BRPI0907259B1

BRPI0907259B1 - Disposição em um engrenamento planetário e engrenagem planetária

Info

Publication number: BRPI0907259B1
Application number: BRPI0907259-4A
Authority: BR
Inventors: Petri Lahtinen; Ari Ryymin
Original assignee: Moventas Oy
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2009-01-02
Publication date: 2019-08-20
Also published as: EP2227643A1; WO2009083657A9; DK2227643T4; JP5493079B2; BRPI0907259A2; EP2227643A4; ES2587608T3; EP2227643B2; KR101562077B1; FI20085006A0; FI20085006A; EP2227643B1; JP2011508860A; DK2227643T3; CN101918733A; ES2587608T5; FI122381B; KR20100116596A; WO2009083657A1; US20100292044A1

Abstract

disposição em um engrenamento planetário e engrenagem planetária a presente invenção se refere a uma disposição e a uma correspondente engrenagem planetária para aumentar a velocidade de rotação incluindo uma roda solar (12), uma coroa (10), uma engrenagem planetária (14), um eixo de entrada de potência (46) e um portador planetário. uma construção (40) que permite a flexão é colocada entre o comprimento de suporte (f) da primeira extremidade de fixação (62) do eixo (20) da roda planetária (18) e o rolamento mais próximo para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento.

Description

DISPOSIÇÃO EM UM ENGRENAMENTO PLANETÁRIO E ENGRENAGEM PLANETÁRIA” [001] A presente invenção se refere a uma disposição em um engrenamento planetário, onde a disposição inclui:

- uma engrenagem planetária incluindo pelo menos três rodas planetárias, cada uma das quais tem um sulco interno suportado por pelo menos um rolamento e, além disso, um eixo suportando este rolamento,

- um portador planetário incluindo um primeiro flange conectado a um eixo de entrada e um segundo flange no lado oposto, e cada eixo de roda planetária tem

- uma primeira extremidade adaptada de maneira não rotativa ao dito primeiro flange sobre um primeiro comprimento de suporte,

- uma área central maior que a primeira extremidade para suportar o rolamento,

- uma segunda extremidade adaptada de maneira não rotativa ao dito segundo flange sobre um segundo comprimento de suporte, e

- a disposição adicionalmente inclui uma construção que permite a flexão em cada eixo para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento de diversas rodas planetárias à elasticidade da construção. A presente invenção também se refere a uma engrenagem planetária acionando a disposição.

[002] As partes mais essenciais da engrenagem planetária são uma roda solar, uma coroa, e uma engrenagem planetária entre estas. A coroa também se refere a um conjunto de coroa que é composto de componentes conectados uns aos outros.

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A engrenagem planetária incluindo pelo menos três rodas planetárias é concêntrica com a roda solar e a coroa. As rodas planetárias são montadas com rolamentos a um portador planetário, que inclui um primeiro flange e um segundo flange amarrados uns aos outros. O eixo de entrada de potência é conectado ao portador planetário, mais precisamente ao seu primeiro flange, isto é, carrega o torque máximo. A roda solar ou a coroa pode ser travada, em cujo caso duas das outras, a roda solar, coroa ou portador, giram ao redor do eixo geométrico central da roda solar.

[003]

Cada roda planetária tem um eixo que é firmemente amarrado ao portador por ambas as suas extremidades. A roda planetária é adaptada a girar ao redor do eixo por meio de pelo menos um rolamento, usualmente com dois rolamentos.

[004] O eixo se flexiona em relação à construção que permite a flexão que está localizada em conexão com a primeira extremidade para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento. Nesta publicação o termo adaptação dinâmica” é usado para se referir que a carga das rodas planetárias está balanceada independentemente de várias imprecisões de fabricação e deformações de eixo devido à carga. Quando um eixo flexível ou elástico se adapta a geometria de engrenamento dinamicamente, deformações maiores que anteriormente podem ser deixadas para o portador. Em outras palavras, o eixo é usado para compensar desalinhamentos causados pela torção do portador.

[005] A publicação WO 2006/053940 revela uma engrenagem planetária de uma usina

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3/26 eólica. Em tais engrenagens planetárias, a colocação tem sido melhorada em geral corrigindo o perfil do dente. O perfil do dente pode ser corrigido com modificação do ângulo da hélice, coroamento e/ou adelgaçamento da extremidade. Contudo, um problema com a correção do perfil do dente é que precisa ser precisamente dimensionado a uma certa faixa de saída relativamente estreita. Em uma usina eólica, a engrenagem planetária deveria operar em uma ampla faixa de saída. Contudo, isto não pode ser conseguido corrigindo o perfil do dente.

[006] Por sua vez, o pedido de patente WO 2005/038296 revela um equipamento em que o eixo de roda planetária é dimensionado para defletir. Um eixo que deflete pode fazer com que as rodas planetárias se ajustem melhor na engrenagem planetária. A colocação é necessária uma vez que os componentes da engrenagem planetária sempre têm uma pequena imprecisão.

[007]		As soluções	propostas	nas
publicações WO	2007/016336 e	GB	2413836 para a
adaptação dinâmica	da geometria	de	engrenamento	são
também baseadas	na	deflexão de	um	eixo longo.	Com

estas, a geometria de engrenamento de diversas rodas planetárias se ajustam no lugar para cada roda planetária quando seus eixos se flexionam adequadamente corrigindo o efeito de imprecisão de fabricação.

[008] A publicação DE 102004023151 propõe uma engrenagem planetária que tem um flange em conexão com o eixo. Esta construção ajuda a compensar defeitos de fabricação, por exemplo.

