专利名称：用于测量齿轮齿磨损的方法及装置的制作方法
技术领域：
本文所描述的主题大体上涉及齿轮齿，并且更具体地涉及用于测量齿轮齿磨损的
方法及装置。
背景技术：
至少一些公知的风力涡轮机包括具有多个叶片的转子。转子叶片往往联接到浆毂 上，而浆毂又联接到外壳或机舱上。机舱定位在基座如桁架塔架或管状塔架的顶上。转子叶 片将机械性的风能转换成所引起的叶片升力，叶片升力又产生机械性的转矩。所产生的转 矩用于驱动一个或多个发电机，随后产生电能，或作为备选用以泵送流体和/或碾磨物质。
至少一些公知的风力涡轮机具有用以调整各转子叶片的桨距角的机构。桨距角是 确定各叶片关于叶片纵轴线定向的角度。至少一些公知的桨距调整机构包括操作小齿轮的 桨距电动机，该小齿轮作用于联接到叶片上的环形齿轮。 在至少一些公知的风力涡轮机中，多个环形齿轮齿随着时间的推移会受到磨损， 降低了桨距调整机构的效率和可靠性。此外，这种齿轮齿磨损的程度难以量化。公知的是可 将模板插入相邻齿轮齿的侧部(flank)之间，容许将相邻侧部之间的距离与已知的模板宽 度进行比较来估计齿轮齿的磨损。然而，这些公知的模板仅提供了对两个相邻齿的两侧部 上的总磨损进行估计，而非测量单个齿侧部上的磨损。此外，这种公知的模板并不提供在各 齿侧部上的一致位置上进行可重复的测量，这种可重复的测量可用于比较给定齿轮齿的两 次不同时间之间的磨损，同一齿轮上的一个齿轮齿与另一个齿轮齿之间的磨损，或与不同 叶片或不同风力涡轮机相关的相似齿轮上的齿轮齿之间的磨损。因此，期望研发出一种方 法和/或系统，其便于可重复且可靠地测量在各齿轮齿的各侧部上的一致位置上的磨损。
发明内容
在一个方面，提供了一种测量齿轮齿的侧部上的磨损量的方法。该方法包括将包 括第一模板齿的模板定位成邻近包括第一齿轮齿的齿轮。该方法还包括相对于已知的齿轮 旋转参考点沿旋转方向调整模板的位置，相对于已知的齿轮轴向参考点沿轴向调整模板的 位置，以及相对于已知的齿轮径向参考点沿径向调整模板的位置。该方法还包括测量在第 一模板齿的边缘与第一齿轮齿的相邻侧部之间的间隙宽度(extent)，其中，该间隙对应于 侧部上的磨损量。 在另一个方面，提供了一种用于测量齿轮的第一齿轮齿上的磨损量的模板。该模 板包括构造成用以装入限定在第一齿轮齿与邻近第一齿轮齿的第二齿轮齿之间的空间中 的第一模板齿，使得在侧部处于未磨损状态时，第一模板齿的边缘抵靠第一齿轮齿的侧部， 且基本上没有间隙。该模板构造成用以关于相对于齿轮所限定的轴向、相对于齿轮所限定 的径向以及相对于齿轮所限定的旋转方向可重复地定位在一致位置处。在边缘与侧部之间 的可测量的间隙对应于在第一齿轮齿上的磨损量。 在又一个方面，提供了一种用于比较齿轮齿磨损的系统。该系统包括尺寸和形状大致相似的多个齿轮，其中，各齿轮均具有第一齿轮齿、邻近第一齿轮齿的第二齿轮齿，以 及限定于其间的空间。该系统还包括模板，其具有构造成用以装入该空间中的第一模板齿， 使得当侧部处于未磨损状态时，第一模板齿的边缘抵靠第一齿轮齿的侧部，且基本上没有 间隙。该模板构造成用以关于相对于各齿轮所限定的轴向、相对于各齿轮所限定的径向以 及相对于各齿轮所限定的旋转方向，可重复地定位在该多个齿轮中的各个齿轮上的一致位 置处。边缘与侧部之间的可测量的间隙对应于多个齿轮中的各个齿轮的第一齿轮齿上的磨 损量。
图1为示例性风力涡轮机的透视图； 图2为可结合图1中示出的风力涡轮发电机使用的示例性叶片桨距控制系统的简 图； 图3为多个小齿轮齿与多个环形齿轮齿的示例性相互作用的示图； 图4为用于测量多个环形齿轮齿的前侧部和后侧部上的磨损的示例性模板的简
