ES2326652T3

ES2326652T3 - Sistema de engranajes planetarios grandes con superacabado.

Info

Publication number: ES2326652T3
Application number: ES04753821T
Authority: ES
Inventors: Mark Michaud; Edd Summers
Original assignee: OSRO GmbH; Rem Technologies Inc
Current assignee: OSRO GmbH; Rem Technologies Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2009-10-16
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: IL172219A; AU2009202133A8; DE202004021807U1; EP2106881B2; ATE551153T1; JP2007516096A; RU2375621C2; NO20055419L; PL1646477T3; ATE429997T1; CN101786188A; AU2009202134B2; CN101818803A; RU2009118694A; EP1646477B1; PT1646477E; CY1109249T1; US20050014597A1; DK2106881T3; RU2005141558A

Abstract

Una caja de engranajes planetarios de fase de entrada para un generador de turbinas de viento grande que comprende un engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y un engranaje de sol, en donde uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y engranaje de sol comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie final de 0,25 micras.

Description

Sistema de engranajes planetarios grandes con superacabado.

Antecedentes de la invención

Esta invención se relaciona con una novedosa fase de entrada planetaria para una caja de engranajes grande. La fase de entrada planetaria en esta invención es para un generador de energía con turbina de viento que tiene una capacidad con una potencia de salida de 500 kW y mayor.

Los generadores de energía con turbinas de viento se consideran uno de los métodos más rentables y ecológicos para generar electricidad. Las turbinas de viento individuales están siendo actualmente diseñadas y construidas para generar energía eléctrica superior a 5 MW. Un componente clave de la mayor parte de las turbinas de viento son sus cajas de engranajes, que se someten a diversas cargas elevadas a velocidades bajas y tienen vidas útiles de diseño de 20 años. Cualquier cosa que dé a estas cajas de engranajes más durabilidad y eficiencia es buscada ampliamente por los fabricantes y operadores de turbinas de viento.

Los modernos generadores de turbina de viento grandes (500 kW y mayores) son dispositivos masivos que utilizan comúnmente un sistema de engranajes planetarios grandes como la fase de entrada. Estas pesadas cajas de engranajes que se montan encima de torres elevadas, ubicadas frecuentemente en ubicaciones remotas como en una montaña o costa afuera, experimentan severas fluctuaciones en las condiciones del viento y en la temperatura y frecuentemente están expuestas a un ambiente marino corrosivo y/o partículas abrasivas. Una falla en la caja de engranajes puede requerir remover la caja de engranajes utilizando equipo descomunal y reconstruirlo nuevamente en la instalación del fabricante, y consecutivamente la reinstalación en la ubicación remota. La pérdida concurrente de generación eléctrica también es un evento costoso en sí.

Los fabricantes reconocen que remover las asperezas pico de las superficies de contacto de dientes de engranaje previo a la operación completa en campo aumenta la vida de servicio de la caja de engranajes. Existen dos ventajas obvias a remover asperezas pico. En primer lugar, esto reducirá la cantidad de contacto de metal con metal que produce restos de lubricante y que se sabe que destruyen los engranajes y los rodamientos. En segundo lugar, mejora la relación de material (R_{mr}), que es una medición de la cantidad de superficie de dientes de engranaje disponible para soportar la carga. La industria asumió que cualquier técnica para remover las asperezas pico era equivalente siempre y cuando no ocurriera un daño metalúrgico obvio o una alteración significativa al avance y geometría de perfil. Por ejemplo, el rectificado fino de engranajes se utiliza frecuentemente en industria aerospacial para reducir las alturas de asperezas pico. El rectificado fino podría haber sido una consideración para cajas de engranaje de turbinas de viento; excepto que es demasiado costoso en engranajes grandes ya que la mayor parte del equipo de rectificación fina está limitado a engranajes de procesamiento que tienen un diámetro de 30,48 cm o menos. Como tal, los engranajes de turbina de viento típicamente tienen flancos con dientes rectificados y se recomienda operarlos mediante un procedimiento de rodaje para remover las asperezas pico de las superficies de contacto.

Durante algunos años se ha sabido que los beneficios de funcionamiento óptimos de rodamiento se logran cuando las superficies de contacto de acoplamiento tienen un superacabado isotrópico con una rugosidad aritmética promedio (R_{a}) de menos de aproximadamente 0,075 micras utilizando un acabado vibratorio químicamente acelerado.

De manera similar, los engranajes de transmisiones de autos de carrera, los cuales operan bajo cargas elevadas con elevadas velocidades de línea de contacto, se han beneficiado de este proceso de superacabado isotrópico con acabado de dientes de Ra desde 0,3 micras a menos de 0,025 micras. Tales engranajes superacabados experimentan una menor fatiga por contacto, temperatura operativa, fricción, ruido y vibración (véase por ejemplo EP-A-1167825).

El superacabado permite el desarrollo de la lubricación hidrodinámica (HL) o lubricación elastohidrodinámica (EHL). La HL existe cuando existe una separación completa del acoplamiento de los dientes de engranaje durante la operación que se logra mediante una película lubricante continúa. EHL se presenta en dientes de engranajes acoplados con gran carga bajo operación cuando la formación de película fluida de separación se ve influida por la deformación elástica de las superficies de contacto. Sin duda, con HL o EHL durante su operación de velocidad elevada y carga elevada, las transmisiones de autos de carrera con superacabado experimentan un contacto casi nulo de metal con metal de los dientes de acoplamiento.

En gran contraste con las transmisiones de auto de carrera, los engranajes de fase de entrada planetarias utilizadas en la industria de generación de energía con turbinas de viento operan bajo condiciones significativamente diferentes. En aplicaciones de turbinas de viento, los engranajes experimentan cargas variadas y muy elevadas con bajas velocidades de línea de contacto de tal manera que se puede pronosticar la lubricación límite en vez de la lubricación hidrodinámica (HL) o elastohidrodinámica (EHL). La lubricación límite existe cuando los dientes de engranaje de acoplamiento durante la operación se humectan con fluido pero el espesor de película de lubricante es menor que la rugosidad de superficie de acoplamiento combinada. Así, la película lubricante puede ser penetrada por asperezas pico y el contacto de metal con metal genera restos de metal provenientes de los dientes de engranaje. Los dientes de engranaje de turbinas de viento rectificadas fabricadas de manera tradicional (ver "Standard for Design and Specification of Gear Boxes for Wind Turbines," ANSI/AGMA/AWEA 6006-A03) después del proceso de rodaje descrito a continuación se espera lograr un acabado de superficie de Ra=0,5-0,7 micras. Sin embargo, los expertos en la técnica reconocen que una rueda hueca fabricada de manera tradicional tendrá un acabado de superficie mucho mayor. La norma AGMA recomienda que el acabado de este engranaje no supere Ra > 1,6 micras. Los acabados de 0,5-0,7 micras se consideran suficientes para evitar la mayor parte del contacto de flancos de metal con metal. También se pensaba que esta condición superficial resultaría en una retención de lubricante significativa necesaria con los dientes de engranaje de movimiento lento y por ello la mejor condición de lubricación posible podría lograrse. Sin embargo, una fuente principal de fallas en la caja de engranajes de turbinas de viento es la falla de los rodamientos. E incluso si el rodaje logra los acabados anteriores, el contacto de dientes de metal con metal continúa en los dientes de la fase de engranajes planetarios y produce restos de lubricante, lo cual a su vez contribuye a las fallas en los rodamientos.

