本申請是基于原申請日為2004年05月28日，原申請號200480014994.7(PCT/US2004/017079)，發明名稱為“超精加工大型行星齒輪系統”的分案申請。

相關申請

本申請要求2003年5月30日提交的美國臨時專利申請No.60/474,836的優先權，同時還要求2003年6月2日提交的美國臨時專利申請No.60/475,210的優先權。

技術領域

本發明涉及一種用于大型齒輪箱的新型改進的輸入行星級。本發明中提及的輸入行星級是用于具有500kW及更大輸出額定功率容量的風力渦輪發電機。

背景技術

風力渦輪發電機被認為是產生電能最節省成本并環保的方法之一。目前各種風力渦輪機被設計和構造成產生超過5MW的電能。大多數風力渦輪機的關鍵部件是其齒輪箱，齒輪箱在低速時承受變化的高負載并具有20年的設計壽命。風力渦輪機的制造者和使用者特別希望使這些齒輪箱更加耐用和高效。

現代大型風力渦輪發電機(500kW及更大)是通常采用大型行星齒輪系統作為輸入級的重型設備。這些安裝在高塔頂部的重型齒輪箱經常位于邊遠地區例如在山上或海上，經歷風力和溫度的急劇波動，并經常暴露于侵蝕性海水環境和/或磨蝕性顆粒中。齒輪箱發生故障時需要使用大型裝備移走該齒輪箱、用制造廠的工具對其進行修復，接著將其重新安裝在邊遠地區。同時產生的發電損失也使齒輪箱本身的成本很高。

制造者認識到在滿載勵磁操作前從輪齒的嚙合表面上清除峰值粗糙點(peak?asperities)可提高齒輪箱的使用壽命。清除峰值粗糙點有兩個明顯的好處。首先，可以減少金屬與金屬的嚙合量，這種金屬與金屬的嚙合會產生潤滑碎屑并眾所周知會對齒輪和承壓面具有破壞作用。其次，可以改善材料比率(R_mr)，所述材料比率是對可支承負載的輪齒表面面積的一種度量。本行業認定只要沒有產生任何明顯的冶金上的損傷或沒有產生任何對導入面和輪廓的幾何形狀的明顯改變，任何清除峰值粗糙點的工藝技術都是等同的。例如在航天工業中經常采用齒輪珩磨減少峰值粗糙高度。一直考慮在風力渦輪機的齒輪箱上采用珩磨，只是由于大多珩磨裝備僅限于加工具有12英寸或更小直徑的齒輪，這就在成本上限制了珩磨在上述大型齒輪上的應用。因此，現在的風力渦輪機的齒輪通常具有磨光的齒側面，并被建議通過磨合工序運行以從接觸表面上清除峰值粗糙點。

多年來一直認為，當采用化學加速振動拋光使相互配合的嚙合表面都各向同性地被超精加工到小于大約0.075微米的算術平均粗糙度(R_a)時可以獲得對承壓面的最佳性能效益。

同樣地，在汽車賽車用傳動裝置內的齒輪在高負載下以較高的節線速度運行，其得益于具有從0.3微米到小于0.025微米輪齒光潔度Ra的各向同性超精加工過程。這種超精加工后的齒輪承受很小的嚙合疲勞、運行溫度、摩擦、噪聲以及振動。

超精加工帶動了流體動力潤滑(HL)或彈性流體動力潤滑(EHL)的發展。在運行過程中通過連續潤滑油膜使相互配合的輪齒完全分離時存在HL。在運行過程中當分離潤滑油膜的形成受嚙合表面的彈性變形影響時，受到高負載的相互配合的輪齒上存在EHL。因此，通過HL或EHL在高速或高負載運行過程中，超精加工的汽車賽車用傳動裝置幾乎沒有承受任何配合輪齒之間金屬與金屬的嚙合。