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Contudo, estas soluções não proporcionam um benefício considerável em aliviar o portador, uma vez que o tamanho combinado do eixo e o flange aumenta consideravelmente. Em uma versão equipada com um flange, uma maior parte do benefício conseguido aliviando o portador é, assim, perdido.

[009] Mais próximas à invenção são as soluções propostas nas publicações de patente EP 1435475 e US 5.102.379, onde um portador de dois flanges é usado para suportar os eixos de roda planetária em ambas as extremidades. Nestas, o comprimento que deflete do eixo é formado dentro da parte central maior como uma cavidade axial profunda foi usinada na parte central. A publicação EP revela adicionalmente a construção assimétrica do eixo, que é necessária para proporcionar uma perfeita adaptação dinâmica. Na engrenagem planetária de redução de velocidade da publicação EP, torque é transferido à roda solar, através da qual o torque que age sobre o primeiro flange do portador é proporcionalmente muito mais baixo que em um engrenamento planetário que aumenta a velocidade de rotação. O efeito de fenda da cavidade circunferencial não é significante devido ao baixo torque.

[0010] As soluções acima conhecidas são principalmente adequadas para engrenamentos planetários que reduzem a velocidade de rotação. Soluções conhecidas são difíceis de usar em aplicações de turbinas eólicas pesados em que o torque está atualmente em uma faixa de 1-10 milhões de Nm. Em máquinas de motor a jato, o torque máximo é somente uma fração disto, uma vez que a

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5/26 velocidade de rotação de uma turbina é de 3000-6000 RPM e, em um engrenamento planetário de redução de velocidade, a força é transferida à roda solar, através da qual o torque do portador permanece naturalmente baixo. Engrenagens planetárias de turbinas eólicas são atualmente muito grandes e são usadas para transmitir potências de saída altas de um rotor de rotação lenta. Assim, engrenagens planetárias usadas em turbinas eólicas têm muitas características especiais. Uma característica especial significante é que são usadas para aumentar a velocidade de rotação, enquanto engrenagens planetárias são tipicamente usadas em outro lugar para reduzir a velocidade de rotação. Ademais, o tamanho da engrenagem planetária é muito essencial porque é desejado que limite a massa levantada a um mastro. Contudo, é difícil reduzir o tamanho de uma engrenagem planetária de alta saída porque todos os métodos de desenho de máquina convencional já foram usados.

[0011] Com relação à redução de tamanho de uma engrenagem planetária, é vantajoso aumentar o número de rodas planetárias, mas, de acordo com o estado da técnica, é necessário aumentar as cargas dimensionais quando o número de rodas planetárias é acima de três, devido à carga desigual assumida (Germanischer Lloyd, Guideline for the Certification of Wind Turbines, Edição 2003). Enquanto cargas dimensionais aumentam, uma maior parte dos benefícios alcançados enquanto se aumenta o número de rodas planetárias acima de três com métodos convencionais é tipicamente perdido.

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6/26 [0012]

O objeto da presente invenção é proporcionar uma disposição em uma engrenagem planetária e uma engrenagem planetária de acionamento para a disposição que pode ser fabricada mais leve que antes em turbinas eólicas de alto torque, particularmente em uma faixa de 210 milhões de Nm (Nm = Newton metro).

[0013]

Em uma modalidade, o primeiro flange inclui um chanfro no lado de dentro, que cobre essencialmente a dita construção que permite a flexão.

Então, o primeiro flange pode, de outro modo, ter uma espessura que é igual à dimensão da primeira extremidade do eixo de modo que não é necessário comprometer a rigidez do primeiro flange, e uma construção compacta é conseguida.

[0014]

Em uma modalidade, a primeira extremidade do eixo inclui uma perfuração axial que se estende à área central e tendo um diâmetro de

25-60%, vantajosamente 35-45% do diâmetro da primeira extremidade do eixo.

[0015]

Em uma modalidade, uma segunda construção que permite a flexão, cuja flexibilidade é substancialmente menor que na primeira extremidade, é incluída na vizinhança da segunda extremidade do eixo. Consequentemente, suficiente flexibilidade nesta extremidade é conseguida afinando o eixo sobre um comprimento pequeno.

Quando o eixo também se flexiona na vizinhança da segunda extremidade, erros de tolerância podem ser compensados. Erros de tolerância incluem, por exemplo, defeito no engrenamento, excentricidade, e desalinhamento do eixo ou os dentes. Uma diferença considerável da construção de acordo com a presente

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7/26 invenção comparada com as soluções conhecidas está relacionada com o fato de que uma maior parte da flexibilidade (tipicamente 15-50%) vem da deformação de corte e não meramente da deflexão, ao contrário das soluções conhecidas.

[0016] Quando o portador é liberado para reduzir a massa do engrenamento planetário, os flanges do portador podem virar um em relação ao outro. Então, o eixo é submetido a uma tensão de cisalhamento, cujos efeitos prejudiciais podem ser eliminados quando o eixo se flexiona mais na vizinhança da sua primeira extremidade.

[0017] A área central do eixo carrega um ou dois rolamentos, como desejado, e deformações ocorrem nos intervalos de flexão. Os efeitos da torção entre os flanges do portador sobre a geometria de engrenamento são dinamicamente corrigidos particularmente no primeiro intervalo de flexão. Erros de tolerância são corrigidos em ambos os intervalos de flexão. Quando meros erros de tolerância são corrigidos, valores de flexibilidade poderiam ser, no curso do tempo, iguais em média em ambos os intervalos de flexão.

[0018] Uma modificação pode ser feita a partir da modalidade descrita acima, onde os rolamentos são colocados em ambos os flanges que carregam de maneira rotativa as extremidades do eixo, e o eixo carrega a roda planetária fixamente. O eixo se flexiona exatamente da mesma forma que na disposição descrita acima.