图； 图5为装在图3的环形齿轮附近的图4的示例性模板的示图；
图6为示例性模板齿的简图；以及 图7为使用图4中所示的模板来测量齿轮齿的前侧部和/或后侧部上的磨损的示 例性方法的流程图。
具体实施例方式
本文所述的方法及系统有助于可重复和可靠地测量各齿轮齿的各侧部上的一致 位置上的磨损。该方法及系统包括使用模板，该模板可相对于齿轮上的一致的参考点进行 定位。该模板包括构造成用以装入限定在第一齿轮齿与第二齿轮齿之间的空间中的第一模 板齿。具体而言，该模板可关于相对于齿轮所限定的轴向、径向及旋转方向定位在一致的位 置上。该模板的技术效果在于容许可重复地测量各齿侧部上的磨损，这可用于比较单个齿 轮上的给定齿轮齿在两次不同时间时的齿轮齿磨损，或在同一齿轮上的一个齿轮齿与另一 个齿轮齿之间的磨损，或在尺寸和形状大致相似的多个齿轮上的齿轮齿之间的磨损。
图1为示例性风力涡轮机10的示例性实施例的透视图。在示例性实施例中，风力 涡轮发电机10为水平轴风力涡轮机。作为备选，风力涡轮机10可为垂直轴风力涡轮机。风 力涡轮机10可联接到电负载(未示出)，例如但不限于电网(未示出)，且可接收来自于其 上的电功率，以驱动风力涡轮机10及/或其相关构件进行工作。作为备选，风力涡轮机10 可为产生机械能的"风车"，例如用以泵送流体和/或碾磨物质。 风力涡轮机IO包括本体12(有时称为"机舱")，以及联接到本体12上用于围绕 旋转轴线16相对于本体12旋转的转子(大体上以14标示)。在示例性实施例中，机舱12 安装在塔架18上。塔架18的高度为使风力涡轮机10能够起到上述作用的任何适合的高 度。转子14包括浆毂20，以及从浆毂20沿径向向外延伸用于将风能转换成旋转能的多个 叶片22(有时称为"翼型件")。尽管转子14在本文描述和示出为具有三个叶片22，但转子 14也可包括任意数量的叶片22。
图2为在浆毂20内可用于设置图1中所示的转子叶片22的桨距角的示例性叶片 桨距控制系统24的简图。桨距控制系统24使叶片22(图2中以截面形式示出)围绕叶片 22的纵轴线26旋转，从而改变叶片22的桨距。图2中所示的转子叶片22大致处于零桨 距角位置或"动力(power)"位置。转子叶片22的另一限定位置为"全顺浆"桨距位置(未 示出)，其中，叶片22定向为沿正(+)方向围绕纵轴线26从图2中所示的零桨距位置大约 90度。总体而言，朝全顺浆位置围绕纵轴线26增大叶片22的桨距角会减小风28对叶片 22所产生的升力大小，而相反，朝动力位置减小叶片22的桨距角会增大风28对叶片22所 产生的升力大小。 在示例性实施例中，桨距控制系统24包括小齿轮30。当风力涡轮机10处于正常 工作中时，小齿轮30由一个或多个促动器(未示出)驱动，促动器例如但不限于电机、液压 缸、弹簧和/或伺服机构。小齿轮30通过如图3中所示及下文所述的齿轮齿的相互作用来 与环形齿轮40相配合，致使小齿轮30的旋转导致环形齿轮40按比例地旋转。环形齿轮40 联接到叶片22上，致使环形齿轮40的旋转使得叶片22围绕纵轴线26旋转，从而改变叶片 22的桨距。在示例性实施例中，在风力涡轮机10的正常工作过程中，叶片22的桨距可通过 在动力(大约零度)位置与全顺浆(大约九十度)位置之间的角度范围来调整。因此，在 此工作过程中，环形齿轮40的大约九十度弓形部分50可与小齿轮30相接触。在备选实施 例中，环形齿轮40的不同部分(可能包括整个环形齿轮40)可与小齿轮30相接触。
