CN103062340B - 风电恒制动偏航内摆线齿轮箱 - Google Patents

风电恒制动偏航内摆线齿轮箱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风电偏航减速技术领域，一种风电恒制动偏航内摆线齿轮箱，包括行星、摆线及制动三部件。其特征在于：摆线为轮圈与轮辐组装件，中间轮厚为两侧两倍，相位差180°，偏心轴承包括圆锥轴承与偏心套，制动件包括双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧。摩擦副中锥盘与中间盘联接，第一主动V型槽盘联接在转子轴上，与中间盘一侧从动V型槽盘之间有钢球，第二从动V型槽盘与输出轴花键联接，与中间盘另一侧主动V型槽盘之间有钢球，复位弹簧使摩擦副压紧。有益效果：制动力矩随阻力矩增加而自动增大，单级减速比143，重量轻、维修方便、轴向尺寸短，摆线轮齿不会断，比三只行星轮NGW传动承载力大，制造成本低45-55％。

Description

风电恒制动偏航内摆线齿轮箱
【技术领域】本发明涉及风电偏航减速技术领域，一种风电恒制动偏航内摆线齿轮箱。
【背景技术】主要为四级行星结构：
①南京高速齿轮公司“风力发电偏航齿轮箱”ZL200410064930；②重庆齿轮公司“风力发电偏航减速齿轮箱”200620111262；③泰隆集团“风力发电偏航减速装置”200910034525；④银川威力减速机公司“大功率风力发电偏航减速器”20112065216；⑤天津减速机公司“用于风力发电偏航减速机”200820075290；⑥华锐风电科技公司“风力发电偏航减速齿轮箱”(200820014549)。
存在问题：(1)现有齿轮箱安全系数较低，承受疲劳载荷时易早期点蚀。此外滚齿、热处理及磨齿应力集中点齿根处易出现微细裂纹，不具高可靠性；(2)仅有三只行星轮，显然过载能力不会太高；(3)轴向长、结构复杂、价格很高。
此外还有：(1)天津减速机公司“用于风力发电偏航减速机”200320111939.2系摆线+二级行星结构，缺点是：效率降低了2个百分点、高速级摆线双支点针销结构，因而过载能力低、可靠性差；(2)重庆大学“一种二级包络…”200920127322.7为摆线+摆线结构，缺点是：效率降低了4个百分点，输出轴两只置于端盘与内摆线轮之间轴承要比常规大出2-3个型号，价很高；(3)“风力发电三片摆线偏航减速器”(201010174547.5)系摆线+三片摆线结构，缺点是：①“摆线+--摆线”结构使效率降低4个百分点，三片轮相位差120°无法实现动平衡；②销孔磨床静平衡调整麻烦，销孔精度不稳定而会影响减速器使用寿命；③滚子轴承径向间隙大，摆线轮平动时产生咔哒、咔哒微振动，久之出现冲击，导致偏心轴承损坏减速器出现故障。
【发明内容】系“风力发电三片摆线偏航减速器”(201010174547.5)改进，提供一种高可靠性、过载力大及效率与四级行星相同的风电恒制动偏航内摆线齿轮箱。改进技术方案如下：
(A)三片摆线轮中，中间轮厚度为两侧等厚轮两倍，二者相位错开180°，能实现动平衡；
(B)采用背对背圆锥滚子偏心轴承，径向间隙调到近于零，消除了摆线轮平动时产生振动；
(C)采用摆线轮圈磨齿后与铸铁轮辐精加工件组装结构，其中铸铁轮辐均布销孔可在立式加工中心采用精镗而获得足够高精度。为提高低硬度销孔表面的使用寿命，销孔中滑配耐磨圈。传统摆线轮销孔必需在销孔专用磨床上磨削，由于此时摆线轮处于大偏心位置，而销孔又小必需调整到很高的静平衡才能获得设计要求，加工效率极低，且需配置各种规格销孔专用磨床；
(D)本发明采用了双组钢球V型槽装置、摩擦副与弹簧组合的结构创新，其中：双组钢球V型槽装置是根据机械无级变速器中钢球V型槽自动加压装置改进的(见于阮忠唐《机械无级变速器》90页)：第一组由主动V型槽盘、中间盘一侧从动V型槽盘及居于二盘V型槽面中间的钢球组成，其中中间盘与锥盘联接；第二组由中间盘另一侧主动V型槽盘、第二从动V型槽盘及居于二盘V型槽面中间的钢球组成，钢球均布在保持架上。工作原理：通电时，第一组主动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力推动中间盘从动V型槽盘使摩擦副分离，制动力矩消失，其周向分力驱动与第二组从动V型槽盘联接的输出轴作功；断电时，输入轴仃止，阻力矩使第二从动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力使摩擦副压紧，制动力矩要多大有多大。
