本发明涉及风力发电机技术领域，更具体地，涉及风力发电机组的轴系中的轴以及轴的制造方法。
背景技术：
在风力发电机机组中，轴承是实现动轴和定轴之间的连接的重要零部件。为了保证轴承的良好运转，轴承的密封非常关键。通过设置密封装置，来防止灰尘、水气或其他杂物进入轴承而对轴承造成侵蚀，同时，防止轴承内部的润滑剂溢出，以保证轴承的良好润滑。
图1示出了风力发电机的轴系的局部截面图。如图1所示，定轴10套设在动轴20上，通过设置在两者之间的轴承30实现动轴20相对于定轴10的安装及转动。动轴20和定轴10之间设置有密封圈40，以对轴承30进行密封。在风力发电机组运转过程中密封圈40随着动轴20转动而会对定轴10产生摩擦。因此，定轴10的与密封圈40接触的部位需要具有较高的硬度来满足摩擦需求。然而，现有技术中的定轴10通常是由铸铁材质(例如，球墨铸铁材质)制成，其硬度低耐磨性差，不能满足摩擦需求。因此，现有技术中通常在定轴10与密封圈40接触的位置设置耐磨材质。为了节省成本，传统的做法是在与密封圈40接触的位置增加由耐磨材质制成的耐磨环5。耐磨环5可以由钢材(例如，en-c45e)制成，其硬度和耐磨性能够满足耐磨要求。
为了将耐磨环5装配到定轴10上，现有技术中使耐磨环5受热膨胀，并使定轴10降温收缩，将耐磨环5套在定轴10上，在恢复到常温的过程中实现两者之间的过盈配合。
此外，为了保证密封性，耐磨环5与定轴10的轴承安装面的同轴精度要求很高。为了达到精度要求，在耐磨环5与定轴10装配一体后再进行精加工。然而，生产厂家一般不具备装配条件，而需要找其他厂家进行组装，增加了中转时间和成本。对于风力发电机组而言，轴系中的定轴是大铸件，通常10吨以上，设备要求高，难度加大，因此，中转时间长、总耗费时间长、成本高的问题更加突出。
此外，在现有技术中的耐磨环5通过热装配的方式结合到定轴10上的情况下，两者之间以平滑表面相对。当风力发电机组在室外由于温度变化经历多次收缩和膨胀之后，容易导致耐磨环5相对于定轴10松动甚至出现位移的问题。同样地，在耐磨环5安装在动轴20上的情况下，也存在类似的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有耐磨环的轴及其制造方法，以解决现有技术中的带有耐磨环的轴部件加工周期长、加工成本高的问题。此外，本发明还可以解决现有技术中的耐磨环与轴之间结合力不足的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种轴制造方法，所述轴用于形成风力发电机组的轴系，所述轴包括轴本体和耐磨环，所述方法包括如下步骤：将所述耐磨环预埋在用于成型所述轴本体的型腔内；将用于形成所述轴本体的熔液注入到所述型腔中；使所述型腔冷却，使得所述熔液凝固而与所述耐磨环熔铸为一体，其中，所述耐磨环与所述轴本体相结合的表面上形成有多个凸台，或者形成多个有凸台和多个凹槽，所述凸台与所述轴本体熔铸为一体。
根据本发明的一方面，所述方法还可包括：在浇注所述熔液之前，将所述耐磨环预热到特定温度。
根据本发明的一方面，将所述轴本体的与所述耐磨环相结合的位置靠近所述型腔底部设置，并且以底注式向所述型腔内浇注所述熔液。
根据本发明的一方面，所述轴为风力发电机的轴系中的定轴或动轴，所述轴本体由铸铁材料制成，所述耐磨环由钢材制成，所述耐磨环以至少两个侧表面与所述轴本体结合。
根据本发明的一方面，所述轴为风力发电机的定轴，所述耐磨环形成在所述定轴的外侧。
根据本发明的一方面，所述凸台为棱条状突起，沿着所述耐磨环的圆周方向断续形成，形成为至少一圈，所述凸台的宽度为10mm-30mm及厚度为10mm-30mm。
