra的各向同性超精加工過(guò)程。這種超精加工后的齒輪承受很小的嚙合疲勞、運(yùn)行溫度、摩擦、噪聲以及振動(dòng)。
超精加工帶動(dòng)了流體動(dòng)力潤(rùn)滑(HL)或彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)的發(fā)展。在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)連續(xù)潤(rùn)滑油膜使相互配合的輪齒完全分離時(shí)存在HL。在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)分離潤(rùn)滑油膜的形成受嚙合表面的彈性變形影響時(shí)，受到高負(fù)載的相互配合的輪齒上存在EHL。因此，通過(guò)HL或EHL在高速或高負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中，超精加工的汽車賽車用傳動(dòng)裝置幾乎沒(méi)有承受任何配合輪齒之間金屬與金屬的嚙合。
與汽車賽車用傳動(dòng)裝置形成鮮明對(duì)比，在風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)行業(yè)中采用的輸入行星級(jí)齒輪是在明顯不同的工況下運(yùn)行。在風(fēng)力渦輪機(jī)的應(yīng)用中，齒輪在低節(jié)線速度下承受非常高的變化負(fù)載，從而可以預(yù)測(cè)到產(chǎn)生臨界潤(rùn)滑而不是流體動(dòng)力潤(rùn)滑(HL)或彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)。當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中相互配合的輪齒被潤(rùn)滑液弄濕但潤(rùn)滑油膜的厚度小于結(jié)合在一起的配合表面的粗糙度時(shí)存在臨界潤(rùn)滑。由此，潤(rùn)滑油膜可被峰值粗糙點(diǎn)穿透，并且金屬與金屬的接觸從輪齒處產(chǎn)生金屬碎屑。常規(guī)制造的精磨的風(fēng)力渦輪機(jī)的輪齒(參見(jiàn)“風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱設(shè)計(jì)和規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)”(Stardard for Design and Specification of Gear Boxes forWind Turbines)ANSI/AGMA/AWEA6006-A03)在下文描述的磨合工序后有望達(dá)到Ra＝0.5-0.7微米的表面光潔度。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到常規(guī)制造的空心輪具有更高的表面光潔度。AGMA標(biāo)準(zhǔn)建議這種齒輪的光潔度不超過(guò)Ra＞1.6微米。0.5-0.7的光潔度被認(rèn)為是足以避免大多金屬與金屬的側(cè)面嚙合。同時(shí)有理由相信這種表面條件將會(huì)引起緩慢移動(dòng)輪齒所需的明顯的潤(rùn)滑液的滯留，由此獲得最合理的潤(rùn)滑狀況。但風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱的主要故障源是承壓面損壞。盡管通過(guò)磨合達(dá)到了上述光潔度，但在行星齒輪級(jí)輪齒上仍然有金屬與金屬輪齒的嚙合并產(chǎn)生潤(rùn)滑碎屑，這些潤(rùn)滑碎屑反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致快速的承壓面損壞。
相反，化學(xué)加速振動(dòng)超精加工達(dá)到的Ra＜0.3微米狀態(tài)被認(rèn)為對(duì)大型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)是太光滑了，因?yàn)辇X側(cè)面沒(méi)有足夠用于運(yùn)行的潤(rùn)滑液滯留，可預(yù)測(cè)到會(huì)產(chǎn)生輪齒損壞。因此，問(wèn)題是采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光對(duì)輸入行星級(jí)的超精加工是否提高了齒輪箱的任何品質(zhì)值。只有超長(zhǎng)和高成本的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能提供這一結(jié)果。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為構(gòu)成大型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的輸入行星級(jí)的大型厚重齒輪不能通過(guò)在化學(xué)加速振動(dòng)拋光加工中采用的振動(dòng)拋光設(shè)備進(jìn)行加工。該振動(dòng)拋光設(shè)備是筒狀或箱狀。對(duì)于輸出功率500kW或更大的發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)輸入行星級(jí)齒輪通常為200kg或更大。這一齒輪重量被認(rèn)為是超出了振動(dòng)拋光設(shè)備的正常操作范圍。
特別是，重量從400kg到大于5000kg的大型空心齒輪(環(huán)形齒輪)被認(rèn)為是不可能在大型振動(dòng)拋光滾筒中被超精加工的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到這種具有相當(dāng)小的橫截面積的大質(zhì)量齒輪將會(huì)直接沉入滾筒的底部，使襯套、齒輪或二者都損壞。此外，一直認(rèn)為是厚重的齒輪使用于振動(dòng)拋光設(shè)備上的陶瓷介質(zhì)破裂，因?yàn)檩^高壓力作用在所述介質(zhì)上。由陶瓷介質(zhì)被壓碎而產(chǎn)生的碎片具有銳利的尖和邊緣。這些介質(zhì)碎片被預(yù)測(cè)為沒(méi)有使輪齒的臨界嚙合表面修整到超精加工的狀態(tài)，而是損壞了這些表面，導(dǎo)致了這些表面的粗糙、擦傷甚至是撞癟，尤其是在壓力最大的滾筒底部附近。這種損壞一直對(duì)更軟的穿透淬火(32-40HRC)的空心齒輪有明顯的增大。由于破裂造成的可預(yù)見(jiàn)的介質(zhì)的快速磨損也增加了難以承受的加工成本，同時(shí)引起了阻塞和妨礙加工機(jī)械排放的問(wèn)題。
另外，在加工空心齒輪時(shí)，一直認(rèn)為在橫跨輪齒的導(dǎo)入面的介質(zhì)壓力強(qiáng)度上存在差異。在更靠近滾筒的底部的輪齒上的介質(zhì)壓力大于頂部附近的介質(zhì)壓力。結(jié)果，更多的材料被認(rèn)為是從輪齒底部附近移動(dòng)到輪齒頂部附近。因此振動(dòng)加工的空心齒輪最終是超出了尺寸公差。可以通過(guò)在加工中途移動(dòng)齒輪、將其翻轉(zhuǎn)、再放回到滾筒中并繼續(xù)加工的方法來(lái)部分地緩解上述問(wèn)題。但應(yīng)該指出翻轉(zhuǎn)這種大型齒輪是耗費(fèi)時(shí)間并有可能存在危險(xiǎn)的。同時(shí)，輪齒的部分中心寬度在拋光時(shí)會(huì)被加工兩次，這就有可能引起齒形的最終變化。上述預(yù)見(jiàn)的每個(gè)缺陷一直被認(rèn)為是使這種對(duì)大型空心齒輪的超精加工在工業(yè)上無(wú)法實(shí)施并無(wú)法預(yù)料的原因。
