CN207421283U - 风力发电增速齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风力发电增速齿轮箱，包括低速级行星轮系、中速级行星轮系与高速级圆柱齿轮系，低速级行星轮系与中速级行星轮系的结构设置相同，低速级行星架输入端输入传动转矩与初始转速，低速级太阳轮周围设置有两个低速级行星轮，低速级浮动联轴器外齿的一端与低速级太阳轮浮动连接，另一端与中速级行星架输入端齿式连接；中速级浮动联轴器外齿的一端与中速级太阳轮浮动连接，另一端与高速级圆柱齿轮系的输入轴齿轮连接；高速级圆柱齿轮系经高速级大齿轮与高速级小齿轮轴的增速作用输出。本实用新型的风力发电增速齿轮箱具有克服行星轮系在传动过程中产生的偏载问题以及在行星轮系传动结构中实现均载传动的有益效果。

Description

风力发电增速齿轮箱

技术领域

本实用新型涉及发电齿轮箱领域，具体涉及一种风力发电增速齿轮箱。

背景技术

由于具有结构紧凑，体积小、传动效率高和传动比大等优点，行星齿轮传动广泛的应用在风力发电机传动系统、航空动力传动系统、车辆传动系统等领域。风能是世界上清洁无污染且可再生重要能源之一，随着能源短缺和生态环境的日益恶化，人们普遍认识到了新能源发电技术的重要性。齿轮箱是风力发电设备的关键部件之一，其承受的载荷非常复杂，主要用于增速传动。齿轮箱是风力发电机组故障率最高的部件之一，为了降低齿轮箱的故障率，提高其工作寿命和可靠性，有必要对行星齿轮传动的抗冲击能力进行深入研究。

风电装备技术的发展十分迅速，如变速恒频技术、变桨变速、全功率变流技术、直驱和半直驱风电机组。直驱式风电机组采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱，近年来装机份额不断增长。但由于技术和成本等方面的原因，在未来较长时间内带增速齿轮箱的风电机组仍将在市场中占主导地位。而且，目前风力发电增速齿轮箱的结构有很多，且大多是参照传动功率和增速比来设计的，但是对于大功率的风力发电来说如果行星架在转动的过程中发生浮动，引起较大转矩，进而会严重损害发电齿轮箱的使用寿命以及引发齿轮箱发生故障。

因此，本领域迫切需要研发出一种使力分布均匀的风力发电机齿轮箱。

实用新型内容

本实用新型之目的是提供一种风力发电增速齿轮箱，能够克服行星轮系在传动过程中产生的偏载问题以及在行星轮系传动结构中实现均载传动。

本实用新型提供一种风力发电增速齿轮箱，包括低速级行星轮系、中速级行星轮系与高速级圆柱齿轮系，所述低速级行星轮系与所述中速级行星轮系的结构设置相同，其中，

所述低速级行星轮系中的均载机构是低速级太阳轮以及与其浮动连接的低速级浮动联轴器外齿；所述中速级行星轮系中的均载机构是中速级太阳轮以及与其浮动连接的中速级浮动联轴器外齿；

低速级行星架输入端输入传动转矩与初始转速，低速级太阳轮周围设置有两个低速级行星轮，低速级浮动联轴器外齿的一端与所述低速级太阳轮浮动连接，所述低速级浮动联轴器外齿的另一端与中速级行星架输入端齿式连接；

所述中速级行星轮系为第二级行星轮系，所述中速级行星架输入端为第二级行星轮系的行星架输入端，中速级太阳轮周围设置有两个中速级行星轮，中速级浮动联轴器外齿的一端与所述中速级太阳轮浮动连接，所述中速级浮动联轴器外齿的另一端与所述高速级圆柱齿轮系的输入轴齿轮连接；

高速级输入轴由两个键与高速级大齿轮相连接，最后经过高速级大齿轮与高速级小齿轮轴的增速作用输出，所述高速级小齿轮轴相对于所述高速级大齿轮对称设置，产生的力为对称分布。

