【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械零件表面光整加工，具体涉及一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法。
技术介绍
1、风电机组大型化、核心部件轻量化、关键技术自主化、产业发展智能化、生产工艺柔性化已成为风电装备的发展趋势，高功率密度齿轮箱是未来风电机组大型化的重要方向，市场需求迫切。为提高其功率密度，对齿圈等核心零件的设计接近承载能力极限，更易发生故障。现有制造工艺加工后的表面完整性严重影响大型风电齿圈的可靠性和寿命，已成为大型风电齿轮箱的薄弱环节。
2、风电机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，恶劣的环境使得安装在塔顶狭小空间内的齿轮箱极易发生故障，且修复十分困难，及时预防和高效维护尤为重要。风电齿圈失效形式包括微点蚀、磨料磨损、异物损坏、表面腐蚀和接触腐蚀等多种典型损伤类型，传统的光整方法往往通过磨齿进行，但磨齿技术复杂，成本高昂，同时氮化处理后的齿圈失效后无法通过磨齿修复，只能报废。国标规定风电齿圈齿面粗糙度上限为1.6，最大精度等级为7级，氮化处理后的风电齿圈在跳动和齿距累积总偏差方面的精度等级可降低至8级。
3、针对风电齿圈模数大、齿数多、齿槽深、重量大等特点所带来的加工难题，传统滚磨光整加工难以满足其高精度和均匀性要求。此外，传统光整工艺如磨齿在处理氮化后风电齿圈面临加工对象局限性的问题。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种大型
2、本专利技术采用如下的技术方案实现：一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，包括以下步骤：
3、将待抛磨的大型齿圈的待抛磨段置于内部装有加工介质的抛磨容器中；
4、驱动加工介质中的激振元件进行径向间歇进给运动、轴向间歇进给运动以及往复直线运动的组合运动，并配合大型齿圈的周向间歇回转运动，在加工介质中形成局域强制的颗粒流场，对待抛磨的大型齿圈进行齿面光整加工。
5、优选地，上述径向间歇进给运动、轴向间歇进给运动和周向间歇回转运动均基于大型齿圈的几何位置确定。
6、优选地，抛磨容器为槽型结构，抛磨容器外设置有升降机构、进给机构、回转机构和振动机构；其中振动机构、进给机构和升降机构从上到下顺次连接形成驱动激振元件的组合运动机构，且激振元件通过桥型段与振动机构连接；回转机构的支撑圆柱滚子与大型齿圈的外周贴合传动；大型齿圈竖向设置且其底部的待抛磨段置于抛磨容器中。
7、优选地，通过升降机构提供径向间歇进给运动，并设置径向间隔时间和径向间歇进给量；通过进给机构提供轴向间歇进给运动，并设置轴向间隔时间和轴向间歇进给量；通过回转机构提供周向间歇回转运动，并设置周向间隔时间和回转角度；通过振动机构提供水平振动、竖直振动或复合振动，并设置有水平振动频率和水平振幅、竖直振动频率和竖直振幅。
8、优选地，激振元件以平面为基本构型，激振元件的尺寸参数包括激振元件的宽度和激振元件的长度，激振元件的宽度与待抛磨的大型齿圈的节距相关，且取值范围为：；激振元件的长度与待抛磨的大型齿圈的齿宽相关，且取值范围为：。
9、优选地，激振元件的表面构型还包括拓扑优化型面，以单元材料密度为优化变量，以最小能量柔度或最小能量耗散为目标函数进行激振元件的表面构型的拓扑优化：
10、其中单元材料密度优化变量满足：
11、
12、最小能量柔度目标函数为：
13、
14、其中，为密度惩罚因子下第个节点单元材料密度；为节点能量密度转置向量；为单元刚度矩阵；为节点能量密度向量；为单元节点总数；
15、最小能量耗散目标函数为：
16、
17、其中，为迟滞阻尼系数；为简谐激励频率；
18、约束条件满足：
19、
20、其中，为单元刚度矩阵，为单元节点的能量输入激励向量，为单元节点的功率流向量，为单元节点的能量密度向量，为拓扑优化后激振元件的体积，为拓扑优化前激振元件的体积，为单元材料密度下限，通常取。
21、优选地，激振元件的位姿参数包括偏转角、旋转角、安装距离和安装高度，其中定义偏转角为侧视方向初始位置的激振元件背料面与变换位置后激振元件背料面所夹的锐角；定义旋转角为主视方向初始位置的激振元件背料面与变换位置后激振元件背料面所夹的锐角；定义安装距离为侧视方向初始位置的激振元件的端面距离待抛磨的大型齿圈的同侧端面的最短水平距离；定义安装高度为侧视方向初始位置的激振元件背料面与待抛磨的大型齿圈的齿顶圆的最短距离；安装距离与待抛磨的大型齿圈的齿宽相关，且取值范围为：；安装高度与水平振幅相关，且取值范围为：。