[0019] A presente invenção é descrita abaixo em detalhe fazendo referência aos desenhos

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8/26 anexos, que ilustram algumas das modalidades da invenção, em que:

a figura 1 é uma seção transversal da parte superior do eixo do engrenamento planetário de acordo com a presente invenção;

a figura 2 mostra o eixo da roda planetária de acordo com a presente invenção, fixado a um portador, bem como suas dimensões;

a figura 3 mostra o eixo da roda planetária de acordo com a presente invenção em uma condição de carregamento;

a figura 4 mostra o portador girado com um pino de acordo com a presente invenção, colocado entre os flanges do portador;

a figura 5a é uma vista básica de um eixo não carregado, cuja rigidez é igual sobre toda a distância;

a figura 5b é uma vista básica de um eixo carregado cuja rigidez é igual sobre toda a distância, e a figura 5c é uma vista básica de um eixo carregado cuja rigidez varia na direção longitudinal do eixo.

[0020] A engrenagem planetária 100 de acordo com a presente invenção mostrada na figura 1 inclui, como as partes mais essenciais, uma roda solar 12, uma coroa 10, e uma engrenagem planetária 14. A roda solar 12, a coroa 10 e a engrenagem planetária 14 têm o mesmo eixo geométrico central

16. Em outras palavras, a coroa 10 está localizada ao redor do eixo geométrico central 16 da roda solar. A engrenagem planetária 14 está localizada entre a roda solar 12 e a coroa 10, tocando ambas,

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9/26 e está funcionalmente conectada, isto é, combina com os dentes da engrenagem interna e os dentes da roda solar.

O número de rodas planetárias na engrenagem planetária pelo menos três.

engrenagem planetária tem o mesmo eixo geométrico central 16 que roda solar 12. Cada roda planetária

18, por sua vez, tem seu próprio eixo

20, sobre o qual a roda planetária gira. A roda planetária tem um sulco interno 26 e um sulco externo 28. Destes, o sulco externo 28 tem os dentes 30 da roda planetária 18. O portador 22 da engrenagem planetária 14 inclui um primeiro flange 24 e um segundo flange 25 amarrados uns aos outros tão rigidamente como possível. Um eixo de entrada 46 é fixado ao primeiro flange 24.

[0021] Cada roda planetária 18 tem um eixo 20 tendo uma primeira extremidade 19 e uma segunda extremidade 21. A roda planetária 18 é adaptada a girar ao redor do eixo 20. A primeira extremidade 19 do eixo 20 da roda planetária 18 é fixada ao primeiro flange 24 do portador 22 na primeira extremidade de fixação 62 do eixo 20 sobre um comprimento de suporte f, e correspondentemente, a segunda extremidade 21 (diâmetro D2) do eixo 20 da roda planetária 18 é fixada ao segundo flange 25 do portador 22 na segundo extremidade de fixação 63 sobre um comprimento de suporte g (figura 2). Ademais, esta extremidade é travada ao flange 25 com elementos específicos, tal como um pino de travamento, para não girar (não mostrado).

[0022] A engrenagem planetária 100 inclui pelo menos um rolamento 32 entre o sulco interno 26 de cada roda planetária e o eixo 20 da

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10/26 roda planetária 18, fixamente suportado ao eixo 20 da roda planetária 18. Cada rolamento 32 tem um anel interno 34, elementos rolantes 36, e um anel externo 38. Ademais, uma construção 40 que permite a flexão está localizada entre a primeira extremidade de fixação 62 do eixo 20 da roda planetária 18 e o rolamento mais próximo 32 para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento (figura 2). Assim, o portador pode ser fabricado mais leve que antes, uma vez que a torção que ocorre entre os flanges do portador pode ser compensada com a construção que permite a flexão. Por outro lado, quando se alivia o portador, deve ser possível lidar com as deformações que são geradas devido à torção entre os flanges do portador enquanto mantém a geometria de engrenamento. Os flanges do portador são permitidos girar um em relação ao outro a uma maior extensão do que antes, uma vez que o eixo de roda planetária muda sua forma compensando a torção que ocorre entre os flanges. Assim, a geometria de engrenamento é dinamicamente ajustada. A deflexão da construção que permite a flexão pode ser tanto como sobre uma porcentagem da espessura do eixo.

0023]

Na engrenagem planetária de acordo com a presente invenção, o eixo de roda planetária é usado para compensar torção que ocorre no portador. Um exemplo de alívio do portador pode ser uma engrenagem com uma saída nominal de

1500 kW, cuj o portador tem tradicionalmente pesado bem mais de

2000 kg. O portador pode ser melhor aliviado tal que seu peso permanece tão baixo quanto 1500-1600 kg. Assim, o

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11/26 alívio poderia ser cerca de 25%. É possível que um alívio tão significante do portador já cause flexão excessiva. Portanto, pode ser dito que o portador pode ser seguramente aliviado provavelmente pelo menos por 10%, com isto ainda sendo uma mudança significante à luz do dimensionamento tradicional. Ademais, é possível compensar simultaneamente os erros de tolerância, que incluem, por exemplo, defeito no engrenamento, excentricidade, e desalinhamento do eixo ou os dentes.