优选地，所述浮动齿式联轴器的齿宽方向的截面形状采用直齿式结构。

优选地，所述低速级行星架的结构采用轴与行星架一体双臂分开式行星架。

本实用新型的风力发电增速齿轮箱相比现有技术具有如下有益效果：

1、本实用新型的风力发电增速齿轮箱采用两级行星轮系加一级圆柱分流传动系，其能够克服行星轮系在传动中产生的偏载问题，即该行星齿轮传动结构能较好地实现均载传动。

2、本实用新型的风力发电增速齿轮箱中的低速级行星轮系与中速级行星轮系采用相同结构的设置，因而使得整体结构紧凑合理，并且在风力发电的过程中产生的力是对称的。

3、本实用新型的风力发电增速齿轮箱中使用两个太阳轮作为均载装置，虽然使用太阳轮—行星架浮动形式比只是使用单独的太阳轮作为浮动效果更好，但是这个增速器主要是用于风力发电作用的，并且它的传动转矩较大而造成行星架也设计的体积更大，由于以行星架作为浮动的条件是行星架因该质量相对较轻并且速度较慢，这样就不会产生较大转矩，对于以上这些条件，因此设计的是使用太阳轮作为均载机构，因此它相对与大功率风力发电来说是更合理的。

4、本实用新型的风力发电增速齿轮箱中的行星齿轮传动的连接使用浮动齿式联轴器，这样可以实现均载作用。

附图说明

下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本实用新型的构思。

图1是本实用新型的风力发电增速齿轮箱结构的剖视图；

图2是单齿式浮动齿式联轴器的剖视图；

图3是双齿式浮动齿式联轴器的剖视图；

图4是齿宽方向的截面形状为直齿式的浮动齿式联轴器的剖视图；

图5是齿侧定心方式的浮动齿式联轴器的剖视示意图一；

图6是齿侧定心方式的浮动齿式联轴器的剖视示意图二；

图7是双臂分开式行星架的剖视图；

图8是A-A方向上的双臂分开式行星架的剖视图。

附图标记汇总：

1、低速级行星架输入端 2、低速级太阳轮

3、低速级行星轮 4、低速级浮动联轴器外齿

5、低速级行星架输出端 6、低速级行星轮轴

7、中速级行星轮轴 8、中速级行星架输入端

9、中速级行星轮 10、中速级行星架输出端

11、中速级太阳轮 12、中速级浮动联轴器外齿

13、高速级大齿轮 14、键

15、高速级小齿轮轴 16、支撑轴

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本实用新型的风力发电增速齿轮箱的实施例。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部分的关系。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。

图1是本实用新型的风力发电增速齿轮箱结构的剖视图，如图1所示，本实用新型提供一种风力发电增速齿轮箱，包括低速级行星轮系、中速级行星轮系与高速级圆柱齿轮系，即本实用新型的风力发电增速齿轮箱的系统是采用两级行星轮系加一级圆柱分流传动系。其中，低速级行星轮系与中速级行星轮系的结构设置相同，低速级太阳轮2与中速级太阳轮11作为均载装置。这样设置的风力发电增速齿轮箱结构紧凑合理、产生的力也是对称分布的，从而使得行星齿轮传动结构能够较好地实现均载传动。

低速级行星轮系中的均载机构是低速级太阳轮2以及与其浮动连接的低速级浮动联轴器外齿4；中速级行星轮系中的均载机构是中速级太阳轮11以及与其浮动连接的中速级浮动联轴器外齿12。

上述低速级行星架输入端1输入传动转矩与初始转速，低速级太阳轮2周围设置有两个低速级行星轮3，低速级行星架输出端5与低速级行星轮3连接，低速级浮动联轴器外齿4的一端与低速级太阳轮2浮动连接，低速级浮动联轴器外齿4的另一端与中速级行星架输入端8齿式连接，即低速级浮动联轴器外齿4与中速级行星架输入端8齿式连接的一端为低速级行星轮系输出端，在低速级行星轮系中实现第一级加速。

上述中速级行星轮系为第二级行星轮系，中速级行星架输入端8为第二级行星轮系的行星架输入端，中速级太阳轮11周围设置有两个中速级行星轮9，中速级行星架输出端10与中速级行星轮9连接，中速级浮动联轴器外齿12的一端与中速级太阳轮11浮动连接，中速级浮动联轴器外齿12的另一端与高速级圆柱齿轮系的输入轴齿轮连接，在中速级行星轮系中实现第二级加速。

