HOEFLER（霍夫勒）圓柱齒輪磨齒機(jī)可滿(mǎn)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(mǎn)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(guò)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?xún)H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(jiàn)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(méi)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(guò)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(guò)彈性變形進(jìn)行補(bǔ)償，可以通過(guò)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^(guò)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(chē)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(chē)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(jiàn)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(chēng)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(mǎn)足在雙面磨削情況下加工大修形量的不對(duì)稱(chēng)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(kāi)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(jiàn)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(lèi)設(shè)備被客戶(hù)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(xún)電話(huà)：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(jiàn)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^(guò)程中重量問(wèn)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(guò)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(hù)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(guò)程中為操作員提供指導(dǎo)（參見(jiàn)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(guò)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(mǎn)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。
