用于風(fēng)電機(jī)組(簡稱WTG)的傳動組件，都屬于高負(fù)載裝備。

　　靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載會體現(xiàn)在塔頂?shù)墓?jié)距、滾動、偏航運(yùn)動以及整體傳動鏈的結(jié)構(gòu)變形上。

　　因此傳動組件上會出現(xiàn)多種多樣的動態(tài)反應(yīng)：轉(zhuǎn)子葉片的自發(fā)振動、每個葉片旋轉(zhuǎn)中的負(fù)載變化，以及作用于轉(zhuǎn)子上不一致的空氣湍流。

　　所有這些都會導(dǎo)致傳動組件出現(xiàn)變形，力矩出現(xiàn)波動。而波動的力矩在瞬間內(nèi)會遠(yuǎn)超力矩的額定值。圖1展示了負(fù)載導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子、塔體和傳動的變形。

　　風(fēng)電機(jī)組的傳動必須能夠在數(shù)十年的時間里抗住靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載。只有憑借現(xiàn)代化的模擬手段以及傳動負(fù)載的相關(guān)知識，傳動組件才能得以優(yōu)化，從而保證使用率在98%的情況下使用壽命能達(dá)到20或25年。

　　除了模擬工具的先進(jìn)性，高純度鋼材的材料學(xué)發(fā)展也對傳動鏈的成功做出了貢獻(xiàn)。

　　方法

　　只有根據(jù)負(fù)載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形，設(shè)計工程師才能定義每個齒輪最優(yōu)的齒面形貌，從而保證齒面接觸時的壓力才不會在各種負(fù)載情況下超出允許的材料參數(shù)范圍。在生產(chǎn)中，必須確保齒面形狀是精密制造的。圖2展示了典型的齒面修形。

　　由于較大的模數(shù)和齒寬，成形磨成了硬齒面精磨的標(biāo)準(zhǔn)方式，在齒面設(shè)計方面擁有極高的自由度。

　　能在實際生產(chǎn)中進(jìn)行齒面修形，是齒輪設(shè)計的先決條件。

　　霍夫勒RAPID圓柱齒輪磨齒機(jī)的Gear Production軟件幫助設(shè)計工程師將預(yù)期的齒面形狀轉(zhuǎn)化為可生產(chǎn)的齒面幾何結(jié)構(gòu)。

　　所以，能在現(xiàn)實條件下執(zhí)行系統(tǒng)模擬。這個前提條件也有助于生產(chǎn)，因為它省去了設(shè)計和生產(chǎn)之間的反復(fù)確認(rèn)過程，即判斷實際生產(chǎn)出來的齒輪是否滿足所需的精度要求。

　　生產(chǎn)就緒工藝

　　成本的壓力和產(chǎn)量的增長通常會帶來工藝的優(yōu)化，最終加工工藝會變得強(qiáng)大而高效。對于大規(guī)格齒輪的批量化生產(chǎn)，工藝水平和機(jī)床的生產(chǎn)效率扮演著同等重要的角色。 機(jī)床的溫度穩(wěn)定性對于二者而言都非常關(guān)鍵。RAPID系列磨齒機(jī)的研發(fā)始于20年前。從那時起就開始累積經(jīng)驗，并反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化。

　　但機(jī)床床身和立柱從未改變。它們?nèi)匀徊捎玫V物質(zhì)鑄件材料。

　　其中包括了石英顆粒，石英砂和礦物粉塵，以及少量的環(huán)氧樹脂粘合劑。這種材料使高精度磨床具備出色的材料特性：熱傳導(dǎo)性低、熱容量高、而熱衰減相較灰鑄鐵高出十倍。

　　基于此，無論加工時間長短，都可保證大規(guī)格齒輪在較窄的公差范圍內(nèi)的尺寸精度。出色的衰減特性保證了數(shù)控軸的高動態(tài)，這是高效生產(chǎn)的前提。

　　齒輪對中解決方案

　　在加工之前必須檢測熱處理變形，這樣設(shè)計出來的磨削工藝可避免不必要的“空刀行程”，以及由過大進(jìn)刀量導(dǎo)致的微結(jié)構(gòu)損壞。為此，測針需要移動進(jìn)入，檢測到最大的余量。

　　但是如果最大余量位于齒根、齒頂、齒的上部或底部怎么辦?