En contraste, el superacabado vibratorio químicamente acelerado en una condición de Ra < 0,3 micras se pensaba que era demasiado liso para generadores con turbina de viento grandes en el sentido de que los flancos de los dientes tendrían una retención de lubricante insuficiente para la operación y se pronosticaba la falla de los dientes. Así, era cuestionable si el superacabado utilizando un acabado vibratorio químicamente acelerado de la fase planetaria de entrada añadiría cualquier valor de funcionamiento a la caja de engranaje. Sólo pruebas en campo largas y costosas podrían proporcionar la respuesta.

Adicionalmente, los expertos en la técnica pensaban que los engranajes pesados y grandes que constituyen una fase planetaria de entrada de un generador con turbinas de viento grandes no podrían ser procesados en equipo de acabado vibratorio utilizados en el proceso de acabado vibratorio químicamente acelerado. Este equipo de acabado vibratorio tiene forma de tazón o tina. Los engranajes de fase planetaria de entrada típicamente pesan 200 kg o más para generadores de una capacidad de salida de 500 kW y mayores. Se pensaba que este peso de engranaje estaba más allá de la escala normal de operación para el equipo de acabado vibratorio.

En particular, se pensó que un engranaje con rueda hueca grande (engranaje de corona) que pesa de 400 kg a más de 5000 kg no podría dársele un superacabado en un tazón vibratorio grande. Un experto en la técnica hubiera pronosticado que dicho engranaje masivo con su área en sección transversal relativamente pequeña se hubiera hundido inmediatamente en el fondo del tazón dañando el revestimiento, el engranaje o ambos. Adicionalmente, el engranaje pesado podría fracturar cantidades significativas del medio cerámico utilizado en el equipo de acabado vibratorio debido a la elevada presión ejercida sobre el medio. Los fragmentos producidos por la trituración del medio cerámico tendrían puntas y bordes agudos. En vez de alisar las superficies de contacto críticas de los dientes de engranajes a una condición de superacabado, estos fragmentos de media podrían haber sido pronosticados para dañar estas superficies resultando en superficies rugosas, trinchadas e incluso abolladas, especialmente cerca de la parte del fondo del tazón donde la presión es mayor. El daño podría haber sido aumentado significativamente para engranajes de ruedas huecas endurecidas y atravesadas más suaves (32-40 HRC). La anticipada mayor proporción de fricción del medio a partir de la facturación también añadiría un costo de procesamiento inaceptable así como causar el problema de bloquear y tapar los drenajes de la máquina de procesamiento.

Adicionalmente, al procesar la rueda hueca, se podría haber esperado que podría haber una varianza en la intensidad de presión media a través del paso de los dientes del engranaje. La presión del medio en los dientes de engranaje más cercano a la parte de fondo del tazón es mayor que la presión del medio cercano a la parte superior. Como resultado, más material sería esperado a ser removido de los dientes de engranaje cercanos a la parte de fondo que cerca de la parte superior. Por ello, el engranaje de rueda hueca procesada vibratoriamente terminaría estando fuera de la tolerancia dimensional. Esto podría ser parcialmente mitigado al remover el engranaje a medio recorrido del proceso, darle vuelta, regresarlo al tazón y continuar el proceso. Debe mencionarse sin embargo que hacer girar un engranaje tan grande consume tiempo y es potencialmente peligroso. Además, parte del ancho central de los dientes de engranaje serían procesados mediante el doble de tiempo de acabado, causando posiblemente un cambio resultante en la geometría de los dientes. Cada una de las desventajas pronosticadas arriba podría ver sido pronosticada para hacer este proceso de superacabado para engranajes de rueda hueca grandes comercialmente imprácticos e
imprevisibles.

Desventajas similares podrían haber sido esperadas por el acabado vibratorio químicamente acelerado de los otros engranajes que conforman la fase planetaria de entrada de una caja de engranajes de turbina de viento. Estos engranajes, que se conocen como planetas y piñones de sol, son similarmente masivos, pesando típicamente más de 200 kg cada uno. Como tal, aquellos expertos en la técnica podrían pronosticar que no podrían ser procesados en equipo de acabado vibratorio, ya sean tazones o tinas. Por ello, la industria de turbinas de viento no se daría cuenta de los beneficios de este proceso de superacabado para la fase planetaria de entrada de la caja de engranajes.

Debe observarse que es deseable ser capaz de utilizar engranajes de rueda hueca endurecidos en vez de ruedas huecas nitruradas con gas o carburizadas con gas en la fase de engranaje planetaria de entrada grande. Las ruedas huecas endurecidas son menos costosas de fabricar.

La nitruración con gases es costosa, consume tiempo y produce una "capa blanca" muy dura y frágil en las superficies de los dientes. Los expertos en la técnica reconocen que esta capa blanca debe ser removida previo al uso del engranaje. Sin embargo, la eliminación de la capa blanca al triturar cuesta mucho y corre el riesgo de arruinar la rueda hueca. La alternativa eliminación de la capa blanca mediante disolución química es un proceso muy arriesgado y ambientalmente indeseable.

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En la carburización con gas, debido a la distorsión significativa del proceso de tratamiento con calor, se requiere un rectificado final de los dientes, lo cual también es un proceso costoso. Aún más, después de la rectificación final, la rueda hueca carburizada con gas requiere una inspección de quemadura del temple, otro proceso peligroso y ambientalmente indeseable.