[0024] Em conexão com um portador de um lado, tal como foi proposto na publicação WO 2005/038296, por exemplo, usar dentes helicoidais é desafiador. Contudo, dentes helicoidais são muito essenciais em relação à operação de engrenagem. Quando o ângulo da hélice do dente é aumentado, a vibração que ocorre na engrenagem pode ser reduzida. Por outro lado, o ângulo da hélice não precisa ser muito grande, uma vez que as forças que atuam sobre o rolamento aumentam conforme o ângulo da hélice aumenta. Com um eixo flexível, o ângulo da hélice pode ser 0,5°-4°, vantajosamente 1°-2°. Assim, as cargas submetidas aos rolamentos podem ser ajustadas a um nível adequado simultaneamente com uma operação suave e sem vibração. Operação sem vibração, por sua vez, é essencial para que a engrenagem opere silenciosamente. Isto é importante particularmente em usinas eólicas em relação à vida útil das engrenagens e redução de ruído ambiental. Comparado com a engrenagem planetária de um lado do estado da técnica, dois flanges no portador tornam a construção mais rígida, o que permite uma entidade que é melhor controlável em relação ao

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12/26 resto da construção. Em outras palavras, o eixo pode ser melhor suportado a um portador de dois flanges que a de um flange, segundo o qual as cargas submetidas ao portador são mais baixas, e as tensões podem ser controladas de uma melhor forma que em uma construção de um flange. Ademais, as tensões são mais uniformemente distribuídas entre os rolamentos. Dois flanges permitem, em geral, uma mais vantajosa distribuição de tensão que uma construção de um flange.

[0025] A engrenagem planetária 100, de acordo com a presente invenção, mostrada na figura 1, pode ser usada em um engrenamento planetário de dois estágios de uma usina eólica como a primeira engrenagem planetária. Uma engrenagem planetária de um estágio pode também ser conectada diretamente a um gerador. Um conjunto de palhetas (não mostrada) é fixado ao eixo de entrada 46. Um canal oco 48, através do qual os comandos de controle são distribuídos ao conjunto de palhetas está localizado no centro do eixo de entrada 46 e a roda solar 12 para ajustar os ângulos das palhetas do conjunto de palhetas, por exemplo. Por outro lado, engrenagens planetárias podem ser combinadas de várias outras formas, também, para conseguir uma razão desejada de engrenagem para o engrenamento. Uma engrenagem planetária se refere, no presente documento, a uma engrenagem planetária de um estágio tal que pode ser combinada como desejado quando montando engrenamentos planetários.

[0026] Na engrenagem planetária 100, de acordo com a presente invenção, mostrada na figura 1, o anel interno 34 do rolamento 32 e o

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13/26 eixo 20 da roda planetária 18 são fixados uns aos outros com um ajuste por interferência 64. Um pino de travamento 44, através do qual o óleo de lubrificação pode ser conduzido ao rolamento 32 é colocado entre o eixo 20 da roda planetária 18 e o rolamento 32. O rolamento pode ser um rolamento padrão. O material do portador é tipicamente ferro fundido. As outras partes, por sua vez, por exemplo, os eixos, flanges, engrenagem interna, roda solar e rodas planetárias, são tipicamente de aço de construção.

[0027]

Na engrenagem planetária 100 mostrada na figura 1, uma primeira construção que permite a flexão é incluída na vizinhança da primeira extremidade do eixo 20 da roda planetária 18, e uma segunda construção 41 que permite a flexão é incluída na vizinhança da segunda extremidade 21, para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento. Esta construção é particularmente útil quando as rodas planetárias são quatro ou mais em número. Mais precisamente, o número de rodas planetárias é 4-12, vantajosamente 4-7. Neste caso, mesmo pequenos erros de tolerância causam uma carga diferente entre as rodas planetárias. Quando um eixo de acordo com a presente invenção é usado com construções 40, 41 que permitem a flexão em associação com quatro ou mais rodas planetárias, os benefícios se tornam enfatizados, uma vez que três rodas planetárias corrigem ligeiramente erros de tolerância que existem nelas.

[0028] Na engrenagem planetária 100, de acordo com a presente invenção, mostrada na

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14/26 figura 1, o sulco interno 26 da roda planetária 18 é formado diretamente como o anel externo

8 do rolamento.

Em relação a esta invenção, a roda planetária é rígida e inflexível como tal.

Esta modalidade é vantajosa uma vez que a construção pode ser feita mais resistente quando o sulco interno é

diretamente o anel externo

Ademais, quando existe somente um componente a ser fabricado ao invés de dois, erros de tolerância são reduzidos. Em geral, pode ser declarado que quando o sulco interno é diretamente o anel externo, uma construção mais resistente e mais capaz de transmitir potência, comparada a uma construção separada, pode ser ajustada no mesmo espaço.

[0029] Pode também ser contemplado fabricar um caso especial em que o anel interno do rolamento é o eixo (não mostrado). Esta modalidade permite reduzir o número de componentes a ser fabricado. Contudo, em relação à montagem, esta modalidade tem alguns desafios específicos.

[0030] O engrenamento planetário, de acordo com a presente invenção, mostrado na figura 1 é assim desenhado de modo que a saída nominal mais alta transmitida através da engrenagem planetária é 1-15, vantajosamente 3-10 megawatts. A melhor vantagem da presente invenção é alcançada quando a potência a ser transmitida é maior que 250 kW, vantajosamente 500-1500 kW por roda planetária.

Então o eixo da roda planetária deflete de forma mensurável a uma alta carga. A deflexão (e junto com a deformação de corte) está em uma classe de

91%.

Quando potências de saída tão altas são transmitidas através desta engrenagem planetária,

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15/26 uma flexão considerável ocorre no portador. Assim, a elasticidade aparece na construção, embora seja projetada notavelmente rígida como tal. O portador pode ser aliviado comparado com o que é conhecido. Além disso, como a classe de tamanho do engrenamento planetário é alta, uma vantagem significante é alcançada a partir do aumento do número de rodas planetárias, uma vez que o aumento do número de rodas planetárias permite transmitir a mesma potência de saída anterior através de uma engrenagem planetária que é menor que antes. Como mencionado acima, quando o número de rodas planetárias é aumentado de três, alguma tolerância para erros dimensionais da construção é perdida. Reduzir o tamanho de um engrenamento planetário está baseado em duas coisas, como descrito acima. Primeiramente, quando a flexão é permitida para o portador, o portador pode ser aliviado. Em segundo lugar, quando o eixo compensa erros de tolerância, o número de rodas planetárias pode ser aumentado.

