HOEFLER（霍夫勒）圓柱齒輪磨齒機(jī)可滿足大型行星輪行星輪組件制造需求。RAPID I系列磨齒機(jī)配備有內(nèi)磨頭，可確保大模數(shù)內(nèi)齒輪加工的穩(wěn)定性和可靠性。
出色的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要滿足重量小、傳動(dòng)比高、損耗低和噪聲低的要求。這些要求可通過行星輪組來(lái)實(shí)現(xiàn)。
行星輪組的尺寸規(guī)格跨度很大。例如，既有應(yīng)用于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的微型齒輪組，也有應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域10MW大型齒輪組。
行星齒輪組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
一個(gè)行星輪組包括若干個(gè)傳動(dòng)元件：一個(gè)太陽(yáng)輪、一個(gè)內(nèi)齒輪、一個(gè)或若干個(gè)由行星架支承的行星輪。雖然行星輪組可以僅使用一個(gè)行星輪，但若干個(gè)行星輪可以協(xié)助動(dòng)力分配（參見圖1）。
圖1：帶有三個(gè)行星輪的行星輪組圖示
簡(jiǎn)單理念，挑戰(zhàn)性細(xì)節(jié)
雖然行星輪組的設(shè)計(jì)理念很簡(jiǎn)單，但是細(xì)節(jié)往往決定成敗。如果只有一個(gè)行星輪，且所有行星輪組元件均由軸承支承，那么該行星輪組為靜定結(jié)構(gòu)。如果齒輪組中帶有若干個(gè)行星輪用于分配太陽(yáng)輪和內(nèi)齒輪之間的動(dòng)力，那么整個(gè)系統(tǒng)就變成超靜定結(jié)構(gòu)。任何制造偏差會(huì)導(dǎo)致載荷分布不均勻，長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)偏差將會(huì)降低齒輪的額定使用壽命。如果行星架沒有按照特定的規(guī)格進(jìn)行生產(chǎn)，將會(huì)導(dǎo)致行星輪傳動(dòng)載荷分配不均勻。
對(duì)于帶有三或五個(gè)行星輪的齒輪組而言，如果有兩個(gè)行星輪通過無(wú)軸承的方式進(jìn)行安裝，且僅依靠各自的配對(duì)齒輪來(lái)支撐，則可以不采用超靜定結(jié)構(gòu)。這個(gè)方法適用于直齒輪。然而，對(duì)于斜齒輪而言，任何時(shí)候都需要軸承支架來(lái)吸收軸向力。
為了使超靜定行星輪組避免出現(xiàn)這個(gè)情況，需要使用彈性機(jī)械系統(tǒng)?，F(xiàn)有不規(guī)則載荷通過彈性變形進(jìn)行補(bǔ)償，可以通過制作薄內(nèi)齒圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所有行星輪分配載荷時(shí)，內(nèi)齒圈產(chǎn)生變形?；蛘咄ㄟ^徑向太陽(yáng)輪軸承進(jìn)行齒輪組設(shè)計(jì)，以使太陽(yáng)輪和行星輪之間產(chǎn)生近似齒面接觸區(qū)。
行星輪組的作用：車輛傳動(dòng)、風(fēng)電齒輪箱
目前，絕大多數(shù)行星輪組被用于內(nèi)燃機(jī)車的自動(dòng)傳動(dòng)。所使用的內(nèi)齒圈直徑范圍介于150mm-200mm之間，在經(jīng)過加工和氮化處理后才進(jìn)行組裝。行星輪和太陽(yáng)輪采用滾齒和展成磨削的方式進(jìn)行加工。通過這樣的生產(chǎn)途徑，對(duì)行星輪進(jìn)行齒面修形。如有必要，也可以對(duì)太陽(yáng)輪進(jìn)行齒面修形。
用于風(fēng)電渦輪
對(duì)于用于風(fēng)電齒輪箱的大型行星輪組而言，其技術(shù)要求是最為嚴(yán)格的。齒輪箱和中速發(fā)電機(jī)組合仍然是實(shí)現(xiàn)最低平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）最佳選擇。一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)具備3MW輸出能力，總重超過90噸。而一個(gè)具備相同輸出能力的中速發(fā)電機(jī)（包括必要的齒輪箱）僅重36噸。這將使得整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)、地基和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試變得更加簡(jiǎn)單。另外，齒輪箱結(jié)構(gòu)有助于減少使用昂貴材料，例如：銅和稀有金屬。對(duì)于10MW及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二級(jí)或三級(jí)行星輪組用于將降低轉(zhuǎn)子（低于10rpm），和發(fā)電機(jī)（400rpm）的速度。