22、优选地，加工介质由滚抛磨块、水和磨液组成，定义加工介质的填充高度为侧视方向抛磨容器型腔内壁上端面距离加工介质的自由面的距离，填充高度与待抛磨的大型齿圈的直径相关，且取值范围为：。
23、优选地，抛磨容器通过进、出料口连接有介质循环设备，加工介质通过抛磨容器的出料口回收至介质循环设备中，经筛分后将废料排出，同时清洗后的加工介质通过抛磨容器的进料口再次装进抛磨容器中以待使用，介质循环设备上设置有与抛磨容器的进料口连通的介质补充通道，使得抛磨容器中加工介质的填充高度保持在抛磨所需范围内；抛磨容器与介质循环设备的回收槽之间设置有底座且底座上具有连通两者的介质回收通道；两个组合运动机构对称设置在大型齿圈齿面的两侧，两个回转机构对称设置在大型齿圈中轴线的两侧，升降机构和回转机构均设置在底座的上端。
24、优选地，待抛磨的大型齿圈的抛磨步骤如下：
25、s1：将介质循环设备和底座安装在抛磨台上，并安装抛磨容器、组合运动机构和回转机构；
26、s2：将待抛磨的大型齿圈安装在回转机构的支撑圆柱滚子上；
27、s3：将激振元件置于抛磨容器中且与振动机构通过桥型段连接；
28、s4：盖上抛磨容器的盖体，通过介质循环设备将预设量的加工介质加入抛磨容器中；
29、s5：顺次启动升降机构、进给机构、振动机构和回转机构，并设定径向间隔时间和径向间歇进给量、轴向间隔时间和轴向间歇进给量、水平振动频率和水平振幅、竖直振动频率和竖直振幅以及周向间隔时间和回转角度；
30、s6：待加工预设时间后，按照先开后关的原则依次关闭上述各机构；
31、s7: 将加工介质回收至介质循环设备中；
32、s8：打开抛磨容器的盖体，将已抛磨好的大型齿圈取出。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、本专利技术能够靶向性针对大型齿圈某一特定齿面部位施加强烈激振力，能量局域化、集中化进行局域抛磨，也能够一次性全方位实现大型齿圈齿面不同部位的一致性抛磨，能够降低大型齿圈表面粗糙度。
35、大型齿圈立式竖直放置，待抛磨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：径向间歇进给运动、轴向间歇进给运动和周向间歇回转运动均基于大型齿圈（1）的几何位置确定。
3.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：抛磨容器（3）为槽型结构，抛磨容器（3）外设置有升降机构（4）、进给机构（5）、回转机构（6）和振动机构（7）；其中振动机构（7）、进给机构（5）和升降机构（4）从上到下顺次连接形成驱动激振元件（8）的组合运动机构，且激振元件（8）通过桥型段与振动机构（7）连接；回转机构（6）的支撑圆柱滚子与大型齿圈（1）的外周贴合传动；大型齿圈（1）竖向设置且其底部的待抛磨段置于抛磨容器（3）中。
4.根据权利要求3所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：通过升降机构（4）提供径向间歇进给运动，并设置径向间隔时间和径向间歇进给量；通过进给机构（5）提供轴向间歇进给运动，并设置轴向间隔时间和轴向间歇进给量；通过回转机构（6）提
5.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：激振元件（8）以平面为基本构型，激振元件（8）的尺寸参数包括激振元件的宽度和激振元件的长度，激振元件的宽度与待抛磨的大型齿圈的节距相关，且取值范围为：；激振元件的长度与待抛磨的大型齿圈的齿宽相关，且取值范围为：。
6.根据权利要求5所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：激振元件（8）的表面构型还包括拓扑优化型面，以单元材料密度为优化变量，以最小能量柔度或最小能量耗散为目标函数进行激振元件（8）的表面构型的拓扑优化：