上述高速级输入轴20由两个键14与高速级大齿轮13相连接，最后经过高速级大齿轮13与高速级小齿轮轴15的增速作用输出，输出满足一定的转速要求。高速级小齿轮轴15相对于高速级大齿轮13对称设置，产生的力为对称分布。

需要说明的是，上述低速级浮动联轴器外齿4与中速级浮动联轴器外齿12的主要作用是充当连接的作用并且它与行星轮系的太阳轮是浮动连接，这样太阳轮就能够充当均载作用。

另外，本实用新型的风力发电增速齿轮箱的低速级行星轮系均载机构是低速级太阳轮2与低速级浮动联轴器外齿4浮动连接，低速级浮动联轴器外齿4部分的另一端与中速级行星架输入端8齿式连接。因为中速级行星架部分安装有轴承，故中速级行星架输入部分不会产生浮动，其中中速级行星轮9系均载机构是中速级太阳轮11与中速级浮动连轴器外齿浮动连接，以此来达到浮动作用。由于本实用新型的风力发电增速齿轮箱中使用了两个太阳轮作为均载装置，虽然使用太阳轮—行星架浮动形式比只是使用单独的太阳轮作为浮动更好，但是这个增速器是主要用于风力发电作用的，并且它的传动转矩较大而造成行星架也设计的体积更大，由于以行星架作为浮动的条件是行星架因该质量相对较轻并且速度较慢，这样就不会产生较大转矩，对于以上这些条件，因此设计了太阳轮作为均载结构，并且它相对于大功率风力发电来说是更合理。此外，在输出端使用了两个小齿轮轴作为对称布置的，这样就让力的分布更加合理。

在本实用新型的进一步实施例中，行星齿轮传动的连接使用浮动齿式联轴器，以此来达到均载作用的目的。浮动齿式联轴器有单齿和双齿的结构。图2是单齿式浮动齿式联轴器的剖视图，如图2所示，单齿式联轴器需要有足够的长度Lg。图3是双齿式浮动齿式联轴器的剖视图，如图3所示，双齿式联轴器相对于单齿的更复杂，然而可以让浮动的齿轮拥有倾斜和径向平移运动，这就可以减小K_β，因此为了减小K_β本实用新型的浮动齿式联轴器使用双齿式联轴器。

上述浮动齿式联轴器的齿宽方向的截面形状有直齿与鼓型齿两种，其中截面形状为直齿式结构的优点是加工简单，可以有较小的倾斜角，一般不会大于30’，运行的时候容易产生轮齿端部受载，齿面磨损大，强度和寿命比较低。其中，截面形状为鼓形齿的结构可以有相对较大的倾斜角度，一般可以达到2°，其轮齿受载状况好，浮动灵敏，强度和寿命相对于直齿有所提高。图4是齿宽方向的截面形状为直齿式的浮动齿式联轴器的剖视图，如图4所示，为了使得本实用新型的风力发电增速齿轮箱的结构简单紧凑，设计合理，优选选用齿宽方向的截面形状为直齿式结构的浮动齿式联轴器。

另外联轴器的定心方式也有外径定心与齿侧定心两种方式，齿侧定心相对外径定心的好处在有主动定心作用，有利于联轴器齿间载荷之间的均匀，本实用新型采用齿侧定心的方法。

图5是齿侧定心方式的浮动齿式联轴器的剖视示意图一，图6是齿侧定心方式的浮动齿式联轴器的剖视示意图二，如图5和6所示，浮动齿式联轴器的啮合由于受到结构条件的限制，一般情况下不采用非标准，其齿形角α₀＝20°～30°。可以采用变位和非变位啮合，变位情况下外齿轮和内齿轮的变位系数x1和x2的大小相等，方向相同，通常可以取x＝0.3～0.5。其主要几何尺寸计算如下：