Adicionalmente, las ruedas huecas endurecidas no solo son menos costosas de fabricar, también pueden ser geométricamente más precisas cuando se comparan con ruedas huecas nitruradas o carburizadas. Esto es muy beneficioso en que los engranajes restantes del conjunto de engranajes planetarios se fabrican rutinariamente a una elevada exactitud geométrica. Así, si se puede operar una rueda hueca endurecida más precisa y menos costosa con engranajes de planeta y sol de alta precisión, el conjunto de engranajes planetarios resultante podría ser altamente eficiente y de durabilidad suficiente. Si la rueda hueca endurecida es superacabada utilizando acabado vibratorio químicamente acelerado, sus dientes serían de suficiente capacidad superficial y capaces de operar en regímenes HL o EHL, reduciendo así la generación de restos. Así, si las ruedas huecas endurecidas superacabadas combinadas con engranajes de planetas y sol son superacabados pueden operar satisfactoriamente a cargas y velocidades diseñadas para turbina de viento, el resultado sería una fase de engranaje planetario de entrada superior. Alternativamente, si los engranajes de piñón de planetas y sol son superacabados y acoplados a una rueda hueca no superacabada, sin tomar en cuenta su tratamiento de calor metalúrgico, el resultado sería una mejor fase de engranaje planetario de entrada para un generador de turbina de viento con capacidad nominal de 500 kW y mayor. Por ello, el superacabado de algunos, o preferiblemente todos, los engranajes en la fase planetaria de entrada resultaría en una reducción o eliminación de restos de lubricante generados a partir de los dientes de engranaje, reduciendo así o eliminando una fuente de daño para los rodamientos.

De hecho, los fabricantes de cajas de engranajes para generadores de energía con turbina de viento grandes solo tenían una elección viable para reducir las asperezas pico después de la rectificación, y éste era el proceso de rodaje. En el proceso de rodaje, los engranajes se alisan en el estado ensamblado al operar la caja de engranajes bajo varias cargas y velocidades de manera tal que las asperezas pico se desgastan o se deforman plásticamente. Debe ser mencionado que esto también era la ruta más económica a seguir ya que la caja de engranaje tiene que ser probada y certificada bajo condiciones de carga de cualquier manera previo a su envío e instalación en su destino final. La fase de rodaje y prueba puede ser realizada simultáneamente en la misma fase de prueba. La AGMA/AWEA y la agencia de energía danesa, por ejemplo, tienen directrices escritas para diseñar cajas de engranajes de turbinas de viento y resaltan la necesidad del rodaje. El impacto del acabado de superficie en la durabilidad del diente de engranaje se discute brevemente, pero la metodología de alisar la superficie no se le da consideración. Esta vista, que el método de remover las asperezas pico es irrelevante, es generalmente compartida por esta industria así como otros fabricantes de engranajes.

Un proceso de rodaje ideal requiere la operación de la caja de engranajes a diferentes cargas y velocidades para simular las condiciones de campo reales para alisar los picos de aspereza a través de toda la superficie portadora de carga. Sin embargo, duplicar las condiciones de servicio actuales en una fase de prueba es no solo virtualmente imposible sino que también es impráctico igualmente debido a restricciones de equipo, tiempo y costo. Durante el proceso de rodaje, el espesor de la película de aceite es frecuentemente reducido a propósito para permitir más contacto de aspereza pico, resultando en una superficie más lisa. Una vez que el proceso de rodamiento es completado, el sistema de lubricante y filtración de rodaje de la caja de engranajes debería dar servicio. Típicamente se drena el lubricante, la caja de engranaje se enjuaga y se reemplaza con un lubricante fresco y el filtro, el cual captura los restos de metal generados durante el proceso de rodaje, se limpia o reemplaza. Desafortunadamente, incluso durante el rodaje, estos restos de metal pueden iniciar daños serios a los rodamientos y superficies de contacto del engranaje antes de recolectarlos en un filtro. Y, la mayor parte de los filtros son capaces de capturar únicamente las partículas de restos más grandes y permitir el paso de las partículas más finas. Estas partículas finas aún son capaces de causar daño en la superficie, en particular a los rodamientos de la caja de engranajes.

Además, no importa que tan profuso cuidadosamente el procedimiento de rodaje es realizado, este proceso deja deformaciones microscópicas de material (elevadores de esfuerzos) en las regiones de contacto de dientes de engranaje debido a los esfuerzos elevados creados por cortar mecánicamente, fracturar o deformar elásticamente las asperezas pico. Estos elevadores de esfuerzo actúan como sitios de iniciación para futuras fallas de fatiga por contacto o microcorrosión.

En consecuencia, incluso después del rodaje, los engranajes planetarios de entrada frecuentemente experimentan microcorrosión durante el periodo temprano de servicio en campo. La microcorrosión en si es otra fuente de restos de metal que pueden causar daño adicional a los rodamientos y superficies de contacto de engranaje ya que los restos de metal no son atrapados inmediatamente o completamente por el sistema de filtrado. Debe resaltarse que incluso partículas de restos de metal microscópicas, que pueden pasar a través de un filtro de 10-micras, aún son lo suficientemente grandes para iniciar daño. La microcorrosión es reconocida como un indicador de posibles fallas de engranajes futuras y/o problemas serios de desgaste. Siempre que ocurre un desgaste severo, el perfil de diente de engranaje cambia llevando a una mayor vibración y ruido que coloca un esfuerzo elevado en el sistema de caja de engranajes.

Adicionalmente, los procedimientos de rodaje típicamente únicamente alisan el lado de impulso de la rueda hueca y del engranaje de sol y dejando los lados de sotavento de estos dientes de engranaje como maquinados. Durante condiciones de operación adversas como aumentos súbitos de viento fuertes o frenados de turbina, la carga del lado de sotavento puede ser lo suficientemente elevado para producir contacto de aspereza y contribuir a restos de metal dañinos. Sin embargo, engranajes superacabados vibratorios químicamente acelerados son alisados en ambos lados de las superficies de dientes de contacto.

Nuevamente, necesita ser enfatizado que la industria ha fallado en dar guía sobre el acabado de superficie óptima actual, o en el método de generar dichas superficies óptimas para mejorar la durabilidad de la caja de engranajes. Más bien se ha basado principalmente en procedimientos de rodaje para alisar las áreas de contacto de dientes de engranaje a lo que se ha creído en una condición satisfactoria.

