CN116490700A - 用于再制造内花键部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种再制造的内花键部件(400)包括限定圆柱形孔(410)的内部表面(420)和在该内部表面(420)上的再制造的内几何结构(430)。内几何结构(430)具有最大直径(470)和最小直径(460)。再制造的内几何结构(430)是通过以下步骤产生的：将磨损的内几何结构(430)去除(620)至预熔覆直径(480)，通过激光熔覆以多个层熔覆(630)内部表面(420)以产生熔覆表面(490)，以及机械加工(640)熔覆表面(490)以产生再制造的内几何结构(430)。

Description

用于再制造内花键部件的方法
技术领域
本公开总体上涉及花键连接的部件，并且更具体地涉及用于再制造内花键部件的方法。
背景技术
电绳铲土机是一种用于挖掘和装载泥土或碎石以及用于采矿的电动机械。与更常见的挖掘机不同，铲土机的铲斗通过一系列缆绳和绞盘而不是液压装置来移动。为了发挥其功能，铲土机的上区段必须相对于地面旋转，以将挖掘的材料移出挖掘场所。这种旋转需要相当大的回转驱动器，该回转驱动器包括多个花键连接的部件，这些花键连接的部件将能量从马达传送到旋转部件。
使用花键连接将扭矩从轴传递到齿轮毂或其他旋转部件。轴上的外齿轮齿与轮毂中相同数量的内齿啮合。因为多个齿同时啮合，所以它们可以传递较大的扭矩。
花键连接的部件用于具有旋转移动零件的各种发动机、马达和其他系统中。在许多这样的系统中，这些部件遭受相当大的磨损，但是更换零件的成本相当高。在许多应用中，内花键部件的孔比直径长得多。在这些情况下，内几何结构的损坏或磨损可能难以使用常规方法修复。
存在修复外花键部件的工艺，诸如Finton等人的美国专利申请公开案第2006/0228219A1号所公开的工艺教导了一种修复外花键的工艺，其中将附加材料焊接到外花键的每个齿的表面，并且然后机械加工成正确的形状。然而，由于有限的空间和内部表面过热的风险，该工艺不能应用于内花键。照此，仍然需要一种再制造内花键部件的方法。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了一种再制造的内花键部件。该再制造的内花键部件包括限定圆柱形孔的内部表面和在该内部表面上的再制造的内几何结构。内几何结构具有最大直径和最小直径。再制造的内几何结构是通过以下步骤产生的：将磨损的内几何结构去除至预熔覆直径，通过激光熔覆以多个层熔覆内部表面以产生熔覆表面，以及机械加工熔覆表面以产生再制造的内几何结构。
根据本公开的另一方面，公开了一种再制造内花键部件的方法。该方法包括：提供内花键部件，该内花键部件具有限定圆柱形孔的内部表面和在该内部表面上的磨损的内几何结构；将磨损的内几何结构去除至预熔覆直径，通过激光熔覆以多个层熔覆内部表面以产生熔覆表面，以及机械加工熔覆表面以产生再制造的内几何结构。
根据本公开的又一方面，公开了一种花键连接。该花键连接包括外花键部件和再制造的内花键部件。该再制造的内花键部件包括限定圆柱形孔的内部表面和在该内部表面上的再制造的内几何结构。内几何结构具有最大直径和最小直径。再制造的内几何结构是通过以下步骤产生的：将磨损的内几何结构去除至预熔覆直径，通过激光熔覆以多个层熔覆内部表面以产生熔覆表面，以及机械加工熔覆表面以产生再制造的内几何结构。
在结合附图阅读以下具体实施方式之后，将更容易理解本公开的这些和其他方面和特征。
附图说明
图1是根据本公开的一个方面的电绳铲土机的透视图。
图2是根据本公开的一个方面的图1所示的电绳铲土机的回转驱动器的透视图。
图3是根据本公开的一个方面的图2所示的回转驱动器的行星齿轮箱的横截面。
图4是根据本公开的一个方面的花键连接的透视图。
图5是根据本公开的一个方面的图3所示的行星齿轮箱的行星架齿轮的透视图和横截面。
图6是根据本公开的一个方面的图3所示的行星齿轮箱的输出齿轮的透视图和横截面。
图7是根据本公开的一个方面的内花键部件的横截面图。
图8是根据本公开的一个方面的内花键部件的横截面图。
图9是根据本公开的一个方面的内花键部件的横截面图。
图10是根据本公开的一个方面的再制造内花键部件的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，并具体参考图1，描绘了电绳铲土机，并将其称为附图标记100。电绳铲土机100是一种用于挖掘和装载泥土或碎石以及用于采矿的电动机械。铲土机100包括具有上区段112和下区段114的框架110、支撑框架110的轨道系统120、发动机130、操作员驾驶室140，以及安装在框架110上的装备有铲斗160的挖掘臂150。
框架110的上区段112和下区段114被配置成相对于彼此旋转。旋转由回转驱动器200控制，其中下半部在图2中示出(上半部基本上类似并且竖直地旋转180度)。回转驱动器200包括两个行星齿轮箱210，每个行星齿轮箱210由马达220驱动并位于框架110的每个区段上。这些齿轮箱210驱动回转齿条(未示出)并使上区段114旋转。