對(duì)構(gòu)成風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的輸入行星級(jí)的其它齒輪的化學(xué)加速振動(dòng)拋光也一直被認(rèn)為存在同樣的缺陷。這些公知為行星輪和太陽(yáng)輪的齒輪同樣是大質(zhì)量的，通常每個(gè)重量超過(guò)200kg。這樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)預(yù)見(jiàn)到它們不能用振動(dòng)拋光機(jī)進(jìn)行加工，無(wú)論拋光機(jī)是筒狀還是箱狀。因此，風(fēng)力渦輪機(jī)行業(yè)不能夠認(rèn)識(shí)到這種超精加工為齒輪箱的輸入行星級(jí)帶來(lái)的益處。
應(yīng)該指出的是，希望能夠在大型輸入行星齒輪級(jí)上采用穿透淬火的空心齒輪代替氣體滲氮或氣體滲碳的空心齒輪。穿透淬火的空心齒輪制造成本更低。
氣體滲氮是高成本且耗時(shí)的，并在輪齒表面產(chǎn)生非常堅(jiān)硬、脆性的“白層”。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到這種白層在使用齒輪之前必須被清除。但通過(guò)磨光清除白層費(fèi)用很高，而且還有毀壞空心齒輪的危險(xiǎn)。另一種通過(guò)化學(xué)溶解清除白層也是非常危險(xiǎn)并不利于環(huán)保的工藝。
在氣體滲碳方面，由于熱處理過(guò)程導(dǎo)致明顯的變形，因此需要對(duì)輪齒進(jìn)行最終精磨，這也是一個(gè)成本較高的工藝過(guò)程。而且，在最終精磨后，經(jīng)過(guò)氣體滲碳的空心齒輪需要進(jìn)行回火過(guò)燒檢查，這又是一個(gè)危險(xiǎn)并不利于環(huán)保的工藝過(guò)程。
另外，穿透淬火的空心齒輪不只是制造成本低，而且與滲氮或滲碳的空心齒輪相比它們?cè)趲缀涡螤钌细泳_。這是非常有利的，因?yàn)樾行驱X輪組的其余齒輪照例要被制造成具有高精確的幾何形狀。因此，如果更精確、成本更低的穿透淬火的空心齒輪與高精確的行星和太陽(yáng)齒輪一起運(yùn)行，則所獲得的行星齒輪組是高效并足夠耐用。如果采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光對(duì)穿透淬火的空心齒輪進(jìn)行超精加工，則其輪齒具有足夠的表面承載能力并能夠在HL或EHL狀態(tài)下運(yùn)行，由此減少了碎屑的產(chǎn)生。這樣，如果與超精加工的行星和太陽(yáng)齒輪組合的超精加工的穿透淬火的空心齒輪能夠在風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下合乎要求地運(yùn)行，則結(jié)果將產(chǎn)生更高性能的輸入行星齒輪級(jí)。備選地是，如果行星和太陽(yáng)小齒輪能夠被超精加工并與非超精加工的空心齒輪配合，而無(wú)論其金屬熱處理情況如何，結(jié)果都將產(chǎn)生一個(gè)用于具有500kW或更大輸出功率的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的改進(jìn)的行星齒輪級(jí)。因此，對(duì)輸入行星級(jí)的一些優(yōu)選是全部齒輪進(jìn)行超精加工會(huì)使從輪齒上產(chǎn)生的潤(rùn)滑碎屑減少或消除，從而減少或消除了承壓面的破壞源。
實(shí)際上，大型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的齒輪箱的設(shè)計(jì)者在磨光之后僅有一個(gè)可行的用于減少峰值粗糙點(diǎn)的選擇，那就是磨合過(guò)程。在磨合過(guò)程中，通過(guò)在不同負(fù)載和轉(zhuǎn)速下運(yùn)行齒輪箱而使齒輪在裝配狀態(tài)下變得平滑，從而嚙合區(qū)域的峰值粗糙點(diǎn)被切下或本身發(fā)生塑性變形。應(yīng)該提及的是，這也是能夠采用的最經(jīng)濟(jì)的工序，因?yàn)樵谘b運(yùn)并安裝在最終目的地之前無(wú)論如何要在負(fù)荷工況下對(duì)齒輪箱進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證。磨合和測(cè)試階段可以同時(shí)在同一試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。例如AGMA/AWEA以及Danish Energy Agency已經(jīng)寫出了設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的準(zhǔn)則并強(qiáng)調(diào)需要磨合。主要論述了表面拋光對(duì)輪齒耐用性的影響，但沒(méi)有給出任何修平表面的方法。這種清除峰值粗糙點(diǎn)的方法為無(wú)關(guān)緊要的觀點(diǎn)是本行業(yè)以及其他齒輪制造者所共有的。
理想的磨合過(guò)程需要在不同負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下運(yùn)行齒輪箱以模擬實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)條件，從而橫跨整個(gè)承載表面對(duì)峰值粗糙點(diǎn)進(jìn)行修平。但在試驗(yàn)臺(tái)上重復(fù)實(shí)際的運(yùn)行條件不僅在實(shí)踐上不可能，而且由于裝備、時(shí)間以及成本的限制同樣也是不切實(shí)際的。在磨合工序過(guò)程中，經(jīng)常有意地減小油膜厚度以使峰值粗糙點(diǎn)相互嚙合，由此產(chǎn)生更光滑的表面。一旦磨合過(guò)程完成，齒輪箱磨合潤(rùn)滑液和過(guò)濾系統(tǒng)就應(yīng)該進(jìn)行維修。通常排出潤(rùn)滑液，沖洗齒輪箱并換上新潤(rùn)滑液，同時(shí)收集磨合過(guò)程中產(chǎn)生的金屬碎屑的過(guò)濾器被清洗或更換。不利的是，即使是在被收集到過(guò)濾器內(nèi)之前的磨合過(guò)程中，金屬碎屑也可能引起對(duì)軸承(或承壓面)和齒輪嚙合表面的嚴(yán)重破壞。而且，大多過(guò)濾器僅能收集更大的碎屑顆粒而允許更細(xì)的顆粒通過(guò)。這些細(xì)小的顆粒仍然能夠引起表面損壞，特別是對(duì)齒輪箱軸承。
而且，無(wú)論磨合工序完成的多么徹底或細(xì)致，由于使峰值粗糙點(diǎn)機(jī)械剪切、破裂或彈性變形而形成了較高的應(yīng)力，因此該工序過(guò)程在輪齒嚙合表面區(qū)域留下了微觀材料疲勞(應(yīng)力集中區(qū))。這些應(yīng)力集中區(qū)成為將來(lái)發(fā)生嚙合疲勞失效或微坑的起源點(diǎn)。
所以，即使是在磨合以后，輸入行星齒輪也經(jīng)常在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的早期出現(xiàn)微坑。微坑本身是另一種金屬碎屑的來(lái)源，其能夠促使對(duì)軸承和齒輪嚙合表面的進(jìn)一步損壞，因?yàn)榻饘偎樾疾荒苤苯踊蛲耆ㄟ^(guò)過(guò)濾裝置收集。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，即使是能夠穿過(guò)10微米的過(guò)濾器的微觀金屬碎屑顆粒也還是足夠大的能引起損壞。微坑被公認(rèn)為是將來(lái)可能發(fā)生齒輪失效和/或嚴(yán)重的磨損問(wèn)題的標(biāo)志。只要有嚴(yán)重的磨損產(chǎn)生，輪齒輪廓就會(huì)改變，導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲提高，從而在齒輪箱系統(tǒng)上施加了升高的應(yīng)力。
