风电增速箱行星齿轮锥形内孔的磨削与检测.pdf

机械传动2 0 1 1 笠 文章编号 1 0 0 4 2 5 3 9 2 0 1 1 0 6 一0 0 8 6 0 2 风电增速箱行星齿轮锥形内孔的磨削与检测 李滨琳贾继华包文 杭州前进齿轮箱集团股份有限公司齿轮厂 浙江杭州3 1 1 2 0 3 摘要风电增速箱行星齿轮锥孔作为双列圆锥滚子轴承的外圈使用 尺寸精度要求高 加工和测量 难度大 通过设计制造专用量具 优化工艺方案 成功解决了锥孔的磨削和测量难题 关键词风电增速箱锥孔测量专用量具 G r i m h ga n dM e a s u r e m e n to fT a p e rH o l eo fP l a n e t a r yG e a r i nW i n dP o w e rs p e e d u pG e a rB o x B i I l l i n J i aJ i h u aB a oW 色n k l I l g z h 0 I lA d v a n c eC e a I b o xG r o u pC o L T D m n g z h o u2 1 1 2 0 3 C h i n a A b s t r a c tT a p e rh o l eo fp l a n e t a r yg e a ri nw i n dp o w e rs p e e d u pg e a rb o xi su s e da sr o l l a w a yn e s to fd o u b l e r o wt a p e rb e a t i n g S Oh i g ha c c u r a c yo ft h eh o l ei s r e q u i r e d a n di t i sv e r yd i f f i c u l tt om a n u f a c t u r ea n dm e a s u r et h e h o l e B yd e s i g n i n ga n dm a k i n gas p e c i a lm e a s u r i n gt o o la n do p t i m i z et h et e c h n i c sm e t h o d t h ep r o b l e mo fm a n u f a c t u r e a n dm e a s u r ei ss u c c e s s f u l l ys o l v e d K e yw o r d sW i n dp o w e rs p e e d u pg e a rb o xT a p e rh o l e M e a s u m S p e c i a lm e a s u r i n gt o o l 0 引言 风电增速箱是风电机组的核心部件之一 安装在 塔顶的狭小空间内 一旦出现故障 维修非常困难 J 所以要求其具有较小的体积和重量 同时具备较高的 零件加工精度和较长的整机使用寿命 我公司设计制 造的某型号风电齿轮箱 为了尽量减小整箱体积和重 量 采用行星齿轮传动结构 将其行星齿轮内孔设计成 中间段为直孔 两端为锥孔的形状 两端锥孔作为双列 圆锥滚子轴承外圈滚道 为了保证和轴承外圈具有同 等的使用性能 要求内孔表面必须具有很高的形位和 尺寸精度 2 j 2 而控制的关键项是直孔与锥孔交界线的 位置尺寸 这就大大增加了加工和测量的难度 1 工件状态及加工 测量难点 我公司加工的行星齿轮加工要求如图1 所示 零 件材料为1 7 C r N i M 0 6 优质渗碳钢 在渗碳淬火处理后 对内孔进行磨削加工 两端内锥孔尺寸必须达到图示 要求 目的是为了控制两个单列圆锥滚子轴承间的轴 向距离 进而达到成组 六件一组 行星轮安装在行星 托架上后与托架端面的距离保证在一定公差范围内 使所有的行星轮运转时几乎在同一水平面上 针对该零件进行分析 我们认为加工和测量时的 难点主要有以下几点 图1 行星齿轮加工要求 