CN110241410B - 一种风电齿轮齿面缺陷修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种风电齿轮齿面缺陷修复方法属于激光熔覆再制造技术领域，涉及一种风电齿轮齿面缺陷修复方法。该方法利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，使每个齿加工出的表面平行于轮齿齿面上渐开线端点的连线；再通过待修复齿轮的压力角计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角，通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角和待修复齿面与水平基面的夹角；依次将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角竖直；使用最佳工艺参数对待修复齿轮的齿面进行修复。该方法实现了对大型风电齿轮齿面缺陷的连续性修复，使熔覆层高度基本保持一致，提高了激光熔覆技术对齿轮进行齿面缺陷修复的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于激光熔覆再制造技术领域，涉及了一种风电齿轮齿面缺陷修复方法。
背景技术
齿轮是机械产品中最具代表性的零件，并被广泛应用于各个领域。但由于每个产品都有其使用寿命，再加上使用过程的不当操作以及使用环境的突然恶化，导致每年都会产生大量具有齿面缺陷的齿轮。所以，如果能对这些具有齿面缺陷的齿轮进行修复，不仅能大大减少使用单位的耗材支出，还能节省大量的社会资源。针对此问题，郭岱等人专利“一种激光熔覆齿轮再制造修复方法”专利号CN109371393 A，发明了一种激光熔覆齿轮再制造修复方法。其优点是大大延伸了产品全寿命周期并有效节约了贵重金属及生产成本。但其缺点一是修复区域受限，每次只能对局部缺陷区域进行修复；二是若修复区域太多，则每次修复都得重新将齿轮固定在工位上，操作起来不太方便快捷。张亦标和董吉初的专利“一种硬齿面齿轮修复装置及修复方法”专利号CN108500556 A，发明了一种硬齿面齿轮修复装置及修复方法。其优点是齿轮只需一次装夹，并且齿轮移动精确度比较高。但其缺点是齿轮结构参数受限，既不能对轴齿类零件进行修复，也不能对大型齿轮进行修复。
发明内容
本发明为克服现有技术的缺陷，特别是针对大型风电齿轮的齿面胶合、点蚀、磨损和接触疲劳等齿面缺陷，发明了一种风电齿轮齿面缺陷修复方法。本方法先利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的表面平行于轮齿齿面上渐开线端点的连线；然后通过理论计算得到待修复齿轮每个齿面与水平基面的夹角θ；再依次将激光头倾斜，使其与竖直基面的夹角为θ；最后，使用最佳工艺参数依次对待修复齿轮的齿面进行修复。从而实现了对大型风电齿轮齿面缺陷的连续修复，大大提高了激光熔覆技术对齿轮进行齿面缺陷修复的应用范围，在一定程度上节省了大量的金属材料和社会成本。
本发明采用的技术方案是一种风电齿轮齿面缺陷修复方法，其特征是，该方法先利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的表面平行于轮齿齿面上渐开线端点的连线；然后通过待修复齿轮的压力角计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角β，通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角
，接着将待修复轮齿编号n与夹角
的乘积和夹角β做差得到待修复齿面与水平基面的夹角θ；再依次将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角θ竖直；最后，使用最佳工艺参数依次对待修复齿轮的齿面进行修复。方法的具体步骤如下：
步骤1去除待修复齿轮的所有齿面缺陷
利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的待修复表面平行于该齿齿面上渐开线端点的连线；
步骤2对齿轮进行编号并固定
将待修复齿轮分成两个修复区域，每个修复区域的轮齿，从0开始进行编号，然后将待修复齿轮进行固定；
步骤2计算待修复齿轮每个齿面与水平基面的夹角θ
1)通过待修复齿轮的压力角计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角β；
β＝arctan[(4cosα-2)·π] (1)
2)通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角
3)将待修复轮齿编号n与夹角
的乘积和夹角β做差得到待修复齿面与水平基面的夹角θ；
其中，n为零或正整数。
步骤4倾斜激光头
将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角θ竖直；实现对待修复齿轮每个轮齿齿面缺陷的修复；待修复齿面与水平基面的夹角θ：当θ值为负时激光头向背离齿轮方向一侧倾斜，当θ值为正时，激光头向靠近齿轮方向一侧倾斜，当θ的绝对值大于90°时θ为其补角值；
步骤5利用激光熔覆技术依次对齿面进行修复
使用激光熔覆最佳工艺参数依次对待修复齿轮的一号修复区域进行修复。
步骤6旋转待修复齿轮继续进行修复
将待修复齿轮旋转180°，并将齿轮固定，然后重复步骤4和步骤5，继续对待修复齿轮的二号修复区域进行修复。
最后再将待修复齿轮旋转90°，并将齿轮固定，重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5和步骤6，继续对待修复齿轮的另一侧齿面进行修复，从而实现对待修复齿轮全部齿面缺陷修复的目的。