(E)转用双摆线传动：双摆线的啮合特点是互为包络线的摆线等距线齿轮作为共轭曲线齿轮机构。优点：(1)内摆线齿圈取代针轮，结构简单、另件少；(2)单级减速比很大，据称可达200(《没有针轮的摆线变速机》机械传动2006.04)；(3)内摆线齿圈与外齿摆线轮为纯滚动、完全润滑状态啮合，因此在输入功率相同情况下，可将减速器的体积降低1-2个等级。
【有益效果】比照发明专利“风力发电机偏航齿轮箱”(ZL200410064930.X)其创造性体现在：
(1)单级减速比可高达143，结构紧凑、维修方便、轴向尺寸短；(2)摆线轮齿不会断，因而比仅有三只行星轮承载能力大，可靠性高；(3)重量轻、制造成本低45-55％。
每一风场变桨齿轮箱价值(132×5万/台)660万元，因而可节省330万元，用此330万的利息足以支付风场7-8名员工工资。据中国风能协会公布，2010年新增风电装机容量为1896W，相当于380个(33×1.5MW)风场，偏航齿轮箱价值25个亿，因而可节省12.5个亿，大大超出中国三大风电齿轮公司利润总和。
【附图说明】图1.本发明实施例结构示意图
图2.与3.分别为钢球与V型槽面在断电(制动)与通电(作功)时受力原理图
【具体实施方式】下面结合附图对本发明详加描述：
参照图1.一种风电恒制动偏航内摆线齿轮箱，由行星部件、内摆线部件和制动件组成，所述的行星部件包括太阳轮轴27、太阳轮W、行星轮G、内齿轮N、行星架4及中机座19，其中内齿轮N联接在中机座19内端面上，太阳轮W装在太阳轮轴27轴伸端，太阳轮轴27用轴承24支承在端盖23内孔，端盖23与前机座28联接，前机座28与中机座19联接，所述行星架轴4两侧分别用轴承支承在输出轴3与中机座19内孔，所述内摆线部件包括机座1、摆线轮组件、装在行星架轴4轴伸端上的偏心轴承、内摆线齿圈22及销轴式输出机构，所述销轴式输出机构包括输出轴3、柱销16、柱套8、13及第一、二均载环11、17，所述输出轴3用第一轴承2支承在机座1内孔，所述机座1、内摆线齿圈22及中机座19顺次联接一体，所述第一均载环11置于摆线轮之间，第二均载环17装在柱销16端部并用第二轴承18支承在中机座19内侧凸缘外圆上，柱销为简支结构，提高了柱销的弯曲能力，其特征在于：
(I)所述摆线轮组件为两侧与中间摆线轮圈10、21与用骑缝销分别联接第一、二铸铁轮辐7、20的组装件，因而铸铁轮辐上均布的销孔可在立式加工中心精镗，较传统销孔在专用磨床上磨削精度高，所述中间摆线轮圈21厚度为两侧等厚摆线轮圈10两倍，所述中间摆线轮圈21与两侧摆线轮圈10相位差180°，能实现动平衡因而使传动更平稳，所述第一、二铸铁轮辐7、20上均布销孔中分别滑配第一、二耐磨圈9、14，理论计算表明，由于耐磨圈与销孔的当量半径很小，使耐磨圈与销孔的之间的接触应力仅为许用值的二十分之一，因而低硬度销孔不会过早磨损，所述铸铁轮辐材质为球墨铸铁或高强度灰口铸铁，这是因为二者工艺性能好、吸振及铸造性能好；
(II)所述行星架轴4轴伸端设有偏心轴承，所述偏心轴承包括第一、二圆锥滚子轴承6、15及内孔分别紧配的偏心套5、12，圆锥滚子轴承是两只背靠背轴承组，装配时将径向间隙控制到近于零；
(III)所述制动件中输入轴29用轴承支承在前机座28内孔，前机座28与中机座19联接的内腔装置双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧26，其中：
(III-1)所述摩擦副包括内锥体(32)与锥盘(31)，其中内锥体(32)联接在前机座(28)内孔，锥盘(31)与双组V型槽盘机构的中间盘(33)联接；
(III-2)所述双组V型槽盘机构中，第一主动V型槽盘30联接在输入轴29上，中间盘33一侧为第一从动V型槽盘，第一主动V型槽盘30与第一从动V型槽盘间有第一钢球341，第二从动V型槽盘35与太阳轮轴27外花键轴伸端滑动联接，中间盘33另一侧为第二主动V型槽盘，第二主动V型槽盘与第二从动V型槽盘35间有第二钢球34，均布的钢球数与V型槽数相等；
(III-3)所述复位弹簧26一端靠紧杯型弹簧座25内底，另一端靠紧第二从动V型槽盘35端面，复位弹簧26使锥盘(31)与内锥体32摩擦副压紧，所述杯型弹簧座25外端面靠紧输入轴4轴肩，杯型弹簧座25开口端与第二从动V型槽盘35端面有间隙。
工作原理：通电时，与输入轴联接的第一主动V型槽盘V型槽面对钢球产生正压力：轴向分力推动中间盘使摩擦副分离，制动力矩消失；周向分力驱动与第二从动V型槽盘花键联接的太阳轮轴转动作功。显然第一组钢球V型槽装置功能是离合器，第二组钢球V型槽装置功能是联轴器；当断电时，输入轴仃止，阻力矩使第二从动V型槽盘的V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力使摩擦副压紧，因而制动力矩要多大有多大，只要摩擦副具有足够大许用比压p，保证齿轮箱处于高可靠的制动状态。