1 工件需要控制的关键尺寸 均为斜锥面 与圆柱面的交界线 在加工机床上使用常规量具无法 随机准确测量 2 工件尺寸 中任何一个尺寸变化 都将引起尺寸 或 的变化 3 工件尺寸 又会因尺寸 的变化而变化 4 批量加工时 尺寸 即使都在公差内 也 会因各尺寸间的关联变化导致尺寸 超差 万方数据 第3 5 卷第0 6 期风电增速箱行星齿轮锥形内孔的磨削与检测 5 一旦零件从机床上拆卸后发现不合格 返工 时需要兼顾的尺寸关系十分复杂 困难非常大 综合上述问题 我们认为 必须制订合理的加工工 艺方案 并且设计专用量具 使零件能够在加工设备上 随机准确测量 并根据测量的数据调整机床工艺参数 最终达到设计要求 2 解决难题的思路和方案 为了满足加工的要求 并保证锥角角度的准确性 我们选用以下方式进行磨削和测量 1 加工机床 选用数控立式磨床来进行磨削 保 证锥角角度的稳定性 尽可能减少尺寸变化 每次调 整时 首件可用三坐标测量仪测量 并根据工艺要求调 整到位 2 磨削工艺路线 先磨两端平面控制总长 然后 一次装夹磨中孔和一端锥孑L 最后校正已经磨削的中 孔和平面 磨另一端锥孔 3 从图纸要求来看 任何一个尺寸的变化都会引 起其他尺寸的联动变化 容易引起尺寸超差 因此 在 机床能够满足工艺要求的前提下 加工过程中必须人 为缩小关键尺寸的公差 4 因为用常规量具无法直接测量尺寸 和 所 以必须设计专用量具 3 专用量具的设计制造和使用方法 专用量具的设计和制造要求如图2 所示 要求量 高度 表块 要求量规主体1 7 为圆锥体 量规宽度取值5 0 8 0 之间 图2 量规形式 具A 曰面为同一圆锥体表面 并要求有很高的精度 表面粗糙度耽为0 1 p s n 直线度为0 0 0 4 m m 两百分 表测量头中心对量规主体回转中心的距离要求一致 同时必须严格控制量规主体的大端直径尺寸 高度尺 寸及高度对表块的长度尺寸 测量时先将量规放置在 平板上 两边的百分表同时用高度对表块对零 按图3 方式进行上锥孔的测量 注意 两边表的读数如基本上 一致 则测量准确 如果数值相差较大 则说明量具锥 面未完全与零件锥面贴合 需反复测几次 直至百分表 读数基本一致 读出百分表的数据 再通过表的读数 值和 尺寸的换算得出要求的 尺寸 对下锥 孔的测量基本如上所述 只需更换对表用的高度对表 块 通过表的读数值和 尺寸的换算得出要求 的 尺寸 图3 测量方法 量规的加工必须控制好质量 对锥角的角度 直线 度 量规主体大端直径尺寸的检测需使用高精度三坐 标测量仪 同时要保证两只百分表安装孔中心与量规 主体中心的装配精度 4 实例计算 经过上述分析 我们在制造加工工艺中 将零件公 差按图4 缩小 最终达到保证 长度尺寸和锥孔尺 寸的目的 图4 内磨工艺要求 分析 1 尺寸 在量规 等高块做好 并规定了机 床 磨好工件总长后 通过换算直接读出 2 尺寸 的控制最终控制了尺寸 即 2 t a n 3 尺寸 的控制最终控制了尺寸 2 一 t a n 4 我们在控制了等高块高度后 经计算由高度 对表块将百分表对零后 在实际加工中 控制百分表读 数值在 一0 0 4 5 r a m 内即可将尺寸全控制在产品图要 求内 这样在立式磨床上加工中可以随机测量 操作者 可根据测量的结果及时调整进刀量 同时该量具也可 做成品检验使用 下转第4 7 页 万方数据 第3 5 卷第0 6 期行星滚柱丝杠副的结构参数优化分析 4 7 散变量 一般离散变量 和一些伪离散变量 理论上可 以在一定范围内取任意值 但考虑到工艺性将其圆整 从而得到离散变量 因此 对于一般的离散变量x 菇1 菇2 可表示为 菇 X I n t 1 一1 R n d 1 2 1 其中 R n d 为在 O 1 之间的一个任意值 对于在 口 b 区间里 以k 为增量的伪离散变量 其表达式为 茁 I n t 1 k b 一口 R n d 口 I k 2 2 式 2 1 式 2 2 是设计离散变量状态产生函数 实现离 散变量模拟退火算法的核心 