如图3的横截面所示，行星齿轮箱210包括行星架齿轮230和输出齿轮240等部件，它们有助于将能量从马达220传送到驱动回转齿条(未示出)的轴(未示出)。行星架230和输出齿轮240均包括内花键部件并用作花键连接的一半。
图4中描绘了示例性花键连接300。花键连接300包括两个部分：外花键部件310和内花键部件400。外花键部件310可以是圆柱形轴320的一部分并且具有围绕外部表面340的至少一些部分的外几何结构330。内花键部件400具有内孔410，该内孔410被配置成配合其中的外花键部件310。内孔410大致为圆柱形并由内部表面420限定。内部表面420的至少一些部分具有内几何结构430。内几何结构430被配置成与对应外花键部件310的外几何结构330匹配。行星齿轮箱210的行星架230和输出齿轮240的具体实施例分别在图5和图6中描绘。
图7中示出了内花键部件400的程式化横截面。内几何结构430可以包括平行于孔410的纵向轴线延伸的多个齿440和槽450。齿440和槽450被配置成与外花键部件330上的对应齿和槽匹配。齿440朝向孔410的中心径向向内延伸。齿440可以是本领域已知的任何形状，包括直齿和渐开线齿。槽450远离孔410的中心径向向外延伸。可以从齿440的最中心点测量最小直径460，并且可以从槽450的最外点测量最大直径470。在其他实施例中，齿440和槽450可以螺旋围绕内部表面420，包含用于对准的平坦区段或本领域已知的其他几何结构。
在输出齿轮240的具体实施例中，孔410可以为16英寸深，最大直径为9英寸。内几何结构可以延伸8英寸。齿440可以具有3/8英寸的总高度，产生8.25英寸的最小直径460。
在使用期间，内花键部件400经受相当大的应力。这可能会导致磨损的内几何结构430，特别是齿440的边缘的损坏。当磨损足够严重时，部件400不再起作用，并且可能导致齿轮箱210失效或运转。尽管修复外花键部件310的方法是已知的，但是内几何结构430的损坏或磨损可能难以使用常规方法修复。造成该困难的部分原因是内花键部件400的孔410通常比直径长得多，使得进入具有挑战性。此外，修复内花键部件400需要添加附加材料。大多数添加材料的方法(诸如焊接)需要大量的热量，这可能会使内部表面420过热。在具有深孔410的部件400中，可能难以以所需速率散热。
然而，内花键部件400可以通过激光熔覆再制造工艺来修复。该工艺包括三个主要方面：去除磨损的内几何结构430，熔覆，以及机械加工再制造的内几何结构430。
去除磨损的内几何结构430需要机械加工内部表面420，直到磨损的内几何结构430消失且产生适于随后进行激光熔覆的大体光滑的表面。本领域已知的任何方法均可以用于该步骤，包括但不限于拉削、切割和铣削。该工艺应当至少去除所有材料至内几何结构430的最大直径470。优选地，内部表面420应当被去除至大于内几何结构430的最大直径470的预熔覆直径480，如图8所示。图8还将内几何结构描绘为虚线。这允许去除可能包含隐藏的微裂纹和疲劳的所有材料。此外，去除至低于内几何结构的深度允许在原始材料与熔覆材料之间的结合点处产生的任何应力被掩埋在部件内而不在经受另外的应力的区域中。在一些情况下，可以分析磨损的部件的典型实例以确定潜在损坏材料的典型深度并相应地设定预熔覆直径480。
在输出齿轮花键部件240的具体实施例中，经过槽450的底部的整个齿440可以被去除。预熔覆直径480可以比内几何结构430的最大直径470大3mm。
一旦制备了基底，就通过激光熔覆在内部表面420上积累新材料，以产生具有熔覆后直径500的熔覆表面490。熔覆表面490通常甚至没有内几何结构。激光熔覆是一种通过用激光熔化原料并将熔化的材料结合到表面而将材料添加到表面的方法。原料可以是粉末或线材形式。激光熔覆由熔覆头(未示出)执行，该熔覆头引导激光和原料材料在熔覆表面490处相遇。在像行星架230和输出齿轮240等深孔的情况下，孔410需要被配置成在受限空间内起作用的熔覆头。在一些实施例中，熔覆头可以被配置成以一定角度偏转激光。
选择用于熔覆的材料应当被选择成与内花键部件400的内部表面420良好地结合，同时保持相同材料特性。特别地，该材料应当具有相同硬度，使得它不会太快地磨损对外花键部件310造成太大的损坏。此外，材料必须具有类似的应力、磨损和疲劳模式，使得不会在边界处形成薄弱点。最后，材料的孔隙率必须较低以确保与内部表面430的完全结合。
熔覆材料可以以多个层添加，直到达到熔覆后直径500。熔覆后直径500必须大于内几何结构430的最小直径460，以允许机械加工，如图9所示。图9还将内几何结构描绘为虚线。各层的厚度可以为1至2mm。在一些实施例中，可能需要6至7层，但可以根据需要使用任何数量的层。使用多个层可以有助于避免内部表面420的过热，并产生用于随后步骤的更一致的表面。