Breve descripción de la invención

Se describe aquí un sistema de engranaje planetario grande mejorado utilizado en la fase de entrada de generadores de energía con turbinas de viento. Este sistema de engranaje planetario mejorado reduce o elimina los restos de lubricante tradicionalmente generados a partir de los dientes de engranaje, eliminando así una fuente de inicio para fallas de rodamiento. Para lograr estos resultados, algunos y preferiblemente todos los dientes de engranaje dentro del sistema de engranaje planetario son superacabados utilizando acabado vibratorio químicamente acelerado a una rugosidad de superficie de aproximadamente 0,25 micras o menos. La invención está definida en las reivindicaciones 1, 6 y 9 respectivamente.

En particular, un método novedoso es descrito para superacabar el engranaje de rueda hueca masivo, en especial un engranaje de rueda hueca endurecido, colocado horizontalmente en un tazón vibratorio.

Se observará que las enseñanzas inventivas descritas en la presente son útiles a todas las demás aplicaciones de conjuntos de engranajes. De manera similar, las enseñanzas de esta invención aplican a algunos o todos los engranajes de otros tipos de caja de engranajes no planetarios grandes en donde los regímenes de lubricación límite existen debido a acabados de dientes tradicionalmente rectificados. El modelo de engranajes dentro de estas cajas de engranajes, como de espuela, helicoidales, de cara, biselados y similares, no son importantes para el concepto descriptivo descrito
aquí.

Será fácilmente evidente a los expertos en esta técnica que varias modificaciones y cambios de una naturaleza obvia pueden ser hechos y todas tales modificaciones y cambios son consideradas dentro del alcance de las reivindicaciones. Otras modalidades de la invención serán aparentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de la especificación y práctica de la invención que se describe aquí. Ejemplos son superacabados de todos los engranajes y/o todos los rodamientos dentro de estos tipos de cajas de engranajes grandes. Sin duda, las modalidades específicas descritas no pretenden ser limitantes pero meramente ilustrativas del método inventivo.

La característica única y significativa del proceso utilizado en la presente invención es el mecanismo de nivelación de superficie utilizado para lograr el acabado de superficie. Una solución química es usada en el tazón vibratorio o tina en conjunción con medio cerámico. Cuando se introduce en la máquina, esta solución química reacciona con el metal y produce un recubrimiento de conversión suave y estable a través de las asperezas (picos y valles) de los dientes de engranaje. El movimiento de frotación a través de los flancos de los dientes de engranaje desarrollados por la máquina y medio frota efectivamente el recubrimiento de conversión fuera de los "picos" de las superficies pero deja los "valles" sin tocar. El recubrimiento de conversión es continuamente reformado y quitado frotando durante esta etapa produciendo un mecanismo de nivelación de superficie. Este mecanismo es continuado en la máquina vibratoria hasta que el acabado de superficie deseado es logrado. En este punto, la química activa es desactivada y es típicamente enjuagada de la máquina con una solución de bruñido, que no reacciona con el metal base. Durante esta etapa, recubrimiento de conversión es frotado y desprendido de los flancos de dientes de engranaje una última vez para producir los engranajes acabados para la fase de engranaje planetario de entrada. Y finalmente, ya que el proceso está basado en agua, aproximadamente a temperatura ambiente y atmósfera abierta, no hay oportunidad de templar los engranajes con acabado vibratorio químicamente acelerado. Así, la inspección de quemadura del temple no es requerida después del superacabado con la presente invención.

Ya que los picos de aspereza son removidos previo a la instalación, no se introducen microtensiones como en el procedimiento convencional de alisado con rodaje. De hecho, la necesidad de rodaje es grandemente reducida o completamente eliminada. Así los problemas de microcorrosión y desgaste de las superficies de engranajes son reducidos o eliminados. También, los engranajes acabados con la presente invención no generan restos de metal significantes al arranque o después de estar en servicio durante periodos largos, y así evita restos de metal dañando los rodamientos. Esto también permite para un mayor tiempo entre el servicio de lubricación. Ya que el alisado de las superficies también reduce la fricción, los engranajes no contribuyen al típico pico de temperatura de asentamiento responsable por una vida reducida de lubricante, rodamientos y sellos. El ruido y la vibración también pueden ser esperados a ser reducidos por dos razones. Primeramente, una reducción de fricción efectuará una reducida vibración y ruido. Segundamente, una reducción en desgaste quiere decir que el error de transmisión permanecerá más constante con el tiempo, y por ello el ruido tampoco aumentará.

Previo a esta invención, intentos para mejorar la durabilidad de cajas de engranajes de generador de energía con turbina de viento eran logrados mediante rectificado de superficie de los dientes de engranaje seguido por el rodaje, con lo cual la caja de engranaje será operada bajo variadas cargas y velocidades. El rodaje puede remover las asperezas pico desde unas de las superficies de acoplamiento de diente de engranaje, pero también tiene un número de deficiencias serias como se discutió anteriormente cuando se comparan con la presente invención. En consecuencia, varios objetos y ventajas de la presente invención sobre el rectificado de dientes y proceso de rodaje aplicables a generadores de energía con turbina de viento que tienen una capacidad de potencia nominal individual de 500 kW y mayores son:

1. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada que tenga los flancos de dientes completamente superacabados, que reduce o elimina restos de metal dañinos generados por los engranajes durante el rodaje o durante el servicio actual;

2. proporcionar una fase planetaria mejorada con significativa reducción o eliminación de restos de metal normalmente generados desde los dientes de engranaje, reduciendo o eliminado así una fuente inicial de falla de rodamientos;

3. Proporcionar un práctico y rentable método de superacabado de los engranajes de rueda hueca grandes, especialmente ruedas huecas endurecidas de elevada precisión geométrica, utilizando acabado vibratorio químicamente acelerado a una superficie superior que tiene un menor R_{a}, un aumentado R_{mr}, y una reducción significante de elevadores de esfuerzo;

4. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada ya que ahora algunos y preferiblemente todos de los flancos de engranaje de cualquier modelo 200 kg y mayor pueden ser superacabados a un R_{a} de 0,25 micras o menos mientras manteniendo tolerancias dimensionales;

5. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada con significadamente reducida microcorrosión y desgaste, que puede llevar a una futura macro corrosión, desgaste y ultimadamente a falla de los dientes y herramientas;

6. proporcionar un método que simultáneamente superacabe el impulso y lados de sotavento de todos los engranajes y particularmente la rueda hueca y dientes de engranaje de sol nuevamente reduciendo o eliminando el potencial de restos de metal dañinos;

7. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada con un significantemente reducido pico de temperatura que puede ser dañino para la metalurgia, lubricante y sello durante el rodaje u operación de campo temprana;

8. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada con una significantemente reducida vibración y/o ruido causado por la fricción y/o cambios de perfil de diente debido al desgaste;

9. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada que tenga una mayor relación de material (R_{mr}) en la superficie de dientes de contacto permitiendo una mayor densidad de energía;

10. proporcionar una fase planetaria de entrada mejorada permitiendo la optimización o eliminación del proceso de rodaje;

11. proporcionar un proceso que no requiera inspección de quemadura del temple después de que los engranajes son superacabados;

12. proporcionar un proceso de acabado vibratorio químicamente acelerado aplicable a todos los modelos de engranajes de 200 kg y mayores en todos los tipos de cajas de engranajes que operen en unos regímenes de lubricación limite tal que el superacabado reduce o elimina los restos de lubricante; y

13. proporcionar una caja de engranajes grandes mejorada en donde algunos, o preferiblemente, todos los engranajes y/o rodamientos son superacabados para reducir o eliminar los restos del lubricante.