圖2為二級(jí)風(fēng)電行星齒輪箱圖示。大轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)行星架。內(nèi)齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)，太陽(yáng)輪通過若干個(gè)行星輪以更快的速度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，太陽(yáng)輪再驅(qū)動(dòng)二級(jí)行星輪組的行星架，然后再將二級(jí)太陽(yáng)輪連接至發(fā)電機(jī)。
圖2：二級(jí)風(fēng)電行星齒輪箱
在這個(gè)性能級(jí)別上，齒輪箱的效能發(fā)揮著重要作用。哪怕只有0.1%的損失，對(duì)于10MW而言也相當(dāng)于齒輪箱中10kW的輸出功率被浪費(fèi)掉。除了技術(shù)因素對(duì)部件壽命的影響，環(huán)境適應(yīng)性要求會(huì)越來(lái)越高。風(fēng)力發(fā)電正處于產(chǎn)能爬坡期，這是“能源轉(zhuǎn)型”的結(jié)果（德國(guó)計(jì)劃向低碳和無(wú)核化經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變）。風(fēng)電機(jī)組越來(lái)越接近居民區(qū)，因此應(yīng)對(duì)背景噪聲進(jìn)行隔音處理。由于齒輪嚙合頻繁，行星輪成為該應(yīng)用的更優(yōu)解決方案。即便如此，風(fēng)電機(jī)組的噪聲排放應(yīng)降低至盡可能低水平。解決齒輪箱的噪音問題需要針對(duì)齒輪箱的嚙合齒輪進(jìn)行宏觀和微觀幾何形態(tài)研究。
最大挑戰(zhàn)：內(nèi)齒輪齒
從生產(chǎn)的角度來(lái)看，內(nèi)齒輪齒精加工最為棘手。由于是超靜定結(jié)構(gòu)，內(nèi)齒必然表現(xiàn)出彈性性能，進(jìn)而使行星輪盡可能穩(wěn)定地傳輸載荷。在這種彈性的作用下，嚙合齒輪在載荷條件下產(chǎn)生位移。
內(nèi)齒輪中的載荷只施加在單側(cè)齒面上，被動(dòng)齒面只需針對(duì)所產(chǎn)生的位移進(jìn)行修形。主動(dòng)齒面需要對(duì)位移和載荷變形進(jìn)行修形（參見圖3）。
圖3：內(nèi)齒輪標(biāo)準(zhǔn)齒形修形示例
相同原理應(yīng)用于不同的修形要求。被動(dòng)齒面和主動(dòng)齒面的修形要求各不相同。內(nèi)齒磨削需要采用經(jīng)濟(jì)可行的方式，即：雙面磨削法。對(duì)于不同的修形要求，磨削方案必須能夠處理非對(duì)稱和修形量大的情況，在雙面磨削的同時(shí)保持正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這就要求磨齒機(jī)應(yīng)可以提供多個(gè)自由活動(dòng)空間，具有超越常規(guī)內(nèi)磨臂的加工能力。
新型RAPID I系列
產(chǎn)品概述
RAPID I系列：非常適用于大型行星輪組內(nèi)齒輪精加工非常復(fù)雜，被動(dòng)齒面和主動(dòng)齒面的修形要求各不相同。這就是為什么磨削方案必須滿足在雙面磨削情況下加工大修形量的不對(duì)稱齒面時(shí)應(yīng)保持正確拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因。這就要求磨齒機(jī)應(yīng)可以提供多個(gè)自由活動(dòng)空間，具有超越常規(guī)內(nèi)磨臂的加工能力。RAPID I系列采用的就是這種方案。
多年來(lái)，KLINGELNBERG（克林貝格）公司一直致力于為上述生產(chǎn)需求開發(fā)出相應(yīng)的優(yōu)秀解決方案，以應(yīng)對(duì)功率密度遞增所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。HOEFLER RAPID系列圓柱齒輪成形磨齒機(jī)和RAPIDI系列磨齒機(jī)（參見圖4）配備有I1或I2型號(hào)內(nèi)磨頭，可確保大模數(shù)內(nèi)齒輪加工的穩(wěn)定性和可靠性。2006年以來(lái)，我們大約有30臺(tái)同類設(shè)備被客戶所使用，使用效果很好。近年來(lái)，上述產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)明顯。
圖4：HOEFLER RAPID 4000 I型號(hào)圓柱齒輪磨齒機(jī)
（加工工件直徑可達(dá)4000mm）
咨詢電話：135 2207 9385
設(shè)備介紹
在RAPID 2500-6000型號(hào)中，有兩種功率規(guī)格的內(nèi)磨頭可供選擇。設(shè)備型號(hào)表明了可以加工內(nèi)齒輪齒的最大外徑。