根据本发明的一方面，所述耐磨环和所述轴本体的熔点均大于1000摄氏度，所述耐磨环的熔点比所述轴本体的熔点高150-300摄氏度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于形成风力发电机组的轴系的轴，所述轴包括熔铸为一体的轴本体和耐磨环，所述耐磨环与所述轴本体相结合的表面上形成有凸台，或者形成有凸台和凹槽，所述轴本体通过熔铸的方式形成，所述凸台在用于形成所述轴本体的熔液中与所述轴本体熔铸为一体。
根据本发明的另一方面，所述轴本体由铸铁制成，所述耐磨环由钢材制成，所述轴为风力发电机的定轴，所述耐磨环形成在所述定轴的外侧。
根据本发明的另一方面，所述凸台为棱条状突起，沿着所述耐磨环的圆周方向断续形成，形成为至少一圈，所述凸台的尺寸为宽度为10mm-30mm及厚度为10mm-30mm。
根据本发明的另一方面，所述耐磨环和所述轴本体的熔点均大于1000摄氏度，所述耐磨环的熔点比所述轴本体的熔点高150-300摄氏度。
本发明的技术方案通过在轴铸造过程中将耐磨环预埋在轴砂型内，然后浇注铁水，使得耐磨环与轴一体成型，无需装配工艺、无需热胀冷缩、无需特殊设备，即能满足密封接触位置的耐磨性又减少复杂工序，节约中转过程以及热胀冷缩时间，降低了生产成本。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是现有技术中的风力发电机的轴系的局部截面图；
图2是根据本发明实施例的耐磨环的俯视图；
图3是沿图2中的c-c线截取的耐磨环的剖视图；
图4是图2所示的耐磨环的局部立体图；
图5是根据本发明的实施例制造定轴的方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的定轴的局部截面图。
具体实施方式
在本发明的具体实施方式中，以用于风力发电机的定轴为例来描述根据本发明实施例的耐磨环、具有耐磨环的轴及其制造方法。下面，参照图2至图6描述本发明的实施例。
图2-4示出了根据本发明实施例的耐磨环50。在耐磨环50的与定轴10的轴本体相结合的表面上形成有多个凸台51。多个凸台51可以为形成在耐磨环50的表面上的规则或不规则的凸起。在附图所示的示例中，凸台51形成为条状凸起，沿着耐磨环50的圆周方向延伸。优选地，所述条状凸起沿着圆周方向断续形成，从而形成多段弧形棱条状凸起。沿着圆周方向，凸台51可形成为至少一圈，例如，形成为三圈，多圈凸台51按照预定间隔隔开。
在耐磨环50的与定轴10的轴本体相结合的表面上，还可以形成凹槽52。凹槽52可以形成在相邻的凸台51之间，并且可以从耐磨环50的表面上凹入预定深度。由于在耐磨环50的将与定轴10的轴本体相结合的表面上形成有多个凸台51或者形成有多个凸台51和多个凹槽52，从而在耐磨环50与定轴相结合的表面上形成了齿状结构。
耐磨环50可通过至少一个表面与定轴10的轴本体结合。在本发明的示例中，耐磨环50通过两个表面与定轴10的轴本体结合，因此，凸台51和凹槽52形成在上述两个表面上，即形成在耐磨环50的一个轴向端部及径向内周壁上。当耐磨环50以三个表面与定轴本体结合时，凸台51和凹槽52可以形成耐磨环的三个表面上，即形成在耐磨环50的轴向上的两个端部及内周壁上。根据本发明的实施例，耐磨环50可以由钢制成，定轴本体由铸铁制成。
图5示出了根据本发明实施例的制造具有耐磨环的定轴10的方法。
在步骤s10中，准备耐磨环50，耐磨环50的将与定轴本体结合的表面上形成有凸台51，还可以形成凹槽52。
在步骤s30中，将耐磨环50放入用于使铸造定轴本体成型的型腔内，并放置在定轴本体的与密封圈对应的位置。在本发明的实施例中，可以通过砂型铸造方法来铸造定轴10，用铸造砂和型砂粘结剂来形成用于使定轴10成型的型腔。
在步骤s40中，将铁水浇注到型腔内。
在步骤s50中，完成铁水的浇注之后，将型腔保温预定时间，然后使型腔冷却到预定温度后开箱、清砂，从而得到与耐磨环50一体成型的定轴10。
在步骤s60中，可以根据精度要求对定轴10进行精加工，以达到尺寸要求。