Objetos y ventajas adicionales serán evidentes a partir de una consideración de la siguiente descripción y dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un dibujo de la sección transversal de una caja de engranajes planetarios con tres engranajes de planeta.

La figura 2a es un dibujo de un diente de engranaje que ilustra el área de contacto del diente.

La figura 2b es un dibujo de la sección transversal de dos dientes de engranaje.

La figura 3 es un dibujo del tazón vibratorio que contiene medio usado para superacabar el engranaje de rueda hueca;

La figura 4 es un dibujo del tazón vibratorio ilustrando la posición ideal para el engranaje de rueda hueca durante el proceso de superacabado.

La figura 5 es un dibujo que ilustra la ubicación en la cual las soluciones químicas son entregadas durante el proceso de superacabado.

La figura 6 son los parámetros de superficie y perfil medidos en un flanco maquinado/rectificado típico de un diente de engranaje de rueda hueca.

La figura 7 son los parámetros de superficie y perfil medidos en un flanco superacabado típico de un diente de engranaje de rueda hueca utilizando la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 es un dibujo de una fase planetaria de entrada típicamente usada en las cajas de engranajes de turbina de viento. Consiste de un engranaje de rueda hueca (1), dos o más engranajes de planeta (2), y un engranaje de sol (3). Los dientes (4) de cada engranaje van a ser superacabados. La figura 2a es una vista tridimensional de un diente de engranaje individual (4) y la figura 2b muestra una sección transversal bidimensional de 2 dientes de engranaje (4). El diente de engranaje (4) consiste en el flanco (5), que es el lado de trabajo o de contacto del diente de engranaje, la planicie superior (6) que es la superficie superior del diente de engranaje, la planicie de fondo (7) que es la superficie en el fondo del espacio entre dientes adyacentes y el filete de raíz (8) que es la porción redondeada en la base del diente de engranaje entre el flanco de diente (5) y la planicie de fondo (7). El área más crítica es el patrón de contacto de dientes (9), que es el área superficial de un diente de engranaje que ha estado en contacto con su acople cuando los engranajes están en la operación. En la presente invención, uno o más de los engranajes planetarios de una caja de engranajes de turbina de vientos incluyendo el sol (3), los planetas (2), y el engranaje de rueda hueca (1) son superacabados en su lado de impulso y de sotavento utilizando acabado químicamente acelerado en un tazón vibratorio o tina a un R_{a} de 0,25 micras o menos.

Descripción general de proceso de superacabado

Una descripción general del proceso de superacabado sigue con la comúnmente poseída patente de los Estados Unidos No. 4,491,500 y 4,818,333, y la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 10/071,533, 09/758067, y 10/684,073, cada una de las cuales es incorporada en la presente mediante referencia. Una química activa es introducida en el aparato de acabado vibratorio que es capaz de convertir el metal del engranaje a una composición de una película con dureza reducida que es físicamente y químicamente estable y puede o no puede ser visualmente perceptible. Esta película es conocida como un recubrimiento de conversión. Cuando está película es desarrollada sobre la superficie del engranaje, la acción de los elementos de medio en el engranaje removerá únicamente la película de los picos de aspereza del engranaje, dejando las áreas deprimidas del recubrimiento intactas. Al constantemente humectar la superficie de metal con la químicamente activa, el recubrimiento estable se reformará continuamente, cubriendo aquellas áreas en donde el metal subyacente desnudo ha sido expuesto frescamente, para proporcionar una nueva capa de la película relativamente suave. Si esa porción permanece más elevada que las áreas adyacentes continuará siendo frotada hasta que cualquier rugosidad haya sido virtualmente eliminada.

La cantidad de solución de química activa utilizada será únicamente aquella que mantendrá todas las superficies de las partes tratadas en una condición humectada, para asegurar una continua y virtualmente instantánea reformación de cualquier recubrimiento removido a través de la acción de frotado. Como será evidente a los expertos en la técnica, la cantidad de cualquier medio utilizado dependerá de numerosos factores, como el carácter de la superficie, área, peso y composición de los engranajes siendo tratados, la composición de la solución utilizada para el recubrimiento de conversión, temperaturas de operación, el grado y velocidad de refinación a ser logrado, etc.

Aunque las propiedades exhibidas por el recubrimiento de conversión producidas en el engranaje son de crucial importancia a la práctica exitosa del presente proceso, la formulación de la química activa utilizada para producir el recubrimiento no lo es. La composición debe ser capaz de rápidamente y efectivamente producir, bajo las condiciones de operación, productos relativamente suaves de reacción de metal base y el recubrimiento debe ser sustancialmente insoluble en el medio líquido para asegurar que la remoción ocurra primariamente mediante frotado, en vez de disolución. La química activa generalmente consistirá de agua y hasta alrededor de 40 por ciento en peso de ingredientes activos comprendidos esencialmente los químicos de convención pero también opcionalmente y deseablemente incluyendo un agente de oxidación, y en algunos casos un estabilizador y/o un agente de humectación. Una vez que la cantidad deseada de refinación es lograda, la química activa es detenida. Después de eso, una solución de bruñido puede ser introducida en la máquina vibratoria. La solución de bruñido, que no es reactiva al metal base, sirve para remover el recubrimiento de convención desde la superficie para crear una apariencia especular.