通过这两式可将模数 齿 数 齿宽 滚柱个数等用离散变量表示出来 有所增加 这就使传动的重合度增加 从而提高了行星 滚柱丝杠副的整体刚度及运行的平稳性 4 结束语 1 本文对行星滚柱丝杠副的运动原理及基本结 构参数进行了相关分析 2 采用乘除法和模拟退火算法对行星滚柱丝杠 副中齿轮的参数进行了有效的优化分析 从而在保证 设计质量的前提下 极大地降低了设计成本和减少了 设计周期 为行星滚柱丝杠产品的系列化生产提供了 有力的保障 参考文献 3 应用实例 1 采用上述理论方法 当选用如表1 所示行星滚柱 丝杠时 可以确定出行星滚柱中行星齿轮相应的结构 2 参数如下表所示 3 表l 行星滚柱丝杠副基本参数 丝杠公称直径 螺距螺母外径螺纹头数 数值 2 0 m n l1 2 m m4 2 I F g l t l5 表2 与滚柱一体的行星齿轮优化参数 齿数 滚柱个数C齿宽B模数m 盖 初始数值1 2850 5 O 2 8 优化数值1 394 5O 5O 2 5 表3 内齿轮的参数 齿数 滚柱个数C齿宽口模数m盖 初始数值 6 0850 50 2 8 优化数值 6 5950 50 2 5 由表2 表3 中可知 优化后的齿数 滚柱个数均 P i e r r eC I e m o r T h er o l l e r8 c r u 1 w e 妊i c i e n ta n dr e l i a b l em e c h a n i c a l c o m p o n e n to fe l e c t r o m e c h a n i c a la c t u a t o r s C E n e r g yC o n v e r s i o nE r 画 n e e r i n gC o n f e l n c e 1 9 9 6 1 8 2 1 5 2 2 0 S K FT r a n s o r l S K FR o l l e rS c r e w C a t a l o g u e4 3 5 1E lM J 1 9 9 4 3 5 靳谦忠 杨家军 行星式滚柱丝杠副的运动特性及参数选择 J 制造技术与机床 1 9 9 8 5 1 3 一1 5 孙靖民 梁迎春 陈时锦 机械结构优化设计 M 哈尔滨 哈尔滨 工业大学出版社 2 0 0 4 1 9 9 2 0 1 陈黎卿 郑泉 何钦章 基于模拟退火算法的差速器多目标优化设 计 J 机械传动 2 0 0 8 3 2 5 0 5 2 张涵 宫德娟 行星齿轮减速器多目标优化设计研究 J 电子机 械工程 2 0 0 6 2 2 1 8 渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会 渐开线齿轮行星传动 的设计与制造 M 北京 机械工业出版社 2 0 0 2 3 7 4 5 刘惟信 机械最优化设计 M 北京 清华大学出版社 1 9 9 4 1 2 2 0 张涵 电梯拽引机行星齿轮减速器的优化设计研究 D 昆明 昆 明理工大学 2 0 0 6 4 1 4 6 收稿日期 2 0 1 0 1 1 2 2 作者简介 韦振兴 1 9 8 5 一 男 陕西韩城人 硕士研究生 上接第8 7 页 使用以上的专用量具进行加工测量后 我们又将 零件在三坐标测量仪上进行复查测量 得到的数值几 乎一致 5 结束语 使用上文所述方法进行小批量生产后 我们抽取了 部分零件在三坐标测量仪上检验对比 对比结果表明该 方法完全能够使零件达到设计要求 尺寸精度稳定 且 由于能直接读出数据 因此操作者认为使用十分方便 目前 这一测量技术已经运用到风机零件的大批量生产 中 促进了风电增速箱的顺利出产 创造了很大经济效 益 节约了三坐标测量仪的测量成本 同时也为其他类 似零件的加工和测量提供了确切的参考 参考文献 1 蒋苏民 侯力 马朝玲 等 风电增速箱空心输入轴的有限元分析 J 机械传动 2 0 0 9 3 3 5 6 7 6 9 2 徐灏 机械设计手册 8 M 北京 机械工业出版社 1 9