[发明专利]大型变速齿轮和制造大型变速齿轮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型变速齿轮，其由多个彼此焊接在一起的单一部件制成，以及涉及一种制造这样的大型变速齿轮的方法。

背景技术

已知的是，大型变速齿轮、也就是具有直径超过600mm的齿轮被作为单体齿轮来制造。

大型齿轮的单体构造的缺点在于，其在材料要求和制造重量方面是非常不利的。作为重量问题的解决方案已知的是，大型齿轮卷边(eingesickt)地设计。为此，在车削加工轮侧面的范畴中去除材料。然而由此带来制造成本的升高，因为为了进行卷边而需要另外的切削加工功率并且去除的材料引起原材料购入方面的费用。

在表面硬化时出现另外的问题。在该过程中，在部件中引入大量能量，这在淬火工艺中会导致严重的部件扭曲。该部件扭曲必须在之前通过复杂的结构措施以及在之后通过相应的材料削减来补偿。因为材料削减必须在部件的已硬化状态中实现，这又导致巨大的成本并且相应地是不经济的。一方面作为结构性对策已知的是，部件被设计成具有相应的加工余量，从而能实现在后续将材料削减到额定尺寸。另一方面，为了更佳的硬度或者为了改善淬火过程，在部件中引入钻孔，其应该确保部件由淬火介质均匀地冲洗，以在冷却期间实现部件的较好的温度特性以及最小化的扭曲。

尽管存在这些昂贵和复杂的对策，然而在实践中在狭窄的区域中非常难和受控地限制部件扭曲。结果，以之前描述的方式制造的单体设计的大型齿轮是在材料成本和制造成本上的妥协方案并且在总体上仅仅在一定程度上是经济的。

作为单体的齿轮的替代方案，而公开了混合型齿轮，其由多个组件组成，也就是至少由毂、设置在毂上的轮体和设置在轮体的外周上的齿环。在现有技术中，已经已知了这样的混合型大型变速齿轮的不同的设计方案，其首先通过类型进行区分，如单一部件彼此固定，以及通过单一部件的设计来区分。关于混合型大型齿轮制造的现有技术的概况例如在教科书Roloff Matek，机器部件和Niemann Winter机器部件或者专利文件如DE 911 500 B，DE 917 589 B和DE 82 05 946 U1中给出。

单一部件之间彼此的固定可以机械地实现。因此，齿环例如能够与轮体螺栓连接。可替换的是，将齿环热压套装在轮体上也是已知的，其中齿环相对于轮体通常通过相应的形状配合锁定来防止相对运动。

可替换的是，单一部件也能够材料配合地通过焊接来彼此连接，为此现在仅仅使用具有能融化的电极的焊接工艺。焊接的齿轮必须除了齿轮安全之外还要附加地相关于其切割位置特性来设计。对接切割点由以下部件组合构成，即齿环和轮体(所谓的轮缘)、炉体和毂以及毂和轴。该对接位置必须在设计计算和制造规划中一同进行考虑。此外，还要考虑其制造技术上的成本和其对部件功能的反作用。

轮体可以是单体制造的，例如作为铸件。同样轮体也可以作为焊接结构来制造。焊接的轮体尤其在大型变速箱建造中应用1至5件部件，因为其经常呈现出用于经济地制造的唯一可能性。

用于混合型大型变速齿轮的已知的制造流程例如为：提供毛坯件、预车外圆加工、焊接、切齿、也许还有感应硬化、切齿磨削以及接下来的质量保证。

在混合型大型变速齿轮中出现的焊接工序无例外地通过MSG焊接(MSG＝金属保护气焊接)、电子焊接或者埋弧焊接来实施。所有的这些都是具有融化的电极和相对高的区段能量(Streckenenergie)的方法，以及因此对连接和基础材料的冶金方面的特性有较强的影响。焊接工艺本身在钢结构中产生较大的内应力。因此，当今对于本领域技术人员而言通常在联系到用于消除应力的焊接工作时实施去应力退火，从而阻止另外的制造步骤也许以变形的方式释放该应力，例如在车削卷边时，在非对称地降低壁厚时或者类似情况。该伴随制造出现的变形是已知的，并且导致防弃焊接的结构。相应地，仅仅在执行了去应力退火之后才能实施对焊接的大型变速齿轮的高精度测量工作。

焊接组件的淬火通过感应淬火实现。该方法的优点在于，仅仅局部地在组件中引入相对少的热能，由此阻止了严重的部件扭曲。

在混合型大型变速齿轮的情况中，如在单体设计的大型变速齿轮中应用的焊接组件的表面硬化由于高的、通过焊接工艺由融化的电极引入的内应力而不能使用。在大型变速齿轮的情况中，以齿轮的相对大的尺寸尤其是较大的直径为先决条件的、相对较小的组件扭曲相对于小型齿轮的情况就已经导致巨大的形状偏差。由于焊接内应力和淬火变形引起的扭曲可能累积如此之大，即也许需要在组件的淬火状态中进行复杂的机械后续加工。然而这是不希望的，因为这会产生巨大的成本。相应地，齿环在已知的大型变速齿轮中一直由调质钢制成。