Superacabado de los planetas y engranajes de sol

En una modalidad de la presente invención, el engranaje de sol y engranajes de planeta pueden ser superacabados en un tazón vibratorio o máquinas de tina de tamaño adecuado. Engranajes múltiples con montaje adecuado pueden ser superacabados simultáneamente. Un dispositivo puede ser usado para soportar el(los) engranaje(s) o evitar el(los) engranaje(s) de contactar los lados del tazón vibratorio o tina mientras está en operación. El(los) engranaje(s) son rápidamente agitados para producir movimiento relativo entre el(los) engranaje(s) y el medio cerámico no abrasivo. Las superficies del(los) engranaje(s) y el medio son mantenidos en una condición humectada con una solución acuosa de FERROMIL® FML-590 a 30 v/v%. Los elementos de medio sólido no abrasivos son de una cantidad, tamaño y forma tal que, bajo las condiciones de agitación, producen frotamiento de medio uniforme de los dientes de engranaje. El proceso es continuado hasta que el valor de rugosidad promedio aritmético (R_{a}) es 0,25 micras o menos. El(los) engranaje(s) luego son cocidos para remover el recubrimiento de conversión utilizando una solución acuosa de 1,5 v/v% de FERROMIL® FBC-295 a una apariencia especular.

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Aunque la modalidad preferida contempla el uso de medio cerámico no abrasivo, otros medios cerámicos, medios plásticos, medios de acero, medios de acero inoxidable y combinación de diferentes tipos de medios, también pueden ser utilizados, dependiendo de las circunstancias físicas que rodean al acabo del engranaje. Esta dentro de la habilidad de uno en la técnica determinar qué medio, o combinación de medios, usar en cada caso.

Superacabado del engranaje de rueda hueca

Este ejemplo enseña una modalidad para superacabar un engranaje de rueda hueca grande (1) adecuada para cajas de engranaje de turbina de viento comerciales de capacidad nominal de potencia de 500 kW y mayores. El engranaje de rueda hueca (1) tiene el siguiente peso y dimensiones aproximadas. Pesa 1.620 kg, tiene un diámetro externo de 171 cm, un diámetro interno de 146 cm, y un ancho de cara de 38,5 cm. La rueda hueca puede ser tratada con calor mediante carburización con gas, nitruración con gas, o puede ser mediante endurecimiento. En la figura 3, un tazón vibratorio (10) es llenado a aproximadamente dos tercios de su volumen con una mezcla de abrasivo y medio cerámico no abrasivo (11). El tamaño de medio y forma son seleccionados tal que una mezcla homogénea de medio tiene contacto uniforme a través del flanco de diente de engranaje. La cantidad de medio también es elegido para dar la cantidad preferida de acción de levantamiento durante el procesamiento tal que el engranaje no contacte el fondo o lados del canal del tazón vibratorio, o tal que la parte superior del engranaje no suba por arriba del nivel de medio de trabajo. Los pesos del motor son establecidos a un ángulo de avance de aproximadamente 85 grados.

El engranaje de rueda hueca (1) es tendido horizontalmente sobre el cubo del centro (12) del tazón vibratorio (10) sobre la masa de medio estacionario (11) tomando cuidado razonable de centrar el engranaje de rueda hueca en relación con el centro del tazón. Como se ilustra en la figura 5 una solución acuosa de FERROMIL® FBC-295 a 1,5 v/v% con un caudal de 20 L/hr es suministrado en la región entre la pared exterior del tazón y la superficie externa del engranaje (13) para reducir los efectos de generación de calor a fricción. Una solución acuosa de química activa que consiste de FERROMIL® FML-590 a 30 v/v% es suministrada a 18 L/hr en a región entre el cubo de centro (12) y los dientes de engranaje interno (14).

El tazón vibratorio (10) es arrancado a un frecuencia baja y es gradualmente incrementado a aproximadamente 46 a 48 hertz con lo cual el engranaje de rueda hueca se hunde en el medio (11). La posición ideal es mostrada en la figura 4 en donde la parte más superior del engranaje (1) está en o justo por debajo del medio (11) y en interfase con el aire. Si la amplitud del tazón vibratorio no está entre 1,5 a 2,0 mm, ajustes deben ser hechos al peso inferior para lograr esta amplitud. Esta medición es leída desde un calibre de amplitud montado en el exterior del tazón (10). El engranaje de rueda hueca (1) permanecerá centrado durante el resto del procesamiento y girara lentamente alrededor del cubo central del tazón vibratorio (12).

Los siguientes parámetros pueden ser ajustados según se necesite para mantener el engranaje (1) en o justo por debajo de la superficie superior del medio (11) para que gire uniformemente alrededor del cubo central (12) del tazón giratorio (10):

\bullet: Tamaño de medio, forma, composición y porcentaje de cada uno.

\bullet: Nivel de medio.

\bullet: Frecuencia del motor.

\bullet: Amplitud y ángulo de avance generado por el sistema de peso ajustable.

\bullet: Concentraciones y gastos de química activa y soluciones de bruñido.

El ajuste de estos parámetros está dentro del conocimiento ordinario en la técnica.

El proceso es continuado hasta el valor de rugosidad promedio aritmético (R_{a}) de 0,25 micras o menos. El flujo de química activa se interrumpe, y un compuesto de bruñido que consiste en una solución acuosa de FERROMIL® FBC-295 a 1,5 v/v% es suministrado 150 L/hr en la región entre la columna central del tazón y los dientes del engranaje (15). El proceso es continuado hasta que el recubrimiento de convención es removido produciendo una apariencia limpia y brillante.

Los resultados no anticipados que fueron obtenidos fueron:

1.- El engranaje permanece centrado en el tazón y es suspendido del fondo del tazón mediante el movimiento del medio y la parte más superior del engranaje permanece en o justo por debajo del interfase con el medio/aire.

2.- El engranaje es superacabado sin daño del medio o fragmentos de media.

3.- Un R_{a} 0,25 micras o menos es logrado y la relación material es aumentada significantemente.

a) La figura 6 muestra un perfil de rugosidad de superficie típico del área de contacto de dientes de engranaje previo al superacabado. El R_{a} es 0,78 micras, y el R_{mr} es 49,4%.

b) La figura 7 muestra el perfil de rugosidad de superficie del área de contacto de dientes de engranaje después del superacabado. El R_{a} es 0,16 micras, y el R_{mr} es 73,2%.

4.- El acabado de superficie es uniforme, dentro de la tolerancia, a través del avance y perfil.

5.- Únicamente una cantidad insignificante, si no ninguna, de medio es fracturado por el proceso (es decir, la frotación de medio fue extremadamente baja).

