CN100443767C - 具有行星齿轮的齿轮传送装置 - Google Patents

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Abstract

一种适合风力涡轮机(10)的行星类型的齿轮传送装置(11)，包括中心齿轮(27)、行星齿轮(27)、环形齿轮(24)和行星架(41)，该行星架(28)包括用来支撑和固定沿圆周分隔开来的成对行星齿轮(25)的行星转向架板(43)，所述的中心齿轮(27)和环形齿轮(24)皆是双螺旋类型，所述的每对行星齿轮(47)皆为单螺旋类型并且与每对中的另外一个行星齿轮螺旋角方向相反。

Description

具有行星齿轮的齿轮传送装置
技术领域
本发明涉及一种齿轮传送装置，特别是但不仅限于一种行星类型的齿轮传送装置。本发明可以应用于风力涡轮机的齿轮传送装置。
背景技术
由于缺乏合适的地点和考虑到土建工程的成本，尤其对近海地区，存在着对大型风力涡轮机的持续需求。同时，对减小机械装置及其部件的体积和重量的要求变得越来越重要。典型的，由风力涡轮机转子驱动齿轮传送装置的低速轴，从而将转子的扭矩和转速转化成发电机要求达到的转速和扭矩。
将风力涡轮机的部件整合从而使驱动组件更加紧凑是减少风力涡轮机重量的途径之一，但是设计和运行驱动组件以避免因作用在不同部件上的内部和外部的负载而产生的相互干扰是很重要的。尽管对很多风力涡轮机装置有高功率密度的要求，使建筑达到经济性和可靠性也是同样重要的。
发明内容
本项发明涉及但不仅限于提供改进的周转类型的齿轮传送装置，举例来说，这种装置可以应用于风力涡轮机组件中。
根据本项发明的一个方面，一种行星类型的齿轮传送装置，包括中心齿轮、行星齿轮、环形齿轮和行星架，该行星架包括用于支撑和固定沿圆周分隔开来的成对行星齿轮的行星转向架板，所述的中心齿轮和环形齿轮皆是双螺旋类型，所述的成对行星齿轮中的每一个皆为单螺旋类型并且具有与该对中的另外一个行星齿轮的螺旋角相反的螺旋角。
中心齿轮和环形齿轮中，优选地，是至少有一个，更加优选地，这二者全部都是整体的，就是不能分开的双螺旋类型。
齿轮装置可包括沿轴向方向成对排列的行星齿轮，就是说，成对行星齿轮可以同轴排列。
优选地，轴承可支撑相应的成对排列的行星齿轮，典型的，每对行星齿轮中的两个可以被放置在转向架板的相对两侧。
由于使用转向架板和允许使用成对排列的单螺旋行星齿轮的缘故，本发明可以获得最大的优势是可以利用斜齿轮，而不必利用分离的中心齿轮和环形齿轮，并且避免遇到与分离式齿轮相关的潜在功率限制。此外与传统的正齿轮相比提供了更加安静的噪音模式。
用于每个沿圆周分隔开的行星齿轮的定位的轴承可以被固定在轴上，使用时所述轴能够自我调节到与转向架板相应的角位置上。
或者，所述的轴可以以足够刚性的方式固定在转向架板上。，这个转向架板可因为其具有一定弹性形变的效果，能够产生一定程度的顺从，足以自我调节轴相对于环形齿轮的旋转轴线所成的角位置，比如当轴被足够刚性地固定在转向架板的时候。
每个行星齿轮通过一个或一对滚柱轴承安置在机械轴上，比如说通过一对球面轴承或一对圆锥滚子轴承，或者一个或一对圆柱轴承。当使用圆锥滚子轴承时，优选地，他们将被排列成一个“O”形。
考虑到同行星齿轮旋转的轴线相平行的轴向，相对转向架板以可旋转方式支撑环形齿轮的主轴承可位于与齿轮传送装置的至少环形齿轮的轴向位置基本沿轴向对齐的位置。
在本发明的某些实施例中，优选地，中心齿轮、行星齿轮和环形齿轮位于也包括所述的主轴承的横断面(与所述的旋转力的旋转轴线垂直正交)内。
环形齿轮可对主轴承提供轴向的和径向的定位，环形齿轮可具有径向向外的阶梯轮廓外表面，以形成为主轴承的内轴承环提供轴向定位的肩部。所述的内轴承环可以以轴向和不可旋转方式固定在所述的肩部的支撑结构。
环形齿轮可以设有增强环，所述的增强环可沿轴向和/或径性延伸出环形齿轮的齿状表面。所述的增强环可为主轴承提供轴向的定位。
主轴承可包括双锥形轴承，并且所述的双锥形轴承可具有单个的外部轴承环。双锥形轴承可包括排列成“O”形构形的辊子，就是说，在这种构形中，一组辊子的直径沿着远离其他组辊子的方向而逐渐增大。
本发明的另外一个方面是提供一种包括转子、发电机和含有根据本发明的齿轮传送装置的驱动组件的风力涡轮机。所述的驱动组件中，环形齿轮一般可被相对于支撑结构以不可旋转的方式支撑。
齿轮传送装置的一部分，比如说壳体，可被设置成用于支撑发电机。
附图说明
现在将参考示意性附图仅以示例方式描述本发明：
图1是风力涡轮机的平面图；
图2是部分齿轮传送装置的剖面图；
图3更详细地示出图2中的一部分；
图4示出了本发明的特别特征。
具体实施方式