图3为多个小齿轮30齿32与多个环形齿轮40齿42相互作用的示图。小齿轮30 沿任一方向旋转都会导致小齿轮齿32作用于环形齿轮齿42上，使得环形齿轮40在与小齿 轮30相同的方向上按比例地旋转。多个环形齿轮齿42中的各齿均具有前侧部44和后侧部 46。为了在图3中清楚起见，在图3中仅对于一个环形齿轮齿42用参考符号标示出前侧部 44和后侧部46，但它们代表在示例性实施例中的各个环形齿轮齿42上。小齿轮30使环形 齿轮40重复地前后旋转，导致材料从环形齿轮齿42的前侧部44和后侧部46上磨耗。由 于各环形齿轮齿42的顶面(top land) 48与各小齿轮齿32的底面(bottomland) 38之间有 间隙，故环形齿轮齿顶面48上没有出现直接磨损。在示例性实施例中，前侧部44和后侧部 46上的磨损只发生在位于环形齿轮40的部分50内的齿42上，该部分50与小齿轮30相互 作用，用于在动力位置与全顺浆位置之间的大约九十度内进行桨距定位。位于部分50外的 其它环形齿轮齿42并不与小齿轮齿32接触，且因此并不在其相应的前侧部44和后侧部46 上受到磨损。在备选实施例中，前侧部44和后侧部46上的磨损发生在环形齿轮40的很多 或所有齿42上。 图4为用于测量多个环形齿轮齿42的前侧部44和后侧部46上的磨损的示例性 模板60的简图。图5为邻近环形齿轮齿40安装的模板60的示例性实施例的示图。模板 60包括构造成用以装入限定在第一环形齿轮齿42与第二环形齿轮齿42之间的空间中的第 一模板齿62，使得当侧部处于未磨损状态时，第一模板齿62的边缘抵靠第一齿轮齿42的侧 部，且基本上没有间隙。 更具体而言，在示例性实施例中，模板60包括多个齿62，这些齿62定形为当模板 60邻近环形齿轮40安装时，装在相邻的环形齿轮齿42之间的相应空间中。如果环形齿轮 齿42处于新的或未磨损的状态，则各模板齿62的前缘64紧密而没有间隙地抵靠环形齿轮 齿42的相应前侧部44安装，且各模板齿62的后缘66紧密而没有间隙地抵靠环形齿轮齿
642的对应后侧部46安装。此外，随着齿轮齿42的前侧部44和后侧部46上的材料通过与 小齿轮齿32相互作用而磨耗，在前缘64与前侧部44之间以及后缘66与后侧部46之间， 当模板60邻近环形齿轮40安装时可测量的间隙将变得明显。为了在图4中清楚起见，在 图4中仅对于两个模板齿62用参考符号标示出前缘64和后缘66，但它们代表在示例性实 施例中的各个模板齿62上。 在一些实施例中，模板60可相对于环形齿轮40上的一致参考点进行定位。更具 体而言，在一些实施例中，模板60相对于如图5中所示相对于环形齿轮40中心41限定的 轴向100、径向102以及旋转方向104可重复地定位在一致位置上，其中，轴向IOO与纵轴线 26(图2中所示)平行。 在示例性实施例中，模板60包括至少一个支腿70，其便于模板60相对于轴向100 的一致定位。各支腿70均定形为用以在模板60邻近环形齿轮40定位时接触齿轮齿42的 相应端部52。支腿70的尺寸形成为以便在支腿70分别与如图5中所示的相应端部52接 触时，使模板齿62相对于轴向100定位在环形齿轮齿42的已知位置上。在备选实施例中， 模板60可例如但不限于与端部52目视对齐，或者可具有一定的形状，该形状便于与轴向边 缘54或环形齿轮40的其它已知轴向参考点相接触或目视对齐。 此外，在示例性实施例中，通过将模板齿62的多个底面68定形为用以在模板60 邻近环形齿轮40安装时接触齿轮齿42的相应顶面48，有助于模板60相对于径向102的一 致对齐。