[0031] A figura 2 mostra um eixo 20 de acordo com a presente invenção para uma roda planetária 18 fixada em ambas de suas extremidades a um portador 22, mais precisamente a flanges 24 e 25. O eixo 20 da roda planetária 18 inclui uma área central 60 (comprimento h), uma primeira extremidade de fixação 62 (comprimento h), uma segunda extremidade de fixação 63 (comprimento g), e intervalos de flexão a e b em ambos os lados da área central 60. Os intervalos de flexão a e b têm arredondamentos 57 que são tão suaves como permitidos pelo dimensionamento estrutural

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16/26 deixando, contudo, um suficiente comprimento de deformação no intervalo de flexão a.

[0032] A área central 60 suporta rolamentos 32, que são aqui dois em número. Um anel espaçador 50 é colocado entre os anéis internos 34 dos rolamentos. O eixo 20 da roda planetária 18 é suportado ao primeiro flange 24 na primeira extremidade de fixação 62 e ao segundo flange 25 na segunda extremidade de fixação 63.

[0033] O intervalo de flexão a existe entre a primeira extremidade de fixação 62 e a área central 60 para permitir deformações do eixo 20. Em outras palavras, as deformações de eixo ocorrem principalmente dentro deste intervalo de flexão a. Quando a flexão ocorre fora da área central,

tensões direcionadas	ao rolamento	podem	ser
minimizadas.
[0034] A	figura 2	mostra	uma
engrenagem planetária	de acordo com	a presente

invenção em que a rigidez EI1 do intervalo de flexão a é menos que 60%, vantajosamente menor que 50% da rigidez EI2 da área central 60. Como a rigidez EI muda, o módulo de elasticidade tipicamente permanece o mesmo e o momento de inércia I muda. Rigidez do intervalo de flexão significa a rigidez média do intervalo de flexão. Correspondentemente, rigidez da área central significa a rigidez média da área central. Os perfis no eixo no intervalo de flexão e a área central criam diferentes momentos de inércia e, além disso, diferentes rigidezes para o intervalo de flexão e a área central.

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17/26 [0035] O segundo intervalo de flexão b está localizado entre a segunda extremidade de fixação 63 e a área central 60. O primeiro intervalo de flexão a e o segundo intervalo de flexão b funcionam juntos formando um eixo que permite erros dimensionais e deformações como projetado. A rigidez do segundo intervalo de flexão é menor que 75%, vantajosamente menor que 60% da rigidez da área central. A rigidez do segundo intervalo de flexão é vantajosamente mais alta que a rigidez do primeiro intervalo de flexão. Na aplicação da figura 2, o comprimento do primeiro intervalo de flexão é

1,1-2, vantajosamente 1,6 vezes o segundo intervalo de flexão b.

Esta construção é vantajosa para uso, uma vez que ambos os intervalos de flexão compensam erros dimensionais. Contudo, a torção que ocorre entre os flanges do portador é compensada particularmente pelo intervalo de flexão a. Por esta razão, o intervalo de flexão a é mais longo que o intervalo de flexão b. Ambos os intervalos de flexão, assim, permitem a correção de erros de tolerância. O primeiro intervalo de flexão compensa a deflexão entre os flanges do portador ao mesmo tempo em que é mais longo que o segundo intervalo de flexão.

[0036] Na figura 2, um chanfro 56 foi feito no intervalo de flexão a no primeiro flange 24 do portador 22, permitindo que o eixo se flexione sem o eixo tocar o portador no intervalo de flexão.

[0037] A figura 2 ilustra o dimensionamento de um eixo de roda planetária. A área central 60 do eixo 20 tem um comprimento h. O

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18/26 conjunto de rolamento 32 tem uma largura H. Além disso, o comprimento h da área central 60 é 85100%, vantajosamente 90-99% da largura H do rolamento 32. Assim, ambos os rolamentos 36 são firmemente suportados por suas superfícies internas com o eixo 20. O comprimento h da área central 60 é 300-900 mm, vantajosamente 400-700 mm.

[0038] A primeira extremidade de fixação 62 tem um comprimento de suporte f e o primeiro flange 24 tem uma espessura F. O comprimento de suporte f da primeira extremidade de fixação 62 é 50-90%, vantajosamente 60-80% da espessura F do primeiro flange 24 em uma construção compacta. A espessura F do primeiro flange 24 é a distância entre a extremidade de eixo 19 e o rolamento 32. Por sua vez, a segunda extremidade de fixação 63 do eixo tem um comprimento de suporte g e o segundo flange 25 tem uma espessura G. Além disso, o comprimento de suporte g da segunda extremidade de fixação 63 é 75-95%, vantajosamente 75-85% da espessura G do segundo flange 25. A espessura G do segundo flange 25 é a distância entre a outra extremidade de eixo 21 e o rolamento 32.

[0039] Na entidade formada pelo eixo 20 e o portador 22 na figura 2, o comprimento de suporte g da segunda extremidade de fixação 63 cobre a maior parte da espessura G do segundo flange 25 similarmente como o comprimento de suporte f da primeira extremidade de fixação 62 cobre a maior parte da espessura F do primeiro flange 24. Assim o eixo é mantido firmemente

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19/26 anexado aos flanges 24 e 25 por meio de ajustes de interferência.