Claims (1)

1.一种风电恒制动偏航内摆线齿轮箱，由行星部件、内摆线部件和制动件组成，所述的行星部件包括太阳轮轴(27)、太阳轮(W)、行星轮(G)、内齿轮(N)、行星架轴(4)及中机座(19)，其中内齿轮(N)联接在中机座(19)内端面上，太阳轮(W)装在太阳轮轴(27)轴伸端，太阳轮轴(27)用轴承(24)支承在端盖(23)内孔，端盖(23)与前机座(28)联接，前机座(28)与中机座(19)联接，所述行星架轴(4)两侧分别用轴承支承在输出轴(3)与中机座(19)内孔，所述内摆线部件包括机座(1)、摆线轮组件、装在行星架轴(4)轴伸端上的偏心轴承、内摆线齿圈(22)及销轴式输出机构，所述的销轴式输出机构包括输出轴(3)、柱销(16)、柱套(8、13)及第一、二均载环(11、17)，所述输出轴(3)用第一轴承(2)支承在机座(1)内孔，所述机座(1)、内摆线齿圈(22)及中机座(19)顺次联接一体，所述第一均载环(11)置于摆线轮之间，第二均载环(17)装在柱销(16)端部并用第二轴承(18)支承在中机座(19)内侧凸缘外圆上，柱销为简支结构，其特征在于：
(I)所述摆线轮组件为摆线轮圈(10、21)与用骑缝销分别联接第一、二铸铁轮辐(7、20)的组装件，所述摆线轮圈包括两侧与中间摆线轮圈(10、21)，所述中间摆线轮圈(21)厚度为两侧等厚摆线轮圈(10)两倍，所述中间摆线轮圈(21)与两侧摆线轮圈(10)相位差180°，所述第一、二铸铁轮辐(7、20)上均布销孔中分别滑配第一、二耐磨圈(9、14)；
(II)所述行星架轴(4)轴伸端设有偏心轴承，所述偏心轴承包括第一、二圆锥滚子轴承(6、15)及内孔分别紧配的偏心套(5、12)，圆锥滚子轴承是两只背靠背轴承组；
(III)所述制动件中输入轴(29)用轴承支承在前机座(28)内孔，前机座(28)与中机座(19)联接的内腔装置双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧(26)，其中：
(III-1)所述摩擦副包括内锥体(32)与锥盘(31)，其中内锥体(32)联接在前机座(28)内孔，锥盘(31)与双组V型槽盘机构的中间盘(33)联接；
(III-2)所述双组V型槽盘机构中，第一主动V型槽盘(30)联接在输入轴(29)上，中间盘(33)一侧为第一从动V型槽盘，第一主动V型槽盘(30)与第一从动V型槽盘间有第一钢球(341)，第二从动V型槽盘(35)与太阳轮轴(27)外花键轴伸端滑动联接，中间盘(33)另一侧为第二主动V型槽盘，第二主动V型槽盘与第二从动V型槽盘(35)间有第二钢球(34)，均布的钢球数与V型槽数相等；
(III-3)所述复位弹簧(26)一端靠紧杯型弹簧座(25)内底，另一端靠紧第二从动V型槽盘(35)端面，复位弹簧(26)使锥盘(31)与内锥体(32)摩擦副压紧，所述杯型弹簧座(25)外端面靠紧输入轴(4)轴肩，杯型弹簧座(25)开口端与第二从动V型槽盘(35)端面有间隙。
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