另外，磨合工序通常僅使空心齒輪和太陽(yáng)齒輪的驅(qū)動(dòng)側(cè)平滑，而留下這些輪齒的不工作齒側(cè)進(jìn)行機(jī)械加工。在反向運(yùn)行條件例如強(qiáng)風(fēng)暴或渦輪機(jī)制動(dòng)時(shí)，不工作齒側(cè)負(fù)載足夠高以至使粗糙點(diǎn)相互嚙合，并產(chǎn)生了有害的金屬碎屑?；瘜W(xué)加速振動(dòng)超精加工的齒輪在嚙合輪齒表面兩側(cè)都被修平了。
還有，需要強(qiáng)調(diào)的是，本行業(yè)還沒(méi)有對(duì)關(guān)于實(shí)際最佳的表面拋光或形成該最佳表面以改善齒輪箱的耐用性的方法給出指導(dǎo)。相反主要是依靠磨合工序?qū)嘄X嚙合區(qū)域進(jìn)行修平以達(dá)到據(jù)認(rèn)為是合乎要求的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開(kāi)的是一種改進(jìn)的用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)輸入級(jí)的大型行星齒輪系統(tǒng)。這種改進(jìn)的行星齒輪系統(tǒng)減少或消除了通常從輪齒上產(chǎn)生的潤(rùn)滑碎屑，由此消除了引起承軸承失效的根源。為了達(dá)到這些效果，采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光將行星齒輪系統(tǒng)內(nèi)的一些以及優(yōu)選為全部輪齒超精加工到表面粗糙度大約為0.25微米或更小。
特別是公開(kāi)了一種對(duì)水平放置在振動(dòng)滾筒內(nèi)的大質(zhì)量空心齒輪、尤其是穿透淬火后的空心齒輪進(jìn)行超精加工的新方法。
能夠認(rèn)識(shí)到，在此公開(kāi)的本發(fā)明的教導(dǎo)對(duì)大型行星齒輪組的其它應(yīng)用也是有用的。同樣，本發(fā)明的教導(dǎo)也可應(yīng)用在由于常規(guī)研磨輪齒拋光而存在臨界潤(rùn)滑狀態(tài)的其它大型非行星齒輪類型的齒輪箱內(nèi)的一些或全部齒輪上。在這些齒輪箱內(nèi)，齒輪的型式例如正齒輪、螺旋齒輪、平面齒輪、錐齒輪等等對(duì)在此公開(kāi)的本發(fā)明的思想并不重要。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解的是可以對(duì)明顯的性質(zhì)做出各種變化和改變，這些變化和改變被認(rèn)為是處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。通過(guò)研究說(shuō)明書(shū)和在此公開(kāi)的對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐，本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯而易見(jiàn)的。示例是對(duì)這些類型的大型齒輪箱內(nèi)的所有齒輪和/或所有承壓面進(jìn)行超精加工。因此，所描述的具體實(shí)施例不是要限制本發(fā)明而僅僅是為示意本發(fā)明的方法。
在本發(fā)明中所采用的工藝過(guò)程的唯一及重要的特征是用于獲得表面光潔度的表面平整機(jī)制。與陶瓷介質(zhì)結(jié)合在振動(dòng)滾筒或桶內(nèi)采用化學(xué)溶液。當(dāng)被投入機(jī)器時(shí)，這種化學(xué)溶液與金屬起反應(yīng)并在輪齒的粗糙點(diǎn)(高峰和低谷)上產(chǎn)生穩(wěn)定、較軟的轉(zhuǎn)換涂層。由機(jī)器和介質(zhì)在輪齒的側(cè)面形成的摩擦運(yùn)動(dòng)有效地將表面“尖峰”上的轉(zhuǎn)換涂層磨掉，而使“低谷”的轉(zhuǎn)換涂層保留下來(lái)。在這一階段轉(zhuǎn)換涂層連續(xù)地被重新形成和磨掉，以構(gòu)成表面平整機(jī)制。該機(jī)制在振動(dòng)拋光機(jī)內(nèi)持續(xù)運(yùn)行直至獲得所需的表面光潔度。這時(shí)，活性化學(xué)物質(zhì)的處理停止并通常被用不與基底金屬起反應(yīng)的拋光溶液從機(jī)器內(nèi)清洗掉。在這一階段轉(zhuǎn)換涂層被從輪齒側(cè)面磨掉，最終獲得用于輸入行星齒輪級(jí)的拋光齒輪。最后，由于所述工藝過(guò)程是以水為基礎(chǔ)，在大致室溫下并暴露在大氣中，因此采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光沒(méi)有任何使齒輪回火的可能。這樣，在采用本發(fā)明進(jìn)行超精加工以后不需要進(jìn)行回火過(guò)燒檢測(cè)。
由于在安裝前清除了峰值粗糙點(diǎn)，因此沒(méi)有引入任何像在常規(guī)磨合平滑工藝過(guò)程那樣的微應(yīng)力。實(shí)際上，對(duì)磨合的需要極大地減少或完全消除了。因此減少或消除了齒輪表面的微坑和磨蝕問(wèn)題。同時(shí)，采用本發(fā)明拋光的齒輪在開(kāi)始或投入使用長(zhǎng)時(shí)間以后沒(méi)有產(chǎn)生任何明顯的金屬碎屑，由此避免了金屬碎屑損壞軸承(或承壓面)。這也使?jié)櫥S護(hù)之間的周期更長(zhǎng)。由于表面的平滑也減少摩擦，因此齒輪不會(huì)促進(jìn)造成潤(rùn)滑劑、軸承和密封件壽命降低的典型磨合溫度尖峰的產(chǎn)生。噪聲和振動(dòng)由于兩個(gè)原因也被認(rèn)為是減小了。首先，摩擦的減少對(duì)減小振動(dòng)和噪聲起作用。其次，磨損的減少意味著傳動(dòng)誤差會(huì)隨著時(shí)間保持更加恒定，因此噪聲也不會(huì)提高。
在本發(fā)明之前，試圖提高風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)齒輪箱的耐用性是通過(guò)對(duì)輪齒進(jìn)行表面拋光接著磨合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)齒輪箱是在變化的負(fù)載和轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。磨合可以從一些輪齒配合表面上清除峰值粗糙點(diǎn)，但也有許多上述相對(duì)于本發(fā)明的嚴(yán)重缺陷。因此，應(yīng)用于具有500kW及更大獨(dú)立輸出功率的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的本發(fā)明相對(duì)于輪齒拋光和磨合工藝過(guò)程的幾個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)是
1.提供一種整個(gè)輪齒側(cè)面都被超精加工的改進(jìn)的輸入行星級(jí)，這種超精加工可減少或消除在磨合或?qū)嶋H使用過(guò)程中由齒輪產(chǎn)生的破壞性的金屬碎屑；
2.提供一種通常由輪齒產(chǎn)生的金屬碎屑明顯減少或消除的改進(jìn)的行星級(jí)，由此減少或消除了引起軸承失效的根源；
3.提供一種對(duì)大型空心齒輪尤其是具有較高幾何精確度并穿透淬火的空心齒輪進(jìn)行超精加工的實(shí)用并節(jié)省成本的方法，該方法采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光得到具有較低Ra值、較高Rmr值和應(yīng)力集中區(qū)明顯減少的優(yōu)質(zhì)表面；
4.提供一種改進(jìn)的輸入行星級(jí)，因?yàn)楝F(xiàn)在任何型式200kg和更大齒輪的一些并且優(yōu)選為全部齒輪側(cè)面在保持尺寸公差的同時(shí)都可以被超精加工到Ra值為0.25微米或更??；
5.提供一種微坑和磨蝕明顯減少的改進(jìn)的行星級(jí)，這些微坑和磨蝕會(huì)產(chǎn)生將來(lái)的大坑、磨損并最終導(dǎo)致輪齒和軸承的失效；