通常情况下，铸铁的熔点在1150-1400摄氏度，钢的熔点在1500度左右。根据本发明实施例的制造方法，在定轴本体的浇注过程中，耐磨环50上的细小的凸台51由于容易吸收热量，温度升高到1000摄氏度以上而处于近似熔融状态，使得耐磨环50可以与铁水更好的熔为一体，从而增强量耐磨环50与定轴10的接合力，使得二者的结合强度满足要求。
另一方面，由于在耐磨环50上形成有凸台51或者形成有凸台51和凹槽52，从而在耐磨环50与定轴本体之间形成齿形连接，如图6所示。借助相面对的齿形结构的对接、咬合，使得耐磨环50与定轴本体之间的接合力增强。
根据本发明实施例的轴制造方法，还可以包括步骤s20，即，在浇注铁水之前，将耐磨环50预热到特定温度，例如40度，从而减少铁水的热量损耗，提高耐磨环50的凸台51的熔融性，以更好地与定轴本体熔合在一起。
此外，可以将定轴10与耐磨环50相结合的部位放置为更靠近型腔底部，从而耐磨环50处于型腔中靠下部的位置，同时采用底注式的浇注方式，使耐磨环50一直接触最热的铁水，从而保证耐磨环50与定轴更好地熔合。
另外，为了使凸台51能够在铁水中近似熔融，可对凸台51的尺寸进行设计。本发明对不同尺寸的耐磨环50进行了凸台设计，并进行了模拟计算和试验。通过计算和试验发现，在凸台51的宽度为10mm-30mm，厚度为10mm-30mm的情况下，凸台51比较容易在铁水中近似熔融，而与轴本体更好地熔铸在一起。
在耐磨环50由钢制成，定轴本体由铸铁制成，并且耐磨环50形成在定轴本体的外周的情况下，耐磨环50作为钢件，其冷缩能力大于铸铁件，因此，在铁水凝固过程中，耐磨环50的收缩力大于定轴铸件的收缩力，使得两者之间的结合力更强。
除了上述优点之外，根据本发明实施例的制造方法，使耐磨环50与定轴本体在铸造过程中相结合，从而无需额外的装配工艺，省去了由其他厂家进行装配的额外工序和成本，节约了工序周转时间，缩短了加工周期。此外，由于可对定轴10和耐磨环50进行一体加工，从而可以更可靠地保证加工精度。
如果在耐磨环50上不设置凸台结构，而是直接将耐磨环预埋在用于形成定轴本体的型腔内，即使耐磨环能够与定轴本体熔铸在一起，但是，会存在熔合不牢固，在一定强度下产生裂纹或者松动的缺陷。然而，根据本发明的技术方案，通过进一步设计交叉的凸台，确保凸台在铁水中近似熔融，能够更有效控制两者之间的结合质量，避免裂纹及松动的缺陷。
在上面的实施例中，虽然以耐磨环50形成在定轴10上为例，但是，对本领域技术人员来说明显的是，耐磨环50也可以形成在风力发电机的转轴20上。此外，耐磨环50不限于形成在轴的外侧，在轴具有轴腔的情况下，耐磨环还可以形成在轴腔的内表面上。在耐磨环形成在轴腔中的情况下，由于凸台51在铁水中能够近似熔融从而与轴本体一体结合，两者之间通过齿形结构结合，因此，即使钢件的冷缩能力大于铸铁件的冷缩能力，耐磨环也不容易与轴本体分离。
除了用于制造用于风力发电机的轴系中的轴之外，本发明的构思也可以用于制造其他需要设置耐磨环的铸件。
虽然以轴本体由铸铁材料制成，耐磨环由钢材制成为例描述了本发明的轴制造方法，但是本发明的技术方案不限于此。当采用根据本发明实施例的轴制造方法来在轴本体上设置耐磨环50时，在耐磨环50的熔点比轴本体的熔点高，且耐磨环50上的凸起51能够在轴本体的熔融液中熔融或近似熔融的情况下，能够获得同样或类似的技术效果。例如，在耐磨环50和轴本体的熔点均大于1000摄氏度，且耐磨环50的熔点比轴本体的熔点高150-300摄氏度的情况下，采用本发明实施例的轴制造方法同样可以获得类似的技术效果。
虽然已经结合附图详细描述本发明的实施例，但是，本领域的技术人员应该理解，本发明不受这些示例性实施例的限制。在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种形式的修改和变型，这些修改和变型将落入本发明的保护范围内。