风力涡轮机10(见图1)中，包括作用是将转动叶片12和转子毂14的扭矩传送到发电机13的齿轮传送装置11，这个齿轮传送装置包括一个周转的齿轮装置。齿轮传送装置和发电机被容纳并固定在蜗轮舱15内。在图1中，19为塔，H为毂高，D为转子直径，N为用于顺风转子的风向。
图2和图3中示出了齿轮传送装置的更多的细节。齿轮传送装置11包括具有四个沿圆周分隔的行星齿轮25、中心齿轮27、行星架板28和相对涡轮舱结构15以不可旋转的方式固定的环形齿轮24的行星齿轮装置。每个齿轮都是纵切的，正齿式的。
中心齿轮连接到输出轴(图中未显示)，这个轴连接到较远端的齿轮装置或直接与发电机13的转子相连。
环形齿轮24的径向向外的表面29为主轴承23的内部环30提供定位和支撑。
主轴承的外部环31具有固定于其上的转子毂14和插在转子毂与环31之间的行星架板28的外部区域22。
在先已提出的结构中，图3中行星架28包括四个轴承支撑螺栓26，均匀地沿圆周隔开用来固定以可旋转方式支撑四个行星齿轮25的轴承32。行星架板28在轴承螺栓26的径向位置和外部区域22之间具有径向延伸的环状区域33，并且为传送区域22和轴承螺栓26之间的扭矩，该区域33被设计成关于Y轴的圆周方向相对刚性的，但是关于X和Z轴具有相对挠性。
根据本发明，在此实施例中，行星架28被行星架41(图4)取代，三个整体的并且沿圆周均匀隔开且用于支撑行星转向架板43的柱头螺栓42。行星转向架板43对三个沿圆周均匀隔开的轴44提供支撑，每个轴44在板43上被排列成可以自我调节的角位置(如图4所示)。在板43的对侧，每个轴44分别为一对圆锥滚子轴承45、56提供支撑，在每对轴承周围可旋转的固定了一对单螺旋行星齿轮47、48，用来啮合环形齿轮49和中心齿轮50。每个环形齿轮和中心齿轮都是双螺旋类型。每对行星齿轮中每个齿轮都与同对中的另一个齿轮螺旋角角度相等，但是方向相对。
在前述的结构中，在转动叶片12的作用下，作用转子毂14的扭矩通过行星架板41被传送到行星齿轮47、48，行星架板41以可旋转方式安装在轴承23的外部环31的外部区域。在本结构中，弯曲力矩和转子毂沿Y轴施加的轴向作用力将被直接传送到轴承23。行星架28上环形部分33的挠性将帮助充分避免使这些作用力作用到行星齿轮上。
本项发明由此提出了最广泛的使用方向：通过在转向架板上使用成对的单螺旋行星齿轮，可以使环形和中心齿轮不必是分离结构。
本发明提出的另外一个方面是：行星齿轮通过其轴承可以被固定在一个由弹性销构成的轴上，例如在GB1,101,131中单一类型行星齿轮的内容。在这个方面，本发明认识到通过在具有行星转向架的行星齿轮装置中使用本文中的由弹性销构成的轴可以得到特殊受益。
现在将就图4中利用其中的轴44作为弹性销的变型进行更多细节的论述。
图5展示了转向架和弹性销的基本平面示意图。背板5，就是转向架板，驱动行星齿轮轴1的内部部分，该部分依次带动外在部分或套管4、行星轴承2和行星齿轮3。本文中应用到转向架上的弹性销的功能将参照图6进行简要描述。外部作用力(例如行星齿轮切线方向作用力)将导致内部轴1弯曲，结果产生弯曲力矩F*y，点A从引起力矩F*x的力作用点处产生偏移量x。在“A”处的弯曲力矩将沿第一个力矩的反向作用从而导致外部套管沿第二个力矩的方向进行反向旋转。
补偿量将取决于距离x和y和内部轴和套管的设计。应用弹性销将有利于齿侧载荷分布(KHβ)和行星齿轮单位(K_gamma)中行星齿轮间的负载分配。行星齿轮(K_gamma)间相等的负载与行星齿轮轴的硬度成反比，从而可以使行星齿轮轴尽可能的具有挠性。
中央转向架板的两侧的补偿量可以相等，但不是必须相等。尤其是齿轮装置中包括一个螺旋状中心齿轮时，选择不同的补偿量将有利于左右行星齿轮更好的跟随中心齿轮轴在负荷下的螺旋形变(由于扭矩)。由于只有一排行星齿轮，传统的弹性销设计时无法实现这点，但在应用行星转向架后是可能的。
当行星齿轮单位中使用螺旋齿的时候，行星齿轮和中心齿轮分别啮合(见图7)时，法向齿作用力的轴向分量会产生一个力矩。这种不希望发生的效果会导致行星齿轮歪斜，并且歪斜量与行星齿轮轴的硬度成反比。通过弹性销设计，行星齿轮轴组件(内部轴和套管)的强度将比传统设计的要低，从而导致行星齿轮更加歪斜。这就是弹性销通常只应用在正齿轮中的原因。这个问题的一个可能的解决方案是使行星齿轮轴(内部或者组合)产生各向异性直到其硬度达到要求。图8-10展示了应用了这种设计的行星齿轮系统。内部轴通过这种设计使得：沿切线方向强度能够满足需要的弹性(图9)，但是在与切线方向垂直的平面上弹性较小且强度仍尽可能的高(图10)。通过这种方法可以使在螺旋齿组件中应用弹性销变得可能。