6.提供一種對(duì)所有齒輪尤其是空心齒輪和太陽(yáng)齒輪的輪齒的驅(qū)動(dòng)側(cè)和不工作側(cè)同時(shí)進(jìn)行超精加工的方法，這就減少或消除了有可能產(chǎn)生的有害金屬碎屑；
7.提供一種溫度尖峰明顯減少的改進(jìn)的輸入行星級(jí)，這種溫度尖峰在磨合或早期現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)冶金、潤(rùn)滑劑以及密封件有很大損害；
8.提供一種振動(dòng)和/或噪聲明顯減少的改進(jìn)的輸入行星級(jí)，這種振動(dòng)和/或噪聲是通過(guò)摩擦和/或由于磨損輪齒輪廓變形引起的；
9.提供一種在齒輪嚙合齒面上具有材料比率(Rmr)提高的改進(jìn)的輸入行星級(jí)，從而可以產(chǎn)生更大的動(dòng)力密度；
10.提供一種改進(jìn)的輸入行星級(jí)，革新或取消磨合工序；
11.提供一種對(duì)齒輪超精加工后不需要回火過(guò)燒檢測(cè)的工藝；
12.提供一種應(yīng)用于在臨界潤(rùn)滑狀態(tài)下運(yùn)行的所有類型齒輪箱內(nèi)所有200kg和更大型式的齒輪的化學(xué)加速振動(dòng)拋光工藝，從而使超精加工減少或消除了潤(rùn)滑碎屑；以及
13.提供一種改進(jìn)的大型齒輪箱，其中一些、或者優(yōu)選為所有齒輪和/或承壓面被超精加工以減少或消除潤(rùn)滑碎屑。
本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)從隨后的描述和附圖中更清楚地了解到。


圖1是具有三個(gè)行星齒輪的行星齒輪箱的橫截面視圖2a是表示出齒嚙合區(qū)域的輪齒示意圖2b是兩個(gè)輪齒的橫截面視圖3是包含用于對(duì)空心齒輪進(jìn)行超精加工的介質(zhì)的振動(dòng)滾筒的視圖4是表示在超精加工過(guò)程中對(duì)空心齒輪處于理想位置的振動(dòng)滾筒的視圖5表示在超精加工過(guò)程中化學(xué)溶液投放位置的視圖6是在對(duì)空心齒輪輪齒的齒側(cè)面進(jìn)行典型機(jī)械加工/研磨而檢測(cè)到的表面參數(shù)和輪廓；以及
圖7是采用本發(fā)明的方法對(duì)空心齒輪輪齒的齒側(cè)面進(jìn)行典型超精加工而檢測(cè)到的表面參數(shù)和輪廓。
本發(fā)明的詳細(xì)描述
圖1是通常用于風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的輸入行星級(jí)齒輪的視圖。它由空心齒輪1、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪2以及太陽(yáng)齒輪3組成。每個(gè)齒輪的齒4將被超精加工。圖2a是單個(gè)輪齒4的三維視圖，而圖2b是兩個(gè)輪齒4的二維橫截面視圖。輪齒4由齒側(cè)面5、齒頂部6、齒根部7以及齒根圓角8組成，其中，齒側(cè)面5是輪齒的工作或嚙合側(cè)面，齒頂部6是輪齒的上表面，齒根部7是相鄰齒之間的空間底部處的表面，且齒根圓角8是在齒側(cè)面5和齒根部7之間輪齒的基底上的圓形部分。最關(guān)鍵的區(qū)域是齒接觸印痕9，其是在齒輪運(yùn)行時(shí)輪齒與其配合副已經(jīng)處于嚙合的的表面區(qū)域。在本發(fā)明中，在振動(dòng)滾筒或箱內(nèi)采用化學(xué)加速拋光將包括太陽(yáng)齒輪3、行星齒輪2以及空心齒輪1的風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的一個(gè)或多個(gè)行星齒輪的驅(qū)動(dòng)和不工作側(cè)超精加工到Ra為0.25微米或更小。
超精加工過(guò)程的總體描述
超精加工過(guò)程的總體描述是按照共同擁有的美國(guó)專利Nos.4,491,500和4,818,333以及美國(guó)專利申請(qǐng)Nos.10/071,533、09/758,067以及10/684,073的記載，它們每個(gè)都結(jié)合在此作為參考。在振動(dòng)拋光機(jī)內(nèi)引入活性化學(xué)物質(zhì)，能夠?qū)X輪的金屬轉(zhuǎn)化為具有減小硬度薄膜的合成物，所述薄膜的物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且可以或不能在視覺(jué)上觀察到。這種薄膜被稱為轉(zhuǎn)化涂層。當(dāng)這種薄膜在齒輪的表面上形成時(shí)，介質(zhì)成分在齒輪上的作用力僅會(huì)從齒輪的峰值粗糙點(diǎn)除去薄膜，而留下涂層完整的低凹區(qū)。通過(guò)用活性化學(xué)物質(zhì)連續(xù)潤(rùn)濕金屬表面，將會(huì)連續(xù)地重新形成穩(wěn)定的涂層，對(duì)那些剛剛暴露出裸露底層金屬的區(qū)域，以提供相對(duì)較軟的薄膜層。如果這部分仍然比相鄰區(qū)域更高，則會(huì)繼續(xù)將其磨掉直至已經(jīng)有效消除任何粗糙峰值。
所采用的活性化學(xué)溶液的量只需要保持所有待加工部分的表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)，以確保連續(xù)、有效、即時(shí)地重新形成通過(guò)摩擦作用去除的任何涂層。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，所采用的任何介質(zhì)的量取決于多個(gè)因素例如表面特性、面積、被處理的齒輪的重量和成分、所采用的用于轉(zhuǎn)化涂層的溶液的組分、操作溫度、精磨要達(dá)到的程度和等級(jí)，等等。
盡管通過(guò)齒輪上產(chǎn)生的涂層轉(zhuǎn)化后表現(xiàn)出來(lái)的性能對(duì)本發(fā)明過(guò)程的實(shí)踐成功至關(guān)重要，但所采用的產(chǎn)生涂層的活性化學(xué)物質(zhì)的組成卻不是這樣。這種組合物必須能夠在運(yùn)行條件下快速有效地產(chǎn)生基體金屬的相對(duì)較軟的反應(yīng)產(chǎn)物，而且所述涂層基本上不溶于液體介質(zhì)以保證主要通過(guò)摩擦而不是溶解完成清除工作?；钚曰瘜W(xué)物質(zhì)通常由水和大于約40重量百分比的活性成分組成，所述活性成分基本上包括轉(zhuǎn)換化合物，而且優(yōu)選并按要求還包括氧化劑，有時(shí)還包括穩(wěn)定劑和/或潤(rùn)濕劑。在已經(jīng)達(dá)到所需的精磨數(shù)量后，活性化學(xué)物質(zhì)的處理停止。此后，將拋光溶液引入振動(dòng)拋光機(jī)。拋光溶液不與基體金屬反應(yīng)，起到從表面上清除轉(zhuǎn)換涂層以形成鏡面外表的作用。
超精加工行星和太陽(yáng)齒輪
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可在具有適當(dāng)尺寸的振動(dòng)滾筒或桶的機(jī)器內(nèi)對(duì)太陽(yáng)齒輪和行星齒輪進(jìn)行超精加工。多個(gè)具有適當(dāng)固定的齒輪可以被同時(shí)超精加工?？刹捎靡谎b置支承齒輪(多個(gè)齒輪)或防止齒輪(多個(gè)齒輪)在運(yùn)行時(shí)與振動(dòng)滾筒或桶的側(cè)壁接觸。齒輪(多個(gè)齒輪)被快速攪動(dòng)以在齒輪(多個(gè)齒輪)和非磨料陶瓷介質(zhì)之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。用30v/v％的FERROMILFML-590水成溶液將齒輪(多個(gè)齒輪)的表面和介質(zhì)保持在潤(rùn)濕狀態(tài)。非磨料固態(tài)介質(zhì)成分的數(shù)量、尺寸和形狀被設(shè)置成在攪動(dòng)狀態(tài)下可對(duì)輪齒產(chǎn)生均勻的介質(zhì)摩擦。持續(xù)這一過(guò)程直至算術(shù)平均粗糙度(Ra)值為0.25微米或更小。而后用1.5v/v％的FERROMILFBC-295水成溶液對(duì)齒輪(多個(gè)齒輪)進(jìn)行拋光以清除轉(zhuǎn)換涂層并形成鏡面外表。