7.根据权利要求5所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：激振元件（8）的位姿参数包括偏转角、旋转角、安装距离和安装高度，其中定义偏转角为侧视方向初始位置的激振元件背料面与变换位置后激振元件背料面所夹的锐角；定义旋转角为主视方向初始位置的激振元件背料面与变换位置后激振元件背料面所夹的锐角；定义安装距离为侧视方向初始位置的激振元件的端面距离待抛磨的大型齿圈的同侧端面的最短水平距离；定义安装高度为侧视方向初始位置的激振元件背料面与待抛磨的大型齿圈的齿顶圆的最短距离；安装距离与待抛磨的大型齿圈的齿宽相关，且取值范围为：；安装高度与水平振幅相关，且取值范围为：。
8.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：加工介质（2）由滚抛磨块、水和磨液组成，定义加工介质（2）的填充高度为侧视方向抛磨容器的型腔内壁上端面距离加工介质的自由面的距离，填充高度与待抛磨的大型齿圈的直径相关，且取值范围为：。
9.根据权利要求3所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：抛磨容器（3）通过进、出料口连接有介质循环设备（9），加工介质（2）通过抛磨容器（3）的出料口回收至介质循环设备（9）中，经筛分后将废料排出，同时清洗后的加工介质（2）通过抛磨容器（3）的进料口再次装进抛磨容器（3）中以待使用，介质循环设备（9）上设置有与抛磨容器（3）的进料口连通的介质补充通道，使得抛磨容器（3）中加工介质（2）的填充高度保持在抛磨所需范围内；抛磨容器（3）与介质循环设备（9）的回收槽之间设置有底座（10）且底座（10）上具有连通两者的介质回收通道；两个组合运动机构对称设置在大型齿圈（1）齿面的两侧，两个回转机构（6）对称设置在大型齿圈（1）中轴线的两侧，升降机构（4）和回转机构（6）均设置在底座（10）的上端。
10.根据权利要求9所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：待抛磨的大型齿圈（1）的抛磨步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：径向间歇进给运动、轴向间歇进给运动和周向间歇回转运动均基于大型齿圈（1）的几何位置确定。
3.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：抛磨容器（3）为槽型结构，抛磨容器（3）外设置有升降机构（4）、进给机构（5）、回转机构（6）和振动机构（7）；其中振动机构（7）、进给机构（5）和升降机构（4）从上到下顺次连接形成驱动激振元件（8）的组合运动机构，且激振元件（8）通过桥型段与振动机构（7）连接；回转机构（6）的支撑圆柱滚子与大型齿圈（1）的外周贴合传动；大型齿圈（1）竖向设置且其底部的待抛磨段置于抛磨容器（3）中。
4.根据权利要求3所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：通过升降机构（4）提供径向间歇进给运动，并设置径向间隔时间和径向间歇进给量；通过进给机构（5）提供轴向间歇进给运动，并设置轴向间隔时间和轴向间歇进给量；通过回转机构（6）提供周向间歇回转运动，并设置周向间隔时间和回转角度；通过振动机构（7）提供水平振动、竖直振动或复合振动，并设置有水平振动频率和水平振幅、竖直振动频率和竖直振幅。
5.根据权利要求1所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：激振元件（8）以平面为基本构型，激振元件（8）的尺寸参数包括激振元件的宽度和激振元件的长度，激振元件的宽度与待抛磨的大型齿圈的节距相关，且取值范围为：；激振元件的长度与待抛磨的大型齿圈的齿宽相关，且取值范围为：。
6.根据权利要求5所述的一种大型风电齿圈立式局域强制激振抛磨方法，其特征在于：激振元件（8）的表面构型还包括拓扑优化型面，以单元材料密度为优化变量，以最小能量柔度或最小能量耗散为目标函数进行激振元件（8）的表面构型的拓扑优化：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李文辉，程丽俊，温学杰，李秀红，刘静怡，张敏，杨胜强，王岩，陈海滨，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：
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