風(fēng)力發(fā)電偏航齒圈加工工藝

大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司通用減速機(jī)廠 （遼寧 116035） 張本麒 單文強(qiáng) 張雅斌

偏航齒圈是風(fēng)電設(shè)備偏航系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，其作用相當(dāng)于大型滑動軸承。它位于機(jī)艙座底部，下端通過螺栓與塔筒聯(lián)接固定，上部通過滑動面支撐整個機(jī)艙機(jī)構(gòu)，周圍與四臺偏航減速機(jī)輸出齒輪相嚙合，通過偏航電動機(jī)的驅(qū)動，帶動機(jī)艙機(jī)構(gòu)整體緩慢旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到調(diào)整風(fēng)電葉輪方向的目的（見圖1）。偏航齒圈的設(shè)計壽命一般為20年，因其安裝位置的特殊，在使用過程中維修困難、更換成本高，所以對該零件的制造精度與質(zhì)量都有著較高的要求。偏航齒圈的3D模型如圖2所示。

圖1 偏航系統(tǒng)

圖2 偏航齒圈

該零件屬于大型環(huán)形齒輪件范疇，材質(zhì)一般為調(diào)質(zhì)合金鋼；根據(jù)零件使用要求，外部齒輪模數(shù)一般在10～20mm，且齒面要求表面淬火，硬度一般要求在50HRC以上；內(nèi)孔設(shè)計成階梯狀，其中內(nèi)孔及端面滑動區(qū)的加工精度要求較高，且表面要求氮化處理，硬度一般要求達(dá)700HV左右，以提高接觸疲勞強(qiáng)度和防腐性能；中間副板位置設(shè)計成一圈螺栓孔，用以把合塔筒法蘭，該處螺栓孔因為數(shù)量較多，所以對螺孔尺寸和位置度均有較高要求。

1.車削

偏航齒圈的車削一般在立車上進(jìn)行，根據(jù)零件加工尺寸、工序要求精度、材料切削性能等參數(shù)合理選擇機(jī)床和刀具型號。按加工性質(zhì)和作用的不同，車削加工可大致劃分為四個階段：

（1）粗車 一般安排在調(diào)質(zhì)工序之前，主要去除毛坯的大部分鍛造余量，保留熱處理加工余量，同時保證材料表面粗糙度要求，為后序超聲波探傷（可按JB/T5000.15－1998中 III級執(zhí)行）做準(zhǔn)備，同時為使零件具備追溯性，應(yīng)對零件進(jìn)行編號，并作相應(yīng)的性能要求。

（2）半精車 一般安排在調(diào)質(zhì)工序之后，去除毛坯大部分加工余量，各主要加工表面僅留有精加工余量，次要表面可以加工到成品，要求達(dá)到一定精度要求，為精車做好準(zhǔn)備。

（3）精車1 完成對各主要表面的加工，由于精加工余量很小，避免了較大的夾緊力和切削力所引起的彈性變形和熱變形，齒部外圓及其兩端面留量，加工過程中注意定位基面的選擇，便于定位、裝夾和多數(shù)表面的加工，基端面刻線。

（4）精車2 一般安排在氮化工序之后，遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，車掉齒部外圓及兩端面的氮化層，恢復(fù)材質(zhì)表面硬度，為后序滾齒加工做好準(zhǔn)備。

2.磨削

偏航齒圈內(nèi)孔滑動區(qū)的表面粗糙度和平行度均有較高的要求，同時為了得到齒圈與側(cè)面軸承最佳的阻尼效果，該處表面的加工紋路的一般方向為徑向，如圖3所示。為滿足上述要求，可以采用砂輪環(huán)形磨削平面的方式完成該處表面的精加工，合理的選擇砂輪粒度、磨削參數(shù)及磨削液是必要的。

圖3 磨削加工

3.鉆削

偏航齒圈與塔筒法蘭把合的螺栓孔由于數(shù)量較多、位置精度不易保證，所以僅依靠劃線的方式是滿足不了裝配要求的，一般可設(shè)計專用鉆模工裝來輔助鉆削加工，如圖4所示。當(dāng)然采用精度更高的數(shù)控鉆床設(shè)備也可以滿足設(shè)計要求。鉆鉸過程中合理選用鉆頭型號、鉆削參數(shù)及切削液，同時注意孔端倒角。