盡管優(yōu)選實(shí)施例考慮采用非磨料陶瓷介質(zhì)，但也可以采用其它陶瓷介質(zhì)、塑料介質(zhì)、鋼介質(zhì)、不銹鋼介質(zhì)以及不同類型介質(zhì)的組合，這取決于齒輪拋光周圍的具體環(huán)境情況。在每種情況下采用哪種介質(zhì)或介質(zhì)的組合是本領(lǐng)域技術(shù)人員所掌握的技術(shù)常識(shí)。
超精加工空心齒輪
這個(gè)示例給出了對(duì)適用于具有500kW或更大輸出功率的工業(yè)用風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱的大型空心齒輪1進(jìn)行超精加工的一個(gè)實(shí)施例?？招凝X輪1具有下面大致的重量和尺寸。其重1620kg，具有171cm的外徑、146cm的內(nèi)徑、以及38.5cm的齒寬。可通過(guò)氣體滲碳、氣體滲氮或通過(guò)淬火對(duì)空心齒輪進(jìn)行熱處理。在圖3中，對(duì)振動(dòng)滾筒10容積的大約三分之二充入磨料和非磨料陶瓷介質(zhì)11的混合物。介質(zhì)的尺寸和形狀被選定為使得介質(zhì)的均勻混合具有對(duì)輪齒齒側(cè)面的均衡接觸。介質(zhì)的數(shù)量也被選擇為在加工過(guò)程中提供最佳的提升作用量值，使得齒輪不與振動(dòng)滾筒的管筒(或通道)的底部或側(cè)面接觸，或使齒輪的頂部不突出工作介質(zhì)層上方。馬達(dá)配重被設(shè)置成具有大約85度的螺旋升角。
空心齒輪1水平放置在振動(dòng)滾筒10的中心輪轂12上，該中心輪轂12在固定介質(zhì)塊11上適當(dāng)?shù)叵鄬?duì)滾筒的中心與空心齒輪進(jìn)行對(duì)中。如圖5所示，流速為20升/小時(shí)(L/hr)的1.5v/v％的FERROMILFBC-295水或溶液被投入滾筒的外壁和齒輪13的外表面之間的區(qū)域以減少摩擦生熱的作用。包括30v/v％的FERROMILFML-590的活性化學(xué)物質(zhì)的水成溶液以18升/小時(shí)(L/hr)的流速被投入到中心輪轂12和內(nèi)輪齒14之間的區(qū)域。
振動(dòng)滾筒10以低頻啟動(dòng)并逐漸升高到大約46-48赫茲，由此空心齒輪在介質(zhì)11中穩(wěn)定下來(lái)。圖4所示的理想位置是齒輪1的最上面處于或剛剛位于介質(zhì)11和空氣界面的下方。如果振動(dòng)滾筒的振幅不在1.5-2.0mm之間，就應(yīng)該調(diào)節(jié)下配重以達(dá)到所述振幅。這一測(cè)量結(jié)果可從安裝在滾筒10的外側(cè)上的振幅計(jì)上讀出。在其余加工過(guò)程中，空心齒輪1保持對(duì)中并繞振動(dòng)滾筒的中心輪轂12緩慢旋轉(zhuǎn)。
以下參數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整以使齒輪1處于或剛剛位于介質(zhì)11上表面的下方，從而使齒輪1繞振動(dòng)滾筒10的中心滾筒12均勻地旋轉(zhuǎn)。
介質(zhì)尺寸、形狀、成分以及每種成分的百分比；
介質(zhì)層面；
馬達(dá)的頻率；
由可調(diào)配重系統(tǒng)產(chǎn)生的振幅和螺旋升角；
活性化學(xué)物質(zhì)和拋光溶液的濃度和流速。
這些參數(shù)的調(diào)整屬于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)。
繼續(xù)加工過(guò)程直至算術(shù)平均粗糙度(Ra)的值達(dá)到0.25微米或更小?；钚曰瘜W(xué)物質(zhì)的流動(dòng)被停止，包括1.5v/v％的FERROMILFBC-295水或溶液的拋光混合物以150升/小時(shí)(I/hr)的流速被投入到滾筒的中心圓柱和齒輪15的輪齒之間的區(qū)域。繼續(xù)加工過(guò)程直至轉(zhuǎn)換涂層被清除，形成清潔光亮的外表。
獲得的預(yù)料不到的結(jié)果是
1.齒輪在滾筒內(nèi)保持對(duì)中，由于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)而懸浮脫離滾筒的底部，齒輪的最上面保持處于或剛剛位于介質(zhì)/空氣界面的下方。
2.對(duì)齒輪超精加工時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生任何由介質(zhì)或介質(zhì)碎片造成的破壞。
3.達(dá)到0.25微米或更小的Ra值，材料比率顯著提高。
a.圖6表示在超精加工前輪齒接觸區(qū)域典型的表面粗糙輪廓。Ra為0.78微米，Rmr為49.4％。
b.圖7表示超精加工后輪齒接觸區(qū)域的表面粗糙輪廓。Ra為0.16微米，Rmr為73.2％。
4.導(dǎo)入面和輪廓上的表面光潔度均勻，在誤差范圍內(nèi)。
5.即使有的話也僅有微不足道數(shù)量的介質(zhì)在加工過(guò)程中被破碎(也就是說(shuō)介質(zhì)的磨損率相當(dāng)?shù)?。
行星齒輪的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試
采用在本發(fā)明中描述的加工過(guò)程將來(lái)自兩個(gè)具有大于500kW輸出功率的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)齒輪箱的輸入行星級(jí)的所有齒輪都超精加工到表面粗糙度為0.25微米或更小。在超精加工之前對(duì)空心齒輪穿透淬火，而對(duì)行星和太陽(yáng)齒輪氣體滲碳。投入使用后，在大約6個(gè)月和大約1年的運(yùn)行后對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢測(cè)。在輪齒表面上沒(méi)有觀察到任何微坑或磨蝕。同樣沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何軸承的損壞。與之相比，僅通過(guò)一般的磨合技術(shù)修平的磨光齒輪僅在6個(gè)月的運(yùn)行后就開(kāi)始顯示出微坑或磨蝕的跡象，通過(guò)直接檢測(cè)或通過(guò)噪聲/振動(dòng)監(jiān)測(cè)看到軸承開(kāi)始顯示出損壞。本發(fā)明另外的可預(yù)見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)包括減少了金屬碎屑、提高了軸承的壽命、減少了磨損、減少了振動(dòng)和噪聲、提高了接觸疲勞強(qiáng)度、改善了潤(rùn)滑、提高了潤(rùn)滑維護(hù)之間的周期、簡(jiǎn)化或消除了磨合工序、以及增加了耐用性、效率并減少了行星齒輪箱的制造和運(yùn)行成本。