[0040] A primeira extremidade 19 do eixo 20 da roda planetária 18 inclui um orifício de flexão 66 para aumentar a flexão da primeira extremidade do eixo. Aqui, o orifício deveria ser amplamente entendido compreendendo diferentes tipos de aberturas. Uma perfuração axial 66 se estende desde a extremidade até a área central. Por sua vez, o diâmetro d do orifício de flexão 66 é 30 7 0 mm.

[0041] Com estas dimensões, o orifício de flexão claramente difere dos orifícios que têm um diâmetro consideravelmente menor. Um orifício desenhado para fornecer um lubrificante não tem um efeito similar sobre a rigidez do eixo como um orifício de flexão. Como ao comprimento, por sua vez, orifícios de lubrificação se estendem ao longo do eixo. Um lubrificante pode ser conduzido através dos orifícios de lubrificação, mas orifícios de flexão são vantajosamente incluídos.

[0042] Na figura 2, a profundidade e do orifício de flexão 66 é 80-150%, vantajosamente 100-130% da espessura F do primeiro flange 24. Assim a flexão pode ser feita para ocorrer como desejado no primeiro intervalo de flexão a. Por outro lado, a profundidade e do orifício de flexão 66 é 100-300%, vantajosamente 105-200% do comprimento de suporte f da primeira extremidade de fixação 62.

[0043] O diâmetro D do eixo 20 é 100240 mm, vantajosamente 130-200 mm. O diâmetro D1 da primeira extremidade é, aqui, 67% (vantajosamente

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55-75%) do diâmetro D da parte central 60. O diâmetro d do orifício de flexão 66, por sua vez, é 20-50%, vantajosamente 30-40% do eixo diâmetro D. Assim, o orifício de flexão tem um efeito significante sobre a flexão do eixo. Um orifício de flexão tem uma particular importância, uma vez que adiciona deformação de corte e a deflexão causadas por isso. A flexibilidade do portador naturalmente determina a flexão requerida em cada eixo.

[0044] A figura 3 mostra um eixo elástico 20 de acordo com a presente invenção para uma roda planetária, em um estado carregado. Assim, as forças que atuam sobre o eixo elástico fazem com que o mesmo flexione. O eixo geométrico central 54 do eixo 20 foi defletido. Então o eixo geométrico central 52 do rolamento 32 é divergente do eixo geométrico central 54 do eixo 20 nas extremidades 19, 21 do eixo 20. A condição mostrada na figura é exagerada, a fim de mostrar o princípio de operação do eixo. Quando o eixo compensa a flexão entre os flanges do portador, o rolamento permanece substancialmente na mesma posição como em um estado não carregado em que a flexão do portador não ocorreu. A condição mostrada na figura é somente uma condição de carga em que o eixo deflete em ambas as suas extremidades devido a erros de tolerância e adicionalmente na sua primeira extremidade para compensar a torção dos flanges do portador um em relação ao outro.

[0045] A figura 4 mostra um portador 22 usado em uma engrenagem planetária de acordo com a presente invenção com o primeiro flange 24 e o segundo flange 25 do mesmo sendo girado um em

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21/26 relação ao outro. Ademais, para corrigir erros de tolerância, a invenção permite compensar desalinhamentos causados pela torção do portador. Os pescoços 42 entre os flanges 24, 25 também giraram. A torção dos flanges 24, 25 e os pescoços 42 causaram a distorção dos flanges 24, 25. Torção e distorção mostradas construção elástica de fim de que figura

na figura	são	exageradas	a
mostrasse	melhor como	a
um eixo	de	acordo com	a

e presente invenção corrige os efeitos de torção distorção. Os eixos geométricos centrais 52 dos anéis internos 34 do rolamento são paralelos com o eixo geométrico central 16 do portador 22 e no mesmo tempo que da roda solar. O eixo geométrico central 52 dos anéis internos 34 é teórico e, na prática, o eixo 20 no estado não carregado (figura

2) corresponde a isso. Os anéis internos 34 dos rolamentos são, assim, parados no estado carregado substancialmente paralelos com o eixo geométrico central 16 do portador e, além disso, da roda solar da mesma forma como no estado não carregado.

[0046] Embora o eixo se desvie na vizinhança das extremidades (linha central 54), o ponto central do eixo forma o eixo geométrico central 52 para os anéis internos 34 dos rolamentos e ao mesmo tempo para as rodas planetárias 18 figura 5). O eixo geométrico central 52 dos anéis internos do rolamento é substancialmente paralelo com o eixo geométrico central 16 do portador mesmo no estado carregado. Assim, a distorção do eixo devido à torção do portador não causa desalinhamentos notáveis nas rodas planetárias. O eixo 20 da roda planetária (figura

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1) pode também ser, inicialmente, ligeiramente divergente do eixo geométrico central 16 da roda solar devido à precisão da fabricação. O eixo de acordo com a presente invenção permite o giro do rolamento anéis internos e, assim, das rodas planetárias devido ao efeito de forças. Como um benefício final, com o intervalo de flexão de acordo com a presente invenção, um eixo elástico atinge um comportamento de rede ótimo segundo o qual cargas são mais bem distribuídas entre as rodas planetárias. Ademais, as cargas são distribuídas uniformemente em cada roda planetária e combinam mesmo quando usando um novo portador que é mais leve que antes.

[0047] A figura 5a mostra o princípio do eixo 20 cuja rigidez EI1 é a mesma sobre toda a distância, isto é, a dimensão do eixo 20. O eixo 20 está em um estado não carregado. Quando o eixo está em um estado não carregado, as forças não são direcionadas ao eixo devido à torção do portador ou ao engrenamento de roda planetária.