如前文所述，在正常工作期间，在环形齿轮齿的顶面48上没有发生直接磨损。结 果，环形齿轮齿的顶面48在环形齿轮40的寿命期间与环形齿轮40的纵轴线26处于大致 恒定的径向距离，以及通过使模板齿底面68与相应环形齿轮齿顶面48相接触，模板60可 相对于径向102—致地定位。在备选实施例中，模板60可例如但不限于具有一定的形状， 该形状便于与环形齿轮齿底面49或环形齿轮40的其它已知的径向参考点相接触或目视对 齐。 此外，在示例性实施例中，通过在模板60邻近环形齿轮40进行安装时将未使用的 环形齿轮齿142定位在第一模板空间72内，有助于模板60相对于旋转方向104的一致对 齐。第一模板空间72选定为限定在任何两个相邻模板齿62之间的空间。在示例性实施例 中，如图4中所示，第一模板空间72为限定在两个最末端的模板齿62之间的空间。如前文 所述，在示例性实施例中的正常工作中，位于环形齿轮40部分50外的环形齿轮齿42上没 有发生磨损。未使用的环形齿轮齿142选自位于部分50外的环形齿轮齿42。结果，未使 用的环形齿轮齿142的前侧部44和后侧部46在环形齿轮40的寿命期间，在平行于旋转方 向104的方向上保持未变形。因此，通过在模板60邻近环形齿轮40进行安装时将未使用 的环形齿轮齿142定位在第一模板空间72内，模板60可相对于旋转方向104 —致地定位。 在备选实施例中，模板60可例如但不限于具有一定的形状，该形状便于相对于与环形齿轮 40的一些其它已知的旋转参考点相接触或目视对齐来定位模板60。 图6为示例性模板齿62的简图。在示例性实施例中，模板齿62具有指示符，如前 缘64和/或后缘66上的标记74， 76和78。标记74定位在模板齿62上，以便在模板60邻 近如图5中所示的环形齿轮40进行定位时，使标记74对应于邻近模板齿62的环形齿轮齿 42的前侧部44和/或后侧部46上的齿根高二分之一的位置。同样，标记76定位在模板齿 62上，使得标记76对应于邻近模板齿62的环形齿轮齿42的前侧部44和/或后侧部46上
7的节线位置，以及标记78定位在模板齿62上，使得标记78对应于邻近模板齿62的环形齿 轮齿42的前侧部44和/或后侧部46上的齿顶高二分之一的位置。在备选实施例中，标记 74， 76和78定位在沿前缘64和/或后缘66上的不同位置处，以及/或者使用不同数量的 标记。标记74， 76和78便于测量各环形齿轮齿42上的一致对应位置处的环形齿轮齿42 上的磨损。例如但不限于，测隙规(未示出)可在标记76处插入模板齿62与相邻环形齿 轮齿42之间，用以测量在节线处环形齿轮齿42的磨损。 同样参看图6，在示例性实施例中，倒圆(radius)80限定在前缘64和后缘66的基 部处。当模板60定位成邻近如图5中所示的环形齿轮40时，倒圆80便于避免模板60与 任何变形或凸起(未示出)相干涉，该变形或凸起可形成在顶面48与环形齿轮齿42的前 侧部44和/或后侧部46之间的边缘上。 图7为使用模板60来测量环形齿轮齿42侧部上的磨损的示例性方法200的流程 图。在示例性方法200中，进行磨损测量的用户(未示出)将模板60定位202成邻近环形 齿轮40，使得在第一模板齿62处邻近第一齿轮齿42。用户相对于环形齿轮40的已知旋转 参考点沿旋转方向104调整204模板60的位置。例如，参看图4和图5，用户调整204模板 60的位置，使得未使用的环形齿轮齿142位于第一模板空间72内。