最后，机械加工熔覆表面490以产生再制造的内几何结构430。该步骤可以通过适于该目的的任何方法进行，包括但不限于拉削、切割和铣削。
工业实用性
花键连接的部件用于具有旋转移动零件的各种发动机、马达和其他系统中。在许多这样的系统中，这些部件遭受相当大的磨损，但是更换零件的成本相当高。照此，根据本公开的再制造内花键的方法可以用于许多应用中的部件，包括采矿和建筑装备、农业机械、车辆以及齿轮箱中的花键连接经受相当大的磨损的任何系统。
再制造方法600包括四个步骤，如图10所示。首先，如框610所示，提供了在圆柱形孔420的内部表面420上具有磨损的内几何结构430的内花键部件400。接下来，必须去除磨损的内几何结构430(框620)。去除磨损的内几何结构430需要机械加工内部表面420以提供用于激光熔覆的合适表面。该工艺应当至少去除所有材料至内几何结构430的最大直径470。优选地，内部表面420应当被机械加工成预熔覆直径480，该预熔覆直径480大于内几何结构430的最大直径470。这允许去除可能包含隐藏的微裂纹和疲劳的材料。本领域已知的任何方法均可以用于该步骤。
接下来，如框630所示，可以将熔覆材料以多个层添加到内部表面420以产生熔覆表面490，直到达到熔覆后直径500。熔覆后直径500必须大于内几何结构430的最小直径460以允许机械加工。各层的厚度可以为1至2mm。在一些实施例中，可能需要6至7层，但可以根据需要使用任何数量的层。使用多个层可以有助于避免内部表面410的过热，并产生用于随后步骤的更一致的熔覆表面490。
最后，内花键部件400的再制造的内几何结构430通过机械加工熔覆表面490的任何合适的方法产生，如框640所示。
虽然前面的文本阐述了许多不同实施例的详细描述，但是应当理解，保护的法律范围由本专利末尾处阐述的权利要求的文字来限定。详细描述应当被解释为仅是示例性的并且不描述每个可能的实施例，因为描述每个可能的实施例即使不是不可能的，也是不切实际的。可以使用当前技术或在本专利的申请日之后开发的技术来实现许多替代实施例，这些替代实施例仍然落入限定保护范围的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种再制造的内花键部件(400)，包括：
限定圆柱形孔(410)的内部表面(420)；和
在所述内部表面(420)上的再制造的内几何结构(430)，所述再制造的内几何结构(430)具有最大直径(470)和最小直径(460)，所述再制造的内几何结构(430)通过以下步骤产生：
将磨损的内几何结构(430)去除至预熔覆直径(480)，
通过激光熔覆以多个层熔覆所述内部表面(420)以产生熔覆表面(490)，以及
机械加工所述熔覆表面(490)以产生所述再制造的内几何结构(430)。
2.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述预熔覆直径(480)大于所述内几何结构(430)的所述最大直径(470)。
3.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述内几何结构(430)包括多个齿(440)和槽(450)。
4.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述熔覆表面(490)具有小于所述内几何结构(430)的所述最小直径(460)的熔覆后直径(500)。
5.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述圆柱形孔(410)的长度大于直径。
6.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述内花键部件(400)是行星齿轮。
7.根据权利要求1所述的内花键部件(400)，其中所述内花键部件(400)是输出齿轮。
8.一种再制造内花键部件(400)的方法(600)，所述方法包括：
提供(610)内花键部件(400)，所述内花键部件(400)具有限定圆柱形孔(410)的内部表面(420)和在所述内部表面(420)上的磨损的内几何结构(430)；
将所述磨损的内几何结构(430)去除(620)至预熔覆直径(480)，
通过激光熔覆以多个层熔覆(630)所述内部表面(420)以产生熔覆表面(490)，以及
机械加工(640)所述熔覆表面(490)以产生再制造的内几何结构(430)。
9.根据权利要求8所述的方法(600)，其中所述内几何结构(430)具有最大直径(470)和最小直径(460)。
10.根据权利要求9所述的方法(600)，其中所述预熔覆直径(480)大于所述内几何结构(430)的所述最大直径(470)。
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