[0048] A figura 5b mostra o princípio do eixo 20 de acordo com a figura 7a em uma condição de carga. O eixo 20 é fixado a um primeiro flange 24 por sua primeira extremidade 19 e a um segundo flange 25 por sua segunda extremidade 21. A rigidez EI1 do eixo 20 é a mesma sobre toda a dimensão do eixo. Como uma consequência de uma distorção vb devido ao movimento relativo dos flanges 24 e 25, isto é, a torção do portador, o eixo deforma. Então as forças F1b e F2b são transferidas ao eixo do rolamento. Subscritos b e c se referem às figuras 7b e 7c. Um erro Ab ocorre no

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23/26 eixo entre os pontos ou forças de rolamento Fib e F2b. Devido à deformação, problemas aparecem no comportamento de combinação da roda planetária conectada ao eixo. A força Fib direcionada ao eixo 20 do rolamento é consideravelmente mais alta que outra força F2b direcionada ao eixo 20 do rolamento. As forças são consideravelmente desbalanceadas.

[0049] Na figura 5b, o eixo 20 é dividido em áreas a' , 60, e b' . Na figura 5c, por sua vez, o eixo é dividido em áreas a, 60, e b. Ao comparar as figuras 5b e 5c, pode ser notado que a área a corresponde à área a' na direção longitudinal do eixo e a área b corresponde à área b'. Contudo, a área a' não é propriamente uma área de flexão, uma vez que a rigidez da área a' é a mesma que a rigidez da área central 60.

[0050] A figura 5c mostra o princípio de uma condição de carga de um eixo 20 de acordo com a presente invenção. O eixo é dividido em três áreas a, 60, e b, tendo rigidezes EI2, EIi e EI3, respectivamente. O eixo 20 é suportado a um primeiro flange 24 por sua primeira extremidade i9 e a um segundo flange 25 por sua segunda extremidade 21. A rigidez EI2 do intervalo de flexão a entre o primeiro flange 24 e a área central 60 é menor que 60%, vantajosamente menos que 50% da rigidez EIi da área central 60. Assim a área de flexão se flexiona como desejado como uma consequência da distorção vc que é devido à torção dos flanges do portador. O eixo tem um erro Ac entre os pontos de rolamento, isto é, um erro Ac é causado entre as forças Fic e F2c. Em outras

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24/26 palavras, o erro Ac é causado na área central 60 que está localizada entre as forças F1c e F2c e fixamente suportada ao rolamento. Então as forças F1c e F2c são transferidas ao eixo do rolamento localizado ao redor do eixo. A distorção Ac causada a um eixo com um intervalo de flexão é menor que a distorção Ab causada a um eixo sem um intervalo de flexão. Em outras palavras, um eixo com um intervalo de flexão não tende a girar a roda planetária a uma posição errada tão intensivamente como um eixo sem um intervalo de flexão. A rigidez de um eixo sem um intervalo de flexão é a mesma sobre toda a dimensão do eixo.

[0051] Ao comparar as figuras 5b e 5c, pode ser visto que em ambas as figuras os flanges do portador se moveram um em relação ao outro por uma distância v, mais precisamente por uma distância vb na figura 5b e por uma distância vc na figura 6b. Então, o eixo precisa se acomodar à deformação v do portador. Quando a rigidez EI2 da área de flexão a do eixo 20 é menor que 60%, vantajosamente menor que 50% da rigidez EI1 da área central 60, o erro Ac pode ser feito próximo a zero em uma ampla faixa de carga. Em outras palavras, o erro Ac é consideravelmente menor que o erro Ab.

[0052] Quando a rigidez dos eixos diminui, os eixos previnem o movimento entre os flanges do portador a uma extensão menor que antes. Então o portador pode deformar ligeiramente mais no caso da figura 5c do que no caso da figura 5b. Em outras palavras, Vc pode ser ligeiramente mais alta que Vb. Contudo, torção do portador aumentada não causa problemas quando as áreas de flexão a e b no

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25/26 eixo compensam a torção do portador. Então, independentemente da torção do portador aumentada, o erro entre os pontos de rolamento diminui.

[0053] As áreas de flexão no eixo compensam a torção do portador de tal forma que o portador pode até mesmo ser aliviado e o erro entre os pontos de rolamento é ainda menor que na construção original.

[0054] No eixo 20 mostrado na figura 5c, há um segundo intervalo de flexão b entre a segunda extremidade 21 e a área central 60. A rigidez EI3 do segundo intervalo de flexão b é menor que 75%, vantajosamente menor que 60% da rigidez EI1 da área central 60. Isto adicionalmente permite a redução do erro V em uma faixa de carga mais ampla que antes. A formação do eixo é mais simples que a fabricação do eixo de novos materiais com diferentes módulos elásticos. Portanto, o eixo é formado de tal forma que como a rigidez muda, o momento de inércia muda enquanto o módulo elástico permanece o mesmo.

[0055] No eixo mostrado na figura 5c, a rigidez EI2 do primeiro intervalo de flexão a é menor que 0,9, vantajosamente menor que 0,7 vezes a rigidez EI3 do segundo intervalo de flexão b.

[0056] Para alcançar a flexão mostrada na figura 5c, a primeira extremidade de fixação 62 do eixo de roda planetária 20 inclui um orifício de flexão 66 mostrado na figura 4. O orifício de flexão permite calcular a rigidez do eixo na área de flexão comparada à área central. Se a rigidez foi reduzida correspondentemente com o mero desenho

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26/26 de eixo externo, o eixo deveria ser feito consideravelmente mais fino na área de flexão.