此外，用户相对于环形 齿轮40的已知轴向参考点沿轴向100调整206模板60的位置。例如，用户调整206模板 60的位置，使得至少一个支腿70接触齿轮齿42的相应端部52。用户还相对于环形齿轮40 的已知径向参考点沿径向102调整208模板60的位置。例如，用户调整208模板60的位 置，使得各模板齿底面68接触相应的环形齿轮齿顶面48。然后，用户测量210在第一模板 齿62的前缘64与第一环形齿轮齿42的对应前侧部44之间和/或在第一模板齿62的后 缘66与第一环形齿轮齿42的对应后侧部46之间的间隙宽度，如果有的话。例如，用户通 过将测隙规(未示出)插入前缘64与对应前侧部44之间和/或后缘66与对应后侧部46 之间来测量210间隙的宽度。如前文所述，测得的间隙对应于第一齿轮齿42的前侧部44 和/或后侧部46通过与小齿轮齿32的相互作用而磨耗的材料。 上文详细描述了用于测量齿轮齿磨损的方法及装置的示例性实施例。该方法及装 置并不限于本文所述的特定实施例，而是该系统的构件和/或该方法的步骤可与本文所述 其它构件和/或步骤独立地和单独地使用。例如，本方法的步骤可按任何适合的次序来执 行，以及该方法还可结合其它应用中的齿轮使用，且不限于仅结合如本文所述的风力涡轮 机环形齿轮来实施。确切地讲，示例性实施例可结合一些其它齿轮应用来执行和使用。
尽管已根据各种特定实施例来描述本发明，但本领域的技术人员将认识到，本发 明可利用处在权利要求精神和范围内的修改来实施。 本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员 能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何合并的方法。本发明的专 利范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思的其它实例。如果这些其它 实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构成分，或者如果这些其它实例包括与权利 要求的书面语言无实质区别的等同结构成分，则认为这些实例落在权利要求的范围之内。
权利要求
一种用于测量在齿轮的第一齿轮(42)齿上的磨损量的模板(60)，所述模板包括第一模板齿(62)，所述第一模板齿(62)构造成用以装入限定在所述第一齿轮齿与邻近所述第一齿轮齿的第二齿轮齿之间的空间中，使得在所述侧部处于未磨损状态时，所述第一模板齿的边缘(64，66)抵靠所述第一齿轮齿的侧部(44，46)，且基本上没有间隙，所述模板构造成用以关于相对于所述齿轮所限定的轴向(100)、相对于所述齿轮所限定的径向(102)以及相对于所述齿轮所限定的旋转方向(104)可重复地定位在一致的位置上，其中，在所述边缘与所述侧部之间的可测量的间隙对应于在所述第一齿轮齿上的磨损量。
2. 根据权利要求l所述的模板(60)，其特征在于，所述模板(60)还包括在其之间限定 第一模板空间(72)的第二模板齿和第三模板齿，所述第一模板空间构造成用以收容所述 齿轮的未使用的齿轮齿，以便于相对于所述旋转方向(104)可重复地将所述模板定位在所 述一致的位置上。
3. 根据权利要求l所述的模板(60)，其特征在于，所述齿轮还包括旋转参考点，所述模 板还构造成用于与所述旋转参考点目视对齐，以便于相对于所述旋转方向(104)可重复地 将所述模板定位在所述一致的位置上。
