主軸集成型風(fēng)電齒輪箱輸入級行星架加工工藝研究

李紅紅

(太原重工股份有限公司 齒輪傳動分公司，山西 太原 030024)

0 引言

根據(jù)風(fēng)電增速器與主軸的聯(lián)接方式不同，風(fēng)力發(fā)電雙饋機組增速齒輪箱結(jié)構(gòu)分為主軸集成型齒輪箱、通過鎖緊盤聯(lián)接齒輪箱及通過法蘭聯(lián)接齒輪箱。目前風(fēng)電市場上5 MW以下雙饋增速齒輪箱大部分采用鎖緊盤將主軸與增速器聯(lián)接在一起，而僅有較小比例增速器是將主軸集成于齒輪箱內(nèi)，通過過盈聯(lián)接將主軸裝于齒輪箱內(nèi)部。而大的過盈量裝配后會使行星架其他部位產(chǎn)生一定的變形,為此本文主要研究了主軸集成型風(fēng)電齒輪箱輸入級行星架加工工藝，采用合理的工藝可有效地消除大過盈量造成的零件變形影響，滿足圖紙的設(shè)計使用要求。

1 不同結(jié)構(gòu)增速器輸入級行星架的區(qū)別

不同結(jié)構(gòu)增速器輸入級行星架區(qū)別如表1所示。

通過表1可看出，由于增速器結(jié)構(gòu)的不同，輸入級行星架的材質(zhì)、熱處理、裝配方式都不同，從而導(dǎo)致零件的加工工藝不同[1]。QT700-2A行星架的加工工藝通常為：粗加工—時效—半精加工—精加工—檢測—收尾—裝配。而集成型增速器輸入級行星架與主軸是通過大的過盈量直接聯(lián)接，裝配后會對輸入級行星架的行星孔及其他部位的尺寸及形位公差產(chǎn)生影響。若直接將輸入級行星架加工至圖紙要求，則與主軸裝配后行星架產(chǎn)生的變形會影響行星輪的裝配及齒輪箱的運轉(zhuǎn)。因此，在加工過程中需考慮消除該變形的影響。

表1 不同結(jié)構(gòu)增速器輸入級行星架區(qū)別

2 主軸集成型增速器輸入級行星架加工工藝難點

本文以太重齒輪傳動分公司正在加工的主軸集成型4.5 MW齒輪箱輸入級行星架為例進(jìn)行分析研究。該行星架材質(zhì)為G18NiMoCr3-6，需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，行星架與主軸通過1∶50錐度孔過盈聯(lián)接，過盈量為1.65 mm～1.81 mm，零件最大外圓為Φ1 850，行星輪孔數(shù)量為4，行星輪孔尺寸公差范圍為0.02 mm，要求同軸度≤0.015 mm，平行度≤0.04 mm，行星架簡圖見圖1。

圖1 輸入級行星架簡圖

2.1 輸入級行星架與主軸的裝配

為了消除主軸與輸入級行星架裝配后產(chǎn)生的變形影響，我們在輸入級行星架精加工階段先將與主軸裝配部位加工至尺寸，其余加工部位留適當(dāng)余量，待主軸及輸入級行星架裝配到位后再進(jìn)行輸入級行星架其余部位的加工。

主軸與輸入級行星架裝配后要求主軸右端面與輸入級行星架內(nèi)孔小頭側(cè)端面貼合，間隙≤0.20 mm。過盈連接常采用的裝配方式為壓裝和熱裝。由于配合部位過盈量過大，壓入行程長，所需壓入力大，采用壓裝方式較困難，因此我們采用熱裝方式進(jìn)行裝配。根據(jù)熱裝時包容件的加熱溫度推薦公式計算輸入級行星架的加熱溫度[2]：

tn=eotadf+t=δ1+δ2adf+t.

其中：tn為包容件加熱溫度，℃；eot為包容件內(nèi)徑的熱漲量，mm，eot等于過盈量δ1與熱裝時的最小間隙δ2之和；a為材料的線膨脹系數(shù)，1/℃；df為結(jié)合直徑，mm；t為環(huán)境溫度，℃。

通過計算，確定了輸入級行星架的加熱溫度，并給出相應(yīng)的加熱時間及保溫時間。除此之外，熱裝的難點在于確保裝配后兩零件貼合端面間隙值小于0.20 mm。由于配合面為錐面，在零件熱裝后的自然冷卻過程中會隨著溫度的降低產(chǎn)生一定的回彈量，導(dǎo)致最終端面間隙值變大而不滿足設(shè)計使用要求。為了避免這一問題的出現(xiàn)，我們制作了專用工裝，如圖2所示。熱裝后通過螺桿將主軸和輸入級行星架壓緊，并在冷卻過程中對螺栓進(jìn)行定時逐步預(yù)緊，確保在整個冷卻過程中輸入級行星架與主軸一直處于貼合狀態(tài)。通過該工裝的使用，裝配后檢測貼合面間隙值≤0.05 mm。

1-螺母;2-行星架壓板;3-雙頭螺柱;4-主軸內(nèi)錐度支撐板圖2 熱裝壓緊工裝示意圖

2.2 大過盈量裝配后對輸入級行星架各部位的影響

為了確認(rèn)輸入行星架與主軸的大過盈量聯(lián)接會對行星架其他部位造成的影響，我們對首件零件進(jìn)行試驗。熱裝前將錐度連接內(nèi)孔加工至要求，其余內(nèi)孔留余量，十字方向測量并記錄各部位尺寸，與主軸熱裝后復(fù)測各部位尺寸。通過對比輸入級行星架熱裝前后各部位尺寸變化，確認(rèn)該過盈量會造成的變形影響，從而確定熱裝前各部位需留的精加工余量。輸入級行星架熱裝前、后各部位尺寸公差如表2所示。

表2 輸入級行星架熱裝前、后各部位尺寸公差

由表2可知，各部位尺寸變化量與其與大過盈聯(lián)接處距離有關(guān)，距離越近漲大量越大，距離較遠(yuǎn)處尺寸存在一定的縮小量，且十字方向檢測數(shù)值不同，各內(nèi)孔呈現(xiàn)變橢現(xiàn)象。

2.3 輸入行星架工藝流程

根據(jù)首件試驗結(jié)果，最終確定該輸入級行星架的加工工藝流程為：粗加工—調(diào)質(zhì)—半精加工—時效—精車—熱裝—精鏜—檢測—收尾—裝配。該工藝保證了加工后輸入行星架各部位尺寸及形位公差滿足設(shè)計圖紙要求。

3 結(jié)論

經(jīng)我公司實際驗證，采用該主軸集成型輸入級行星架加工工藝即保證了熱裝要求，又滿足了設(shè)計圖紙精度要求，因此該工藝在后續(xù)的批量生產(chǎn)中得到了實際應(yīng)用。