本发明的有益效果是针对大型风电齿轮齿面缺陷的连续性修复问题提供了一种解决方法。通过理论计算得到激光头偏离竖直方向的角度，不仅可以实现对大型风电齿轮齿面缺陷的连续性修复，使熔覆过程的熔覆层高度基本保持一致，提高了激光熔覆技术对齿轮进行齿面缺陷修复的应用范围，节省了大量的金属材料和社会成本。
附图说明
图1为待修复齿轮修复区域分配示意图。图2为待修复齿轮齿面缺陷去除示意图。图3为待修复齿轮轮齿编号示意图。
图4为待修复齿轮齿面定义角度示意图，其中，β-待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角，θ-待修复齿轮每个齿面与水平基面的夹角，n-待修复轮齿编号，
-待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角。
图5为待修复齿轮齿面定义角度图，其中，
-待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角。
具体实施方式
以下结合附图及技术方案对本发明进行进一步详细说明。
本实例所用齿轮为1.25MW风机中偏航轴承齿轮，对其磨损齿面进行激光熔覆修复。齿轮齿数为138，压力角为20°。方法的具体步骤如下：
步骤1去除待修复齿轮的所有齿面缺陷
利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的待修复表面平行于该齿齿面上渐开线端点的连线；
步骤2对齿轮进行编号并固定
将待修复齿轮分成两个修复区域，每个修复区域的轮齿，从0开始进行编号一直编号到69，然后将待修复齿轮进行固定；
步骤3计算待修复齿轮每个齿面与水平基面的夹角θ
1)通过该待修复齿轮压力角为20°计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角β；
2)通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角
3)将待修复轮齿编号n与夹角
的乘积和夹角β做差得到待修复齿面与水平基面的夹角θ；
0≤n≤69
步骤4倾斜激光头
将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角θ竖直。
步骤5利用激光熔覆技术依次对齿面进行修复
使用激光熔覆最佳工艺参数对待修复齿轮0号齿齿面缺陷进行修复。当0号齿的齿面缺陷修复完成后，重复步骤4和步骤5，继续对其他编号齿的齿面缺陷进行修复。其中，当θ值为负时激光头向背离齿轮方向一侧倾斜，当θ值为正时，激光头向靠近齿轮方向一侧倾斜，当θ的绝对值大于90°时θ为其补角值。直到对69号齿齿面缺陷修复完成为止。
步骤6旋转待修复齿轮继续进行修复
将待修复齿轮旋转180°，并将齿轮固定，然后重复步骤4和步骤5，继续对待修复齿轮的二号修复区域进行修复。
最后再将待修复齿轮旋转90°，并固定。重复步骤2、3、4、5、6，继续对待修复齿轮的另一侧齿面进行修复，实现对待修复齿轮全部齿面缺陷的修复。
Claims (1)
1.一种风电齿轮齿面缺陷修复方法，其特征是，该方法先利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的表面平行于轮齿齿面上渐开线端点的连线；然后通过待修复齿轮的压力角计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角β，通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角
接着将待修复轮齿编号n与夹角
的乘积和夹角β做差得到待修复齿面与水平基面的夹角θ；再依次将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角θ竖直；最后使用最佳工艺参数依次对待修复齿轮的齿面进行修复，方法的具体步骤如下：
步骤1去除待修复齿轮的所有齿面缺陷
利用机械加工方法将待修复齿轮的所有齿面缺陷去除，并使每个齿加工出的待修复表面平行于该齿齿面上渐开线端点的连线；
步骤2对齿轮进行编号并固定
将待修复齿轮分成两个修复区域，每个修复区域的轮齿，从0开始进行编号，然后将待修复齿轮进行固定；
步骤3计算待修复齿轮每个齿面与水平基面的夹角θ
1)通过待修复齿轮的压力角计算得到待修复齿面与其所在齿中心轴线的夹角β；
β＝arctan[(4cosα-2)·π] (1)
2)通过待修复齿轮的齿数计算得到待修复齿面所在齿中心轴线与水平基面的夹角
3)将待修复轮齿编号n与夹角
的乘积和夹角β做差得到待修复齿面与水平基面的夹角θ；
其中，n为零或正整数；
步骤4倾斜激光头
将激光头倾斜，使其与待修复齿面与水平基面的夹角θ竖直；实现对待修复齿轮每个轮齿齿面缺陷的修复；待修复齿面与水平基面的夹角θ：当θ值为负时激光头向背离齿轮方向一侧倾斜，当θ值为正时，激光头向靠近齿轮方向一侧倾斜，当θ的绝对值大于90°时，θ为其补角值；
步骤5利用激光熔覆技术依次对齿面进行修复
使用激光熔覆最佳工艺参数依次对待修复齿轮的一号修复区域进行修复；
步骤6旋转待修复齿轮继续进行修复
将待修复齿轮旋转180°，并将齿轮固定，然后重复步骤4和步骤5，继续对待修复齿轮的二号修复区域进行修复；
最后再将待修复齿轮旋转90°，并将齿轮固定，重复步骤2、3、4、5和步骤6，继续对待修复齿轮的另一侧齿面进行修复，从而实现对待修复齿轮全部齿面缺陷修复的目的。
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| CN1109398A (zh) * | 1993-10-09 | 1995-10-04 | 刘玉玺 | 重型磨损齿轮的修复方法 |
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