4. 根据权利要求1所述的模板(60)，其特征在于，所述模板还包括至少一个支腿(70)， 其中，所述齿轮包括第三齿轮齿，所述至少一个支腿构造成用以接触所述第三齿轮齿的端 部，以便于相对于所述轴向(100)可重复地将所述模板定位在所述一致的位置上。
5. 根据权利要求l所述的模板(60)，其特征在于，所述模板(60)还构造成用于使所述 模板与所述齿轮的轴向边缘(54)目视对齐，以便于相对于所述轴向(100)可重复地将所述 模板定位在所述一致的位置上。
6. 根据权利要求l所述的模板(60)，其特征在于，所述第一齿轮齿(42)包括顶面 (48)，以及所述第一模板齿(62)包括底面(68)，所述模板还构造成使得所述第一模板齿的 底面接触所述第一齿轮齿的顶面，以便于相对于所述径向(102)可重复地将所述模板定位 所述一致的位置上。
7. 根据权利要求l所述的模板(60)，其特征在于，所述第一模板齿(42)还包括构造成 用以指示测量位置的标记。
8. —种用于比较齿轮齿磨损的系统，包括尺寸和形状大致相似的多个齿轮，各齿轮均包括第一齿轮齿(42)、邻近所述第一齿轮 齿的第二齿轮齿，以及限定在其间的空间(72);以及包括第一模板齿的模板(60)，所述第一模板齿构造成用以装入所述空间中，使得在所 述侧部处于未磨损状态时，所述第一模板齿(62)的边缘(64,66)抵靠所述第一齿轮齿的 侧部(44,46)，且基本上没有间隙，所述模板构造成用以关于相对于各齿轮所限定的轴向 (100)、相对于各齿轮所限定的径向(102)以及相对于各齿轮所限定的旋转方向(104)可重 复地定位在所述多个齿轮中的各个齿轮的一致的位置上，其中，在所述边缘与所述侧部之 间的可测量的间隙对应于在所述多个齿轮中的各个齿轮的所述第一齿轮齿上的磨损量。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述模板(60)还包括在其间限定第一模 板空间(72)的第二模板齿和第三模板齿，所述第一模板空间构造成用以收容所述齿轮的 未使用的齿轮齿，以便于相对于所述旋转方向(104)可重复地将所述模板定位在所述一致 位置上。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述模板(60)还包括至少一个支腿 (70)，所述多个齿轮中的各齿轮均包括第三齿轮齿，所述至少一个支腿构造成用以接触所 述第三齿轮齿的端部，以便于相对于所述轴向(100)可重复地将所述模板定位在所述一致 的位置上。
全文摘要
本发明涉及用于测量齿轮齿磨损的方法及装置。具体而言，一种用于测量在齿轮的第一齿轮(42)齿上的磨损量的模板(60)，该模板包括第一模板齿(62)，该第一模板齿(62)构造成用以装入限定在第一齿轮齿与邻近第一齿轮齿的第二齿轮齿之间的空间中，使得在侧部处于未磨损状态时，第一模板齿的边缘(64，66)抵靠第一齿轮齿的侧部(44，46)，且基本上没有间隙。该模板构造成用以关于相对于齿轮所限定的轴向(100)、相对于齿轮所限定的径向(102)以及相对于齿轮所限定的旋转方向(104)可重复地定位在一致位置上，其中，在边缘与侧部之间的可测量的间隙对应于第一齿轮齿上的磨损量。
文档编号G01B5/14GK101718514SQ200910205639
公开日2010年6月2日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月8日
发明者A·J·马斯赫, R·S·克洛斯 申请人:通用电气公司