盡管已經(jīng)通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明的裝置和方法，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然知道在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的情況下可對(duì)在此描述的內(nèi)容做出改變。所有這種類似的對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的替換和修改都被認(rèn)為是處于本發(fā)明的范圍和思想內(nèi)，尤其是這種供應(yīng)應(yīng)用于拋光任何類型的齒輪、大型行星齒輪系統(tǒng)而不只是包含在風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的那些任何類型的齒輪、以及具有每個(gè)齒輪在邊界潤(rùn)滑區(qū)域內(nèi)運(yùn)行而且超過(guò)200kg的大型齒輪箱中的任何類型的齒輪。這項(xiàng)技術(shù)在其它行業(yè)內(nèi)有效的實(shí)例包括在船舶動(dòng)力裝置和土方運(yùn)輸行業(yè)、采礦業(yè)以及其它任何采用大型齒輪系統(tǒng)的行業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種行星齒輪箱，所述行星齒輪箱包括空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪，其中，所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)包括被超精加工到一表面粗糙度的多個(gè)齒，所述表面粗糙度足以減少積聚在所述行星齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑碎屑。
2.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，采用化學(xué)加速拋光對(duì)所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行超精加工。
3.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)的輪齒被超精加工到最終表面粗糙度為0.25μm或更小。
4.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，在多個(gè)拋光介質(zhì)和一種化學(xué)溶液存在的條件下通過(guò)攪動(dòng)所述空心齒輪而對(duì)其進(jìn)行超精加工，所述化學(xué)溶液能夠與所述空心齒輪的金屬起反應(yīng)而在所述空心齒輪的表面形成具有較低硬度層的薄膜，從而使得多個(gè)拋光介質(zhì)能夠從所述空心齒輪的表面上清除較低硬度層，由此對(duì)所述空心齒輪的表面進(jìn)行精磨，此后為了借助多個(gè)拋光介質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的精磨，立即通過(guò)在所述空心齒輪和所述化學(xué)溶液之間的反應(yīng)重新形成具有較低硬度層的混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述多個(gè)拋光介質(zhì)從包括磨料介質(zhì)、非磨料介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
6.如權(quán)利要求5所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述磨料介質(zhì)從包括石英、花崗巖、天然和合成氧化鋁、碳化硅、氧化鐵以及它們的混合物的組中選擇。
7.如權(quán)利要求6所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述磨料介質(zhì)被保持在瓷料、塑料或它們的混合物的基體內(nèi)。
8.如權(quán)利要求5所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)從包括陶瓷介質(zhì)、塑料介質(zhì)、鋼介質(zhì)、不銹鋼介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
9.如權(quán)利要求4所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述混合在振動(dòng)拋光機(jī)內(nèi)形成。
10.如權(quán)利要求4所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液的數(shù)量足以保持所述空心齒輪和多個(gè)拋光介質(zhì)的表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求4所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括磷酸鹽、磷酸、草酸、草酸鈉、硫酸鹽、硫酸、碳酸氫鈉、鉻酸鹽、鉻酸、鉻酸鈉或它們的混合物的組中選擇的化學(xué)物質(zhì)。
12.如權(quán)利要求4所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括鋅、磷酸鎂、磷酸鐵、有機(jī)氧化劑、無(wú)機(jī)氧化劑、過(guò)氧化物、間硝基苯、氯酸鹽、亞氯酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽以及它們的混合物的組中選擇的加速劑。
13.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，在多個(gè)拋光介質(zhì)和一種化學(xué)溶液存在的條件下通過(guò)攪動(dòng)所述行星齒輪而對(duì)其進(jìn)行超精加工，所述化學(xué)溶液能夠與所述行星齒輪的金屬起反應(yīng)而在所述行星齒輪的表面形成具有較低硬度膜的薄膜，從而使得多個(gè)拋光介質(zhì)能夠從所述行星齒輪的表面上清除較低硬度膜，由此對(duì)所述行星齒輪的表面進(jìn)行精磨，此后為了借助多個(gè)拋光介質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的精磨，立即通過(guò)在所述行星齒輪和所述化學(xué)溶液之間的反應(yīng)重新形成具有較低硬度膜的混合物。
14.如權(quán)利要求13所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述多個(gè)拋光介質(zhì)從包括磨料介質(zhì)、非磨料介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
15.如權(quán)利要求14所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)包括氧化物顆粒的混合物，所述氧化物顆粒熔合成一個(gè)粘附物以及基本上非自由分散的磨粒，所述粘附物在無(wú)氧基上包含大約60-80重量百分比的鋁和大約5-30重量百分比的硅。
16.如權(quán)利要求15所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物在無(wú)氧基上包括大約76-78重量百分比的鋁、大約10-12重量百分比的硅、大約5-9重量百分比的鐵以及大約4-6重量百分比的鈦。
17.如權(quán)利要求15所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物在無(wú)氧基上包括大約63-67重量百分比的鋁、大約26-36重量百分比的硅、大約2-4重量百分比的鈉、大約1-2重量百分比的鉀以及大約0.5-0.8重量百分比的磷。
18.如權(quán)利要求15所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物包括大約62-73重量百分比的鋁、大約7-14重量百分比的硅、大約10-25重量百分比的錳以及大約1-4重量百分比的鈉。
19.如權(quán)利要求15所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述氧化物顆粒的直徑在1微米到25微米之間。