分度圆直径：d_g1＝d_g2＝mz

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

齿廓平均压力角：

式中

由于使用的是齿侧定心的方法，所以在此处的齿顶高系数与齿根高系数如下：

按照以上计算公式可以得出低速轴和中速轴的基本几何尺寸参数，参见如下表格：

常见的行星架结构形式有双壁一体式、双壁分开式和单壁式三种形式。图7是双臂分开式行星架的剖视图，图8是A-A方向上的双臂分开式行星架的剖视图，如图7和8所示，在此考虑到装配与加工等原因后，本实用新型的风力发电增速齿轮箱中的低速级行星架的结构形式采用轴与行星架一体双壁分开式行星架，材料与输入大轴相同40Cr。本实用新型的中速级行星架结构亦采用分开式行星架，材料为40Cr。

在本实用新型的进一步实施例中，低速级行星轮轴6的轴承采用调心滚子轴承，型号为22338，其直径为d＝190mm、长度L＝760mm。

在本实用新型的进一步实施例中，中速级行星轮轴7的直径为d＝130mm,长度L＝540mm，采用的轴承是调心滚子轴承，型号为22326。其中，由于中速轴与中速级行星架作为一体，并且中速级行星架与低速级联轴器相连，所以综合考虑来确定中速级输入轴的尺寸大小。本实用新型中的中速轴的输入转速为69r/min，输出转速为372r/min。其中中速轴与低速级行星齿轮的太阳轮为浮动联轴器连接，并且中速轴与行星架为一体的，因此中速轴只有轴承与定位轴肩两部分，考虑到轴承的安装与连接联轴器的问题，中速轴的直径d1＝460mm、长度L1＝56mm，定位轴肩的直径为d2＝490mm、长度L2＝20mm，考虑到最后一级浮动式联轴器是与高速级的传动轴相连的，并且高速级需要安装轴承，所以中速级输出端就不再安装轴承了，其中中速级输入端安装的轴承型号为61892。

在本实用新型的进一步实施例中，由于高速级输入端是与中速级联轴器相连的，并且还要通过键14使轴与大齿轮相连，可以确定其与轴承相关的一段的直径D＝280mm，长度L＝135mm，其轴承的定位是靠轴自身的定位轴肩和大齿轮凸起部分定位，轴的定位轴肩的直径D2＝302mm，长L2＝20mm，为支撑轴16的轴承安装部位，高速级输入端的轴承型号为NJ1056。

以上对本实用新型的风力发电增速齿轮箱的实施方式进行了说明。对于本实用新型的风力发电增速齿轮箱的具体特征可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本实用新型之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。

Claims (3)

1.一种风力发电增速齿轮箱，其特征在于，包括低速级行星轮系、中速级行星轮系与高速级圆柱齿轮系，所述低速级行星轮系与所述中速级行星轮系的结构设置相同，其中，

所述低速级行星轮系中的均载机构是低速级太阳轮以及与其浮动连接的低速级浮动联轴器外齿；所述中速级行星轮系中的均载机构是中速级太阳轮以及与其浮动连接的中速级浮动联轴器外齿；

低速级行星架输入端输入传动转矩与初始转速，低速级太阳轮周围设置有两个低速级行星轮，低速级浮动联轴器外齿的一端与所述低速级太阳轮浮动连接，所述低速级浮动联轴器外齿的另一端与中速级行星架输入端齿式连接；

所述中速级行星轮系为第二级行星轮系，所述中速级行星架输入端为第二级行星轮系的行星架输入端，中速级太阳轮周围设置有两个中速级行星轮，中速级浮动联轴器外齿的一端与所述中速级太阳轮浮动连接，所述中速级浮动联轴器外齿的另一端与所述高速级圆柱齿轮系的输入轴齿轮连接；

高速级输入轴由两个键与高速级大齿轮相连接，最后经过高速级大齿轮与高速级小齿轮轴的增速作用输出，所述高速级小齿轮轴相对于所述高速级大齿轮对称设置，产生的力为对称分布。

2.根据权利要求1所述的风力发电增速齿轮箱，其特征在于，所述浮动齿式联轴器的齿宽方向的截面形状采用直齿式结构。

3.根据权利要求1所述的风力发电增速齿轮箱，其特征在于，所述低速级行星架的结构采用轴与行星架一体双臂分开式行星架。