Claims (14)

1.一种包括中心齿轮、行星齿轮、环形齿轮和行星架的行星类型齿轮传送装置，所述的行星架包括支撑和固定沿圆周分开的成对行星齿轮的行星转向架板，所述的中心齿轮和环形齿轮是双螺旋类型，所述的成对行星齿轮中的每一个皆为单螺旋类型，并且具有与该对行星齿轮中的另一个相反的螺旋角。
2.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，每对行星齿轮的两个行星齿轮位于行星转向架板的相对两侧。
3.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，中心齿轮是整体类型的。
4.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，环形齿轮是整体类型的。
5.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，成对行星齿轮中的每个行星齿轮位于一对圆锥滚子轴承上。
6.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，成对行星齿轮位于一对排列成O形的圆锥滚子轴承上。
7.根据权利要求1所述齿轮传送装置，其特征在于，一个行星齿轮或者成对行星齿轮中的每个齿轮位于至少一个圆柱轴承上。
8.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，用于每个沿圆周分隔的行星齿轮定位的轴承被支撑在轴上，使用时所述轴相对于转向架板自我调节其角位置。
9.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，用于至少一些沿圆周分隔的行星齿轮定位的轴承支撑在轴上，所述轴被足够刚性地固定到转向架板。
10.根据权利要求9所述的齿轮传送装置，其特征在于，用于所有沿圆周分隔的行星齿轮定位的轴承支撑在轴上，所述轴被足够刚性地固定到转向架板。
11.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，转向架板能够弹性形变，以允许自我调节所述轴或每个轴与环形齿轮的旋转轴线成的角位置。
12.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，相对转向架板以可旋转方式支撑环形齿轮的主轴承包括直径大于环形齿轮齿面直径的内部环形轴承表面。
13.根据权利要求1所述的齿轮传送装置，其特征在于，行星齿轮架提供径向延伸的扭矩传送路径，所述路径是扭转刚性的，但是沿着与转动力作用的轴线相平行的轴向是相对挠性的。
14.根据前述的权利要求中任一项所述的齿轮传送装置，其特征在于，行星齿轮通过由弹性销构成的轴相对于转向架板受到支撑。
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