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Prueba planetaria en el campo

Dos cajas de engranaje de generadores de turbina de viento que tenían una capacidad de potencia nominal mayor que 500 kW tuvieron todos los engranajes de la fase planetaria dentada superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 micras o menos utilizando el proceso descrito en la presente invención. Previo al superacabado, las ruedas huecas fueron endurecidas, y los planetas y engranajes de sol fueron carburizados con gas. Después de ser colocados en servicio, las cajas de engranajes fueron inspeccionadas después de aproximadamente 6 meses y después de aproximadamente un año de operación. No se observó microcorrosión o desgaste en la superficie de dientes de engranaje. Similarmente, no fue encontrado daño en rodamiento. En comparación, en engranajes rectificados alisados únicamente por la técnica de rodaje comúnmente pueden arrancar para mostrar señal de microcorrosión o desgaste después de solo seis meses de operación, y los rodamientos empiezan a mostrar daños vía la extensión directa o mediante monitoreo de ruido/vibración. Adicionales ventajas anticipadas de la presente invención incluyen reducir los restos de metal, mejor vida de rodamiento, reducido desgaste, reducida vibración y ruido, mejorada resistencia de fatiga por contacto, mejorada lubricación, mayor tiempo entre servicio de lubricante, un proceso de rodaje simplificado o eliminado y una mejorada durabilidad, eficiencia y menor costo de fabricación y operación de la caja de engranajes planetarios.

Aunque los aparatos y métodos de la presente invención han sido descritos en términos de modalidades preferidas, será evidente a los expertos en la técnica que variaciones pueden ser aplicadas a lo que ha sido descrito en la presente sin desviarse alcance de la invención, el cual está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Una caja de engranajes planetarios de fase de entrada para un generador de turbinas de viento grande que comprende un engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y un engranaje de sol, en donde uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y engranaje de sol comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie final de 0,25 micras.

2. La caja de engranajes planetarios de conformidad con la reivindicación 1, en donde los dientes de uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta y un engranaje de sol son superacabados a una rugosidad de superficie final de 0,16 micras.

3. La caja de engranajes planetarios de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la caja de engranajes planetarios comprende una caja planetaria de un generador de energía con turbina de viento teniendo una capacidad de salida de 500 KW o mayor.

4. La caja de engranajes planetarios de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde previo a ser superacabada a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, el uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y engranaje de sol son tratados con calor mediante un método seleccionado del grupo que consiste de carburización con gas, nitruración con gas y endurecimiento.

5. La caja de engranajes planetarios de conformidad con la reivindicación 1, en donde cada uno del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta y engranaje de sol comprende una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde cada uno de los dos o más engranajes de planeta y engranaje de sol comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde cada uno de los dos o más engranajes de planeta comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde el lado de impulso de la pluralidad de dientes han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde el lado de sotavento de la pluralidad de dientes han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos.

6. Un engranaje planetario de fase de entrada para un generador de turbinas de viento grande que tiene una masa mayor que 200 kg que comprende una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos.

7. El engranaje de conformidad con la reivindicación 6, en donde el lado de impulso de la pluralidad de dientes ha sido superacabado a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, y el lado de sotavento de la pluralidad de dientes ha sido superacabado a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos.

8. El engranaje de conformidad con la reivindicación 6, en donde el lado de impulso de la pluralidad de dientes han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos.

9. Un método para reducir restos del lubricante en una caja de engranajes planetarios de fase de entrada para un generador de energía con turbina de viento, en donde la caja de engranajes planetarios comprende un engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y un engranaje de sol, el método comprende superacabar los dientes de uno o más engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y engranajes de sol a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos antes de operar la caja de engranajes planetarios.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, en donde uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta y engranaje de sol son superacabados utilizando acabado químicamente acelerado.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9 o 10, en donde previo a ser superacabado a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, el uno o más del engranaje de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta, y engranaje de sol son tratados con calor mediante un método seleccionado del grupo que consiste de carburización con gas, nitruración con gas y endurecimiento.

12. El método de conformidad con una de las reivindicaciones desde la 9 a la 11, en donde cada uno de los engranajes de rueda hueca, dos o más engranajes de planeta y engranaje de sol comprende una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde cada uno de los dos o más engranajes de planeta y engranaje de sol comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados o una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, o en donde cada uno de los dos o más engranajes de planeta comprenden una pluralidad de dientes que han sido superacabados a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos y/o en donde el lado de impulso de la pluralidad de dientes ha sido superacabado a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos, y/o en donde el lado de costa de la pluralidad de dientes ha sido superacabado a una rugosidad de superficie de 0,25 \mum o menos.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el engranaje de rueda hueca está superacabado al agitar el engranaje de rueda hueca en presencia de una pluralidad de medios de acabado y una solución química que es capaz de reaccionar con el metal del engranaje de rueda hueca para formar una película que tiene una película de dureza reducida sobre la superficie del engranaje de rueda hueca, para que la pluralidad de medios de acabado pueda remover la película de dureza reducida en la superficie del engranaje de rueda hueca, refinando así la superficie del engranaje de rueda hueca, después de lo cual la composición que tiene una película de dureza reducida se reforma inmediatamente mediante la reacción entre el engranaje de rueda hueca y la solución química para refinar adicionalmente mediante la pluralidad de medios de acabado.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, en donde la pluralidad de medios de acabado se selecciona del grupo que consiste de:

medios abrasivos, (por ejemplo se selecciona del grupo que consiste de cuarzo, granito, óxidos de aluminio naturales y sintéticos, carburo de silicio, óxido de hierro y mezclas de éstos), y medios no abrasivos (por ejemplo se seleccionan del grupo que consiste de medios cerámicos, medios plásticos, medios de acero, medios de acero inoxidable y mezclas de éstos);

en donde éstos medios abrasivos se mantienen dentro de una matriz de porcelana, plástico, o mezclas de éstos.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13 o 14, en donde la mezcla ocurre dentro de un aparato de acabado vibratorio.

16. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 13 a la 15, en donde la cantidad de solución química es suficiente para mantener las superficies del engranaje de rueda hueca y pluralidad de medios de acabado en una condición humectada.

17. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 13 a la 16, en donde la solución química comprende un químico seleccionado del grupo que consiste de sal de fosfato, ácido fosfato, ácido oxálico, oxalato de sodio, sulfato, ácido sulfúrico, bicarbonato de sodio, cromato, ácido crómico, cromato de sodio o mezclas de éstos, o la solución química comprende un acelerador seleccionado del grupo que consiste de zinc, fosfato de magnesio, fosfato de hierro, oxidantes orgánicos, oxidantes inorgánicos, peróxidos, meta-nitrobenceno, cloratos, cloritos, nitratos, nitritos, y mezclas de éstos.

18. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde los engranajes de planeta son superacabados al agitar los engranajes de planeta en presencia de una pluralidad de medios de acabado y una solución química que es capaz de reaccionar con el metal de los engranajes de planeta para formar una película que tiene una película de dureza reducida en la superficie de los engranajes de planeta, para que la pluralidad de medios de acabado puedan remover la película de dureza reducida de la superficie de los engranajes de planeta, por lo cual refinan la superficie de los engranajes de planeta, después de los cual la composición que tiene una película de dureza reducida es reformada inmediatamente mediante la reacción entre los engranajes de planeta y la solución química para refinar adicionalmente mediante la pluralidad de medios de acabado.

19. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde, el engranaje de sol es superacabado al agitar el engranaje de sol en presencia de una pluralidad de medios de acabado y una solución química que es capaz de reaccionar con el metal del engranaje de sol para formar una película que tiene una película de dureza reducida en la superficie del engranaje de sol, para que la pluralidad de medios de acabado puedan remover la película de dureza reducida de la superficie del engranaje de sol, refinando así la superficie del engranaje de sol, después de lo cual la composición que tiene una película de dureza reducida se reforma inmediatamente mediante la reacción entre el engranaje de sol y la solución química para una refinación adicional mediante la pluralidad de medios de acabado.

20. El método de conformidad con la reivindicación 18 o 19, en donde la pluralidad de medios de acabados se seleccionan del grupo que consiste en medios abrasivos, medios no abrasivos y mezclas de estos.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde los medios no abrasivos comprenden una mezcla de granos de óxido fusionados a una masa coherente y sustancialmente libre de partículas abrasivas discretas, y la masa coherente contiene en una base libre de oxígeno, alrededor de 60 a 80 por ciento en peso de aluminio y alrededor de 5 a 30 por ciento en peso de silicio.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde la masa coherente comprende alrededor de 76 a 78 por ciento en peso de aluminio, alrededor de 10 a 12 por ciento en peso de silicio, alrededor de 5 a 9 por ciento en peso de hierro y alrededor de 4 a 6 por ciento en peso de titanio, en una base libre de oxígeno, o la masa coherente comprende alrededor de 63 a 67 por ciento en peso de aluminio, alrededor de 26 a 36 por ciento en peso de silicio, alrededor de 2 a 4 por ciento en peso de sodio, alrededor de 1 a 2 por ciento en peso de potasio, y alrededor de 0,5 a 0,8 por ciento en peso de fósforo, en una base libre de oxígeno, o la masa coherente comprende alrededor de 62 a 73 por ciento en peso de aluminio, alrededor de 7 a 14 por ciento en peso de silicio, alrededor de 10 a 25 por ciento en peso de manganeso y alrededor de 1 a 4 por ciento en peso de sodio.

23. El método de conformidad con la reivindicación 21 o 22, en donde los granos de óxido tienen diámetros entre una micra y 25 micras.

24. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 20 a 23, en donde los medios no abrasivos tienen una densidad de por lo menos alrededor de 2,75 gramos por centímetro cúbico, y/o, tienen un valor de dureza de pirámide de diamante promedio de por lo menos alrededor de 845.

25. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 20 a la 24, en donde la reducción de peso promedio de la pluralidad de medios de acabado ocasionada por la agitación en el proceso no superará alrededor de 0,1 por ciento por hora.

26. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 18 a la 25, en donde la cantidad de solución química es suficiente para mantener las superficies de engranaje de rueda hueca y pluralidad de medios de acabado en una condición humectada.

27. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 18 a la 26, en donde la solución química comprende un químico seleccionado del grupo que consiste de sal de fosfato, ácido fosfato, ácido oxálico, oxalato de sodio, sulfato, ácido sulfúrico, bicarbonato de sodio, cromato, ácido crómico, cromato de sodio o mezclas de estos, o la solución química comprende un acelerador seleccionado del grupo que consiste de zinc, fosfato de magnesio, fosfato de hierro, oxidantes orgánicos, oxidantes inorgánicos, peróxidos, meta-nitrobenceno, cloratos, cloritos, nitratos, nitritos y mezclas de estos.

28. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 12 a la 27, en donde el engranaje tiene una masa mayor que 200 kg y es superacabado utilizando acabado químicamente acelerado.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, en donde el engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg es superacabado al agitar el engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg en presencia de una pluralidad de medios de acabado y una solución química que es capaz de reaccionar con el metal del engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg para formar una película que tiene una película de dureza reducida y una superficie de engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg, para que la pluralidad de medios de acabado puedan remover la película de dureza reducida de la superficie del engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg, refinando así la superficie del engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg, después de lo cual la composición que tiene una película de dureza reducida se reforma inmediatamente mediante las reacciones del engranaje que tiene una masa mayor que 200 kg y una solución química para refinar adicionalmente mediante la pluralidad de medios de acabado.

30. El método de conformidad con la reivindicación 29, en donde la pluralidad de medios de acabado se selecciona del grupo que consiste de:

medios abrasivos seleccionados (por ejemplo del grupo que consiste de cuarzo, granito, óxidos de aluminio naturales y sintéticos, carburo de silicio, óxido de hierro y mezclas de estos), y en donde éstos medios abrasivos pueden mantenerse dentro de una matriz de porcelana, plástico o mezclas de estos;

medios no abrasivos seleccionados (por ejemplo del grupo que consiste de medios de cerámica, medios de plástico, medios de acero, medios de acero inoxidable y mezclas de estos);

y mezclas de estos.

31. El método de conformidad con la reivindicación 29 o 30, en donde la mezcla ocurre dentro de un aparato de acabado vibratorio.

32. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 29 a la 31, en donde la cantidad de solución química es suficiente para mantener las superficies del engranaje de rueda hueca y pluralidad de medios de acabado en una condición humectada.

33. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones desde la 29 a la 32, en donde la solución química comprende un químico seleccionado del grupo que consiste de sal de fosfato, ácido fosfato, ácido oxálico, oxalato de sodio, sulfato, ácido sulfúrico, bicarbonato de sodio, cromato, ácido crómico, cromato de sodio o mezclas de estos, o la solución química comprende un acelerador seleccionado del grupo que consiste de zinc, fosfatos de magnesio, fosfatos de hierro, oxidantes orgánicos, oxidantes inorgánicos, peróxidos, meta-nitrobenceno, cloratos, cloritos, nitratos, nitritos y mezclas de estos.