20.如權(quán)利要求14所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)的密度至少為大約2.75克/立方厘米。
21.如權(quán)利要求14所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)的平均維氏(金剛石角錐)硬度值至少為大約845。
22.如權(quán)利要求14所述的行星齒輪箱，其特征在于，在工藝過(guò)程中由多個(gè)拋光介質(zhì)的攪動(dòng)引起的多個(gè)拋光介質(zhì)平均重量的減少不超過(guò)每小時(shí)大約0.1％。
23.如權(quán)利要求13所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液的量足以保持所述空心齒輪和多個(gè)拋光介質(zhì)的表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)。
24.如權(quán)利要求13所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括磷酸鹽、磷酸、草酸、草酸鈉、硫酸鹽、硫酸、碳酸氫鈉、鉻酸鹽、鉻酸、鉻酸鈉或它們的混合物的組中選擇的化學(xué)物質(zhì)。
25.如權(quán)利要求13所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括鋅、磷酸鎂、磷酸鐵、有機(jī)氧化劑、無(wú)機(jī)氧化劑、過(guò)氧化物、間硝基苯、氯酸鹽、亞氯酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽以及它們的混合物的組中選擇的加速劑。
26.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，在多個(gè)拋光介質(zhì)和一種化學(xué)溶液存在的條件下通過(guò)攪動(dòng)所述太陽(yáng)齒輪而對(duì)其進(jìn)行超精加工，所述化學(xué)溶液能夠與所述太陽(yáng)齒輪的金屬起反應(yīng)而在所述太陽(yáng)齒輪的表面形成具有較低硬度膜的薄膜，從而使得多個(gè)拋光介質(zhì)能夠從所述太陽(yáng)齒輪的表面上清除較低硬度膜，由此對(duì)所述太陽(yáng)齒輪的表面進(jìn)行精磨，此后為了借助多個(gè)拋光介質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的精磨，立即通過(guò)在所述太陽(yáng)齒輪和所述化學(xué)溶液之間的反應(yīng)重新形成具有較低硬度膜的混合物。
27.如權(quán)利要求26所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述多個(gè)拋光介質(zhì)從包括磨料介質(zhì)、非磨料介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
28.如權(quán)利要求27所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)包括氧化物顆粒的混合物，所述氧化物顆粒熔合成一個(gè)粘附物以及基本上非自由分散的磨粒，所述粘附物在無(wú)氧基上包含大約60-80重量百分比的鋁和大約5-30重量百分比的硅。
29.如權(quán)利要求28所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物在無(wú)氧基上包括大約76-78重量百分比的鋁、大約10-12重量百分比的硅、大約5-9重量百分比的鐵以及大約4-6重量百分比的鈦。
30.如權(quán)利要求28所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物在無(wú)氧基上包括大約63-67重量百分比的鋁、大約26-36重量百分比的硅、大約2-4重量百分比的鈉、大約1-2重量百分比的鉀以及以及大約0.5-0.8重量百分比的磷。
31.如權(quán)利要求28所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述粘附物包括大約62-73重量百分比的鋁、大約7-14重量百分比的硅、大約10-25重量百分比的錳以及大約1-4重量百分比的鈉。
32.如權(quán)利要求28所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述氧化物顆粒的直徑在1微米到25微米之間。
33.如權(quán)利要求27所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)的密度至少為大約2.75克/立方厘米。
34.如權(quán)利要求27所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)的平均維氏(金剛石角錐)硬度值至少為大約845。
35.如權(quán)利要求26所述的行星齒輪箱，其特征在于，在工藝過(guò)程中由多個(gè)拋光介質(zhì)的攪動(dòng)引起的多個(gè)拋光介質(zhì)平均重量的減少不超過(guò)每小時(shí)大約0.1％。
36.如權(quán)利要求26所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液的量足以保持所述空心齒輪和多個(gè)拋光介質(zhì)的表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)。
37.如權(quán)利要求26所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括磷酸鹽、磷酸、草酸、草酸鈉、硫酸鹽、硫酸、碳酸氫鈉、鉻酸鹽、鉻酸、鉻酸鈉或它們的混合物的組中選擇的化學(xué)物質(zhì)。
38.如權(quán)利要求26所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括鋅、磷酸鎂、磷酸鐵、有機(jī)氧化劑、無(wú)機(jī)氧化劑、過(guò)氧化物、間硝基苯、氯酸鹽、亞氯酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽以及它們的混合物的組中選擇的加速劑。
39.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述行星齒輪箱是來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)裝置、船舶推進(jìn)裝置或土方運(yùn)輸裝置中的一個(gè)行星齒輪箱。
40.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，在被超精加工到0.25μm或更小的表面粗糙度以前，由從包括氣體滲碳、氣體滲氮和穿透淬火的組中選擇一種方法對(duì)所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行熱處理。
41.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
42.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
43.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
44.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述多個(gè)齒的驅(qū)動(dòng)側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
45.如權(quán)利要求1所述的行星齒輪箱，其特征在于，所述多個(gè)齒的不工作齒側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