以RAPID 5000 I型號(hào)為例，靜壓工作臺(tái)最大承重為50噸，處理工件直徑為2600mm。RAPID系列磨齒機(jī)模塊化系統(tǒng)提供各種行程長(zhǎng)度，可供選擇。例如，I1型號(hào)的磨削主軸功率為29kW。I2型號(hào)的磨削主軸功率為22kW。驅(qū)動(dòng)輸出允許的最大齒形高度分別為100mm（I1型號(hào)）和60mm（I2型號(hào)），其最大砂輪寬度分別為100mm（I1型號(hào)）和80mm（I2型號(hào)）?？杉庸つ?shù)范圍約為1-43mm（I1型號(hào)）和1-26mm（I2型號(hào)）。這種設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)更長(zhǎng)的內(nèi)齒插入深度。I1型號(hào)的內(nèi)齒插入深度為1000mm，I2型號(hào)的內(nèi)齒插入深度為800mm。這點(diǎn)非常重要，特別適合不斷增加的齒輪寬度。
精巧的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)
RAPID I系列磨齒機(jī)具有先進(jìn)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。
配有力矩電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)軸與內(nèi)磨頭連接，可達(dá)到高水平的定位精度和剛性。同時(shí)安裝有切向軸，其旋轉(zhuǎn)角度范圍為±35°。在這個(gè)緊湊型設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)中點(diǎn)位于砂輪中，在大螺旋角工件加工時(shí)可以盡可能大程度地降低工件的干涉風(fēng)險(xiǎn)。
雙面嚙合拓?fù)淠ハ?/span>
在這個(gè)雙滾輪系統(tǒng)中，修整修形裝置直接安裝在內(nèi)磨臂中，為拓?fù)湫扌翁峁└鞣N自由活動(dòng)空間，同時(shí)結(jié)合進(jìn)給軸和內(nèi)磨頭切向軸。憑借精巧的設(shè)計(jì)，高度靈活的內(nèi)磨頭可以實(shí)現(xiàn)5軸同步加工。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，還可以在雙面嚙合磨削條件下加工復(fù)雜齒形和齒向修形。這個(gè)功能在KLINGELNBERG（克林貝格）外齒磨齒機(jī)中是比較常見的。
大型工件的多種機(jī)床選擇
安裝在機(jī)床中的測(cè)量檢測(cè)裝置可以降低重新加工的成本。在處理沉重和加工難度大的工件時(shí)，這是保證安全可靠生產(chǎn)的重要前提條件。
大型內(nèi)齒圈設(shè)計(jì)應(yīng)包括重量?jī)?yōu)化，因?yàn)樵诩庸み^程中重量問題會(huì)嚴(yán)重影響部件的穩(wěn)定性。Duplex分支型號(hào)（D）擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。通過簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)內(nèi)磨頭，可以快速地從內(nèi)齒磨削模式切換至外齒磨削模式。機(jī)床及其部件設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)，顯著地縮短了內(nèi)磨頭的調(diào)節(jié)時(shí)間。
另一個(gè)分支型號(hào)的RAPID AI系列磨齒機(jī)具有2個(gè)立柱組合，為加工大型工件提供了更高生產(chǎn)效率與靈活性，工件僅需安裝一次。
便捷Gear Production操作軟件
當(dāng)然，KLINGELNBERG（克林貝格）的客戶在RAPID I、D和AI型中也會(huì)從可靠、先進(jìn)的Gear Production 軟件中獲益，該軟件提供眾多選項(xiàng)和功能，既可用于工作準(zhǔn)備的預(yù)分析，也可在磨削過程中為操作員提供指導(dǎo)（參見圖5）。
圖5：齒輪生產(chǎn)設(shè)計(jì)（GearProduction）軟件中包括許多創(chuàng)新功能，例如：Best-Fit磨削、加工余量分析、多種3D模擬用于分析輪廓干涉，通過直觀技術(shù)指南進(jìn)行復(fù)雜的齒面拓?fù)浜妄X形修形。
結(jié) 論
因其尺寸優(yōu)勢(shì)，行星輪組被廣泛地應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域，其行星輪技術(shù)要求非常高。其中，難度最高的是內(nèi)齒輪精加工。傳統(tǒng)的內(nèi)磨機(jī)在這種情況下往往無(wú)法滿足要求。而RAPID系列內(nèi)齒磨齒機(jī)提供了更高的靈活性、更好的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)以及KLINGELNBERG（克林貝格）的定制化解決方案，在軟件方面尤為突出。其他分支型號(hào)的大型部件加工機(jī)床為進(jìn)行齒輪宏觀和微觀幾何形態(tài)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了多種可能性，盡可能降低齒輪箱的噪聲。隨著風(fēng)電行業(yè)的興起，風(fēng)電機(jī)組逐漸進(jìn)入居住區(qū)中。屆時(shí)，居民將無(wú)需再忍受來(lái)自風(fēng)電機(jī)組持續(xù)發(fā)出的背景噪聲。