[0057] Para alcançar a flexão mostrada na figura 5c, a primeira extremidade de fixação 62 do eixo 20 tem um comprimento de suporte f e o orifício de flexão 66 tem uma profundidade e, como mostrado na figura 2. A profundidade do orifício de flexão 66 é 100-300%, vantajosamente 105-200% da espessura f da primeira extremidade de fixação 24.

[0058] Para alcançar a flexão mostrada na figura 5c, a primeira extremidade 19 do eixo 20 tem um diâmetro D1, a parte central 60 tem um diâmetro D, e o orifício de flexão 66 tem um diâmetro d, como mostrado na figura 4. O diâmetro do orifício de flexão é 20-50%, vantajosamente 3040% do diâmetro D do eixo 20. O diâmetro D1 da primeira extremidade é 67% (vantajosamente 55-75%) do diâmetro D da parte central 60.

[0059] Ao aumentar o número de rodas planetárias de três, movimento também é causado para corrigir erros dimensionais. Este aspecto poderia ser ilustrado de uma maneira correspondente como a distorção causada pela torção do portador, isto é, o movimento entre os flanges, foi ilustrado nas figuras 5b e 5c.

Claims

1,6 vezes segundo intervalo de flexão (b).

1. Disposição em um engrenamento planetário, a disposição incluindo:

- uma engrenagem planetária (14) incluindo pelo menos três rodas planetárias (18), cada uma das rodas planetárias (18) tendo um sulco interno (26), um conjunto de rolamento (32) tendo dois rolamentos (36) que suportam o sulco interno (26) da roda planetária (18) e, adicionalmente um eixo (20) suportando o conjunto de rolamento (32),

- um portador (22) para a engrenagem planetária (14) incluindo um primeiro flange (24) conectado a um eixo de entrada (46) e um segundo flange (25) no lado oposto, e cada eixo (20) da roda planetária (18) tendo:

- uma primeira extremidade (19) tendo uma primeira extremidade de fixação (62) adaptada de maneira não rotativa ao primeiro flange (24) sobre um primeiro comprimento de suporte (f), a primeira extremidade de fixação (62) tendo um diâmetro (D1);

- uma segunda extremidade (21) tendo uma segunda extremidade de fixação (63) adaptada de maneira não rotativa ao segundo flange (25) sobre um segundo comprimento de suporte (g),

- uma área central (60) tendo um diâmetro (D) ao longo de um comprimento (h), o diâmetro (D) sendo maior que o diâmetro (D1), a área central (60) suportando o conjunto de rolamento (32), e a disposição adicionalmente inclui um intervalo de flexão (a) com um primeiro

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2. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o diâmetro (D1) da primeira extremidade (19) do eixo (20) é 55-75% do diâmetro (D) da parte central (60).

2/4

arredondamento suave (57) na vizinhança da primeira extremidade (19 ) do eixo (20), e um segundo intervalo de flexão (b) com um segundo arredondamento suave (58) na vizinhança da segunda extremidade (21) do eixo (20) permitindo flexão em cada eixo (20) para adaptar dinamicamente a geometria de engrenamento de diversas rodas

planetárias (18) à elasticidade da construção, caracterizada pelo fato de que o primeiro intervalo de flexão (a) com o primeiro arredondamento suave (57) é formado entre o primeiro comprimento de suporte (f) e o comprimento (h) da área central maior (60), e o segundo intervalo de flexão (b) com o segundo arredondamento suave (58) é formado entre o segundo comprimento de suporte (g) e o comprimento (h) da área central maior (60).

3/4 chanfro (56) no interior que cobre substancialmente a construção (40) permitindo flexão.

3. Disposição, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a primeira extremidade >. (19) do eixo (20 ) inclui uma perfuração axial (66) que se estende à área central (60) cujo diâmetro (d) é 25-60%, vantajosamente 35-45% do diâmetro (D1) da primeira extremidade (19) do eixo ( 20). 4. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o primeiro flange (24) inclui um

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4/4 (12) e a coroa (10), e com cada roda planetária (18) tendo um sulco interno (26),

- um eixo de entrada de potência (46),

- um portador (22) de engrenagem planetária (14) incluindo um primeiro flange (24) no lado do eixo de entrada (46) e um segundo flange (25) no lado oposto, caracterizada pelo fato de que a engrenagem planetária inclui uma disposição do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

5.

Disposição, de acordo com reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que comprimento do primeiro intervalo de pelo menos 1,1 vezes, vantajosamente flexão (a)

6. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a rigidez média (EI2) do intervalo de flexão

a) é menor que 60%, vantajosamente menor que 50% da rigidez (EI1) da área central (60).

7. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o comprimento de suporte

f) da primeira extremidade de fixação (62) no primeiro flange que suporta a mesma é

50-90%, vantajosamente

60-80% da espessura (F) do flange

8.

Engrenagem planetária, para aumentar a velocidade de rotação, a engrenagem planetária incluindo:

uma roda solar (12) tendo um eixo geométrico central uma coroa (10) localizada ao redor da roda solar (12), a coroa (10) tendo o mesmo eixo geométrico central (16) que a roda solar (12), uma engrenagem planetária (14) incluindo pelo menos três rodas planetárias (18), com o conjunto de roda planetária (14) estando localizado entre a roda solar (12) e a coroa (10), tocando ambas e sendo concêntrico com a roda solar

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9. Engrenagem planetária, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a saída nominal do engrenamento planetário é 1-5 MW.

10. Engrenagem planetária, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que o momento dimensional que entra no engrenamento planetário está na faixa de 2-10 milhões de Nm.

11. Engrenagem planetária, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que o número de rodas planetárias (18) é 4-12, vantajosamente 4-7.