46.一種質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪，其包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
47.如權(quán)利要求46所述的齒輪，其特征在于，采用化學(xué)加速拋光對(duì)所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪進(jìn)行超精加工。
48.如權(quán)利要求46所述的齒輪，其特征在于，在多個(gè)拋光介質(zhì)和一種化學(xué)溶液存在的條件下通過(guò)攪動(dòng)所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪而對(duì)其進(jìn)行超精加工，所述化學(xué)溶液能夠與所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪的金屬起反應(yīng)而在所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪的表面形成具有較低硬度膜的薄膜，從而使得多個(gè)拋光介質(zhì)能夠從所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪的表面上清除較低硬度膜，由此對(duì)所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪的表面進(jìn)行精磨，此后為了借助多個(gè)拋光介質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的精磨，立即通過(guò)在所述質(zhì)量超過(guò)200kg的齒輪和所述化學(xué)溶液之間的反應(yīng)重新形成具有較低硬度膜的混合物。
49.如權(quán)利要求48所述的齒輪，其特征在于，所述多個(gè)拋光介質(zhì)從包括磨料介質(zhì)、非磨料介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
50.如權(quán)利要求49所述的齒輪，其特征在于，所述磨料介質(zhì)從包括石英、花崗巖、天然和合成氧化鋁、碳化硅、氧化鐵以及它們的混合物的組中選擇。
51.如權(quán)利要求50所述的齒輪，其特征在于，所述磨料介質(zhì)被保持在瓷料、塑料或它們的混合物的基體內(nèi)。
52.如權(quán)利要求49所述的齒輪，其特征在于，所述非磨料介質(zhì)從包括陶瓷介質(zhì)、塑料介質(zhì)、鋼介質(zhì)、不銹鋼介質(zhì)以及它們的混合物的組中選擇。
53.如權(quán)利要求48所述的齒輪，其特征在于，所述混合在振動(dòng)拋光機(jī)內(nèi)形成。
54.如權(quán)利要求48所述的齒輪，其特征在于，所述化學(xué)溶液的量足以保持所述空心齒輪和多個(gè)拋光介質(zhì)的表面處于潤(rùn)濕狀態(tài)。
55.如權(quán)利要求48所述的齒輪，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括磷酸鹽、磷酸、草酸、草酸鈉、硫酸鹽、硫酸、碳酸氫鈉、鉻酸鹽、鉻酸、鉻酸鈉或它們的混合物的組中選擇的化學(xué)物質(zhì)。
56.如權(quán)利要求48所述的齒輪，其特征在于，所述化學(xué)溶液包括從包括鋅、磷酸鎂、磷酸鐵、有機(jī)氧化劑、無(wú)機(jī)氧化劑、過(guò)氧化物、間硝基苯、氯酸鹽、亞氯酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽以及它們的混合物的組中選擇的加速劑。
57.如權(quán)利要求46所述的齒輪，其特征在于，所述多個(gè)齒的驅(qū)動(dòng)側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
58.如權(quán)利要求46所述的齒輪，其特征在于，所述多個(gè)齒的不工作齒側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
59.一種用于減少行星齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑碎屑的方法，其特征在于，所述行星齒輪箱包括空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪，所述方法包括在運(yùn)行所述行星齒輪箱之前將所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)齒超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)加速拋光對(duì)所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行超精加工。
61.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，在被超精加工到0.25μm或更小的表面粗糙度以前，由從包括氣體滲碳、氣體滲氮和穿透淬火的組中選擇一種方法對(duì)所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行熱處理。
62.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述空心齒輪、兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
63.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪以及太陽(yáng)齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
64.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述兩個(gè)或多個(gè)行星齒輪中的每個(gè)都包括多個(gè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小的齒。
65.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)齒的驅(qū)動(dòng)側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
66.如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)齒的不工作齒側(cè)被超精加工到表面粗糙度為0.25μm或更小。
全文摘要
一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)輸入級(jí)的新型改進(jìn)的大型行星齒輪系統(tǒng)。這種改進(jìn)的行星齒輪系統(tǒng)減少或消除了通常從輪齒上產(chǎn)生的潤(rùn)滑碎屑，由此消除了引起軸承失效的根源。為了達(dá)到這些效果，采用化學(xué)加速振動(dòng)拋光將行星齒輪系統(tǒng)的一些以及優(yōu)選為全部輪齒超精加工到表面粗糙度大約為0.25微米或更小。本發(fā)明使得齒輪箱的金屬碎屑減少、承壓壽命提高、磨損減少、振動(dòng)摩擦噪聲降低、接觸疲勞得到改善、接觸強(qiáng)度提高、潤(rùn)滑得到改善、使磨合工序簡(jiǎn)化以及提高齒輪箱的耐用性和效率。
文檔編號(hào)F16H57/08GK1829586SQ20048001499
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者M·米紹, E·蘇默斯 申請(qǐng)人:雷姆技術(shù)公司, 奧爾索有限責(zé)任公司