　　所需的齒面修形越大，加工就越成問題。而擴(kuò)展的對中分析，為之提供了解決方案。在分析過程中，可以定義多個測量點(diǎn)(見圖3)。在結(jié)束時，可以從測量結(jié)果中計算出用于統(tǒng)一磨削的砂輪位置。

　　圖4以單齒為示例顯示了原理。未修形的名義齒形是判斷余量的起始點(diǎn)。余量即測量期間的測量位置和未修形的齒形位置之間的差異。

　　圖4的左上部分對以單點(diǎn)測量為例進(jìn)行了展示。當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)測量時，余量的位置不同，兩個測量點(diǎn)之間是傾斜線段，而三個測量點(diǎn)之間是拋物線。

　　為了確定材料去除，需要考慮現(xiàn)有余量和待加工的名義齒形(見圖4左下部分)。很明顯材料去除是在變化的。如果按這種方式進(jìn)行磨削的話，最初幾次走刀時，只有左上部分可以得到磨削，而右側(cè)齒面上則不會出現(xiàn)磨削去除。

　　為盡可能減少磨削齒槽的走刀次數(shù)，可以將余量進(jìn)行橫移，以便使左右齒面的最大余量保持一致，同時其值也能盡可能小。此處需要保證材料去除率不低于最低值(見圖4右下部分)。采用此對中位置，在最初幾次走刀時，即可對左右兩側(cè)進(jìn)行磨削。

　　當(dāng)圓周和齒寬上有更多齒槽用于計算對中位置時，對于當(dāng)前熱變形的磨削余量就越接近最小磨削余量。而磨削余量越小，加工時間也就越短。

　　工藝設(shè)計的解決方案

　　只要余量評估越可靠，就越可能得到最大的去除量，可使用不同沖程次數(shù)自動確定每個齒槽磨削所需的走刀數(shù)。這避免了不必要的走刀，以及超出進(jìn)刀量限制的材料去除。因為對于余量大的齒槽會自動增加走刀次數(shù)。

　　向操作者展示所有關(guān)于余量和走刀次數(shù)的測量數(shù)據(jù)(見圖5)。相比于盲目地依賴算法，Gear Production 軟件中的數(shù)字化輔助系統(tǒng)可為操作者提供優(yōu)化支持。

　　存檔和質(zhì)量保證的解決方案

　　在磨削工藝結(jié)束后，仍可在磨齒機(jī)上直接自動化測量齒輪?；趫蟾嫔傻臋C(jī)床設(shè)定修正值，可將生產(chǎn)偏差盡可能最小化。因為我們加工的是可以實際生產(chǎn)出來的齒面幾何形狀，因此沒有必要使用粗略方案來計算修正值——算法會得出準(zhǔn)確的數(shù)值。

　　本質(zhì)上來說，測量結(jié)果是來自磨齒機(jī)的在線檢測系統(tǒng)，還是來自齒輪測量中心并不重要。這兩種情況中，如果需要進(jìn)行修正，操作者在加工下個工件前就會收到通知(見圖6)。會通過交通信號燈的顏色顯示(綠色、黃色和紅色)來展示各項偏差，含義非常明確。

　　自動化

　　重量達(dá)到2.5噸的行星輪，在風(fēng)電機(jī)組中是極為常見的。自動化系統(tǒng)非常適用這類齒輪。通過與用戶合作，即便風(fēng)電大規(guī)格齒輪加工的難度要高于批量化的小齒輪，也可采用適當(dāng)?shù)淖詣踊桨浮?/p>

　　由于工件過重，所以推薦使用框架式上下料裝置。為了確保自動化系統(tǒng)可接入機(jī)床，需要調(diào)整機(jī)床防護(hù)罩，按照Machinery Directive規(guī)章增加防護(hù)裝置。除工件加工外，還需加強(qiáng)磨齒機(jī)自動上下料裝置的安全措施來確保數(shù)據(jù)的一致性以及在機(jī)床工作臺上對工件進(jìn)行準(zhǔn)確的裝夾和釋放。

　　當(dāng)工件在夾具上完成裝夾后，機(jī)床上集成的測量系統(tǒng)將檢測軸向跳動和同心度。如果測量值超出設(shè)定公差，將更換位置重新裝夾。如果仍不符合裝夾公差，則從機(jī)床內(nèi)部卸載工件，并中止批量化生產(chǎn)。

　　為了降低生產(chǎn)成本，提高工藝產(chǎn)能而做的努力一方面縮短了開發(fā)與設(shè)計間的距離，另一方面打破了大規(guī)格齒輪批量生產(chǎn)上的限制。

　　大規(guī)格齒輪的批量化生產(chǎn)不能簡單地套用其他行業(yè)的設(shè)計方案，例如汽車行業(yè)。但是原理相通，可靠的齒輪設(shè)計和加工方案能造就強(qiáng)大的加工工藝。