圖4 鉆削加工

4.齒輪加工

根據(jù)零件材料硬度、齒輪精度及生產(chǎn)綱領(lǐng)等方面要求，偏航齒圈的齒形一般采用滾齒展成法加工，單件小批生產(chǎn)中亦可采用盤狀銑刀或指形銑刀進(jìn)行仿形法加工，但由于齒數(shù)較多，對分度機(jī)構(gòu)的要求較高。在工廠條件允許的情況下，建議先采用仿形法粗銑齒，齒厚留加工余量，再應(yīng)用滾齒機(jī)進(jìn)行精滾齒，這樣既可以降低加工成本，又可提高生產(chǎn)效率，同時還可以保證齒輪精度等級的要求?，F(xiàn)場如圖5所示。

（1）齒坯的裝夾與找正 如圖6所示，偏航齒圈在工作臺上的裝夾常使用整體胎具或成組胎具；齒坯安裝前必須先檢查胎具定位面和齒坯基準(zhǔn)面，清除毛刺，并仔細(xì)擦拭干凈；齒坯安裝時，必須將刻線的基準(zhǔn)面嚴(yán)密貼合在胎具定位端面上，其間不得墊紙或銅皮；胎具支撐面應(yīng)盡量靠近切削力作用位置，最好支撐在靠近齒根圓處；偏航齒圈一般采用百分表找正齒頂圓和基準(zhǔn)端面來保證安裝精度，找正時，必須采用銅棒，不得在螺栓壓緊的狀態(tài)下強(qiáng)行敲擊；齒坯的夾緊必須牢固、可靠、均勻，但夾緊力不應(yīng)過大，以防止齒坯變形或損壞機(jī)床。

圖5 滾齒加工

圖6 齒坯的把合與找正

（2）滾刀的選用與安裝 滾刀的選擇：滾刀參數(shù)要根據(jù)偏航齒圈的材質(zhì)、硬度、模數(shù)、齒形角、精度等級和工藝要求進(jìn)行確定。

滾刀心軸與滾刀的安裝要求：滾刀安裝前要檢查刀桿與滾刀的配合，以用手能把滾刀推入刀桿為準(zhǔn)，間隙過大會引起滾刀徑向跳動，影響加工精度，安裝時不允許錘擊刀具。滾刀安裝好后要檢查兩端凸臺的徑向和軸向跳動量。

滾刀安裝角的調(diào)整：由于偏航齒圈一般設(shè)計成直齒，滾刀安裝角度僅與滾刀導(dǎo)程角的大小和方向有關(guān)，它可以通過刀架的調(diào)整來實現(xiàn)。

滾刀的對中：可在工件外圓表面切出很淺的刀痕，觀察刀痕兩側(cè)是否對稱，以達(dá)到對中的目的，當(dāng)然使用專用對刀規(guī)也可實現(xiàn)對中的目的。

（3）切削用量 切削速度與進(jìn)給量的選用，應(yīng)當(dāng)以保證齒圈加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、延長刀具使用壽命為前提，根據(jù)機(jī)床、工件、刀具系統(tǒng)的剛性，工件的模數(shù)、齒數(shù)、材料及精度要求綜合考慮。同時合理分配走刀次數(shù)與滾齒余量，提高齒輪加工精度、降低滾切表面粗糙度值，避免齒面或齒根出現(xiàn)劃傷、撕裂等缺陷。

（4）齒部倒角 滾齒后要求對偏航齒圈進(jìn)行齒部倒角處理，倒角尺寸要求規(guī)范、統(tǒng)一。不允許存有尖角、毛刺等缺陷影響齒部表面淬火工序。

5.熱處理要求

（1）滲氮工藝 偏航齒圈滲氮前要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，以保證材料心部獲得良好的綜合性能，調(diào)質(zhì)硬度一般在260～300HBW范圍內(nèi)。氣體滲氮溫度通常為500～560℃，滲氮溫度的選取取決于工件材料、滲層深度、表面硬度等因素。滲氮時間取決于所要求的氮化層厚度及氮化溫度。

（2）表面淬火 偏航齒圈齒部一般采用中頻感應(yīng)淬火進(jìn)行強(qiáng)化，建議使用沿齒溝單齒淬火法，制造仿形感應(yīng)器對齒根、齒面同時進(jìn)行淬火強(qiáng)化（見圖7），保證齒槽各處可以獲得均勻的淬硬層，從而對齒面耐磨性及齒根彎曲強(qiáng)度均有顯著提高。

圖7 沿齒溝單齒淬火