CN103511603B - 行星齿轮传动装置及具有其的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将驱动轴的缓慢转动转换为从动轴的快速转动的行星齿轮传动装置，行星齿轮传动装置在行星齿轮支架上具有用于可旋转地支承行星齿轮的轴承机构，其包括至少两个布置在行星齿轮与行星齿轮支架之间的圆锥滚子轴承，至少两个圆锥滚子轴承分别具有内圈和外圈，并且在行星齿轮支架的外圆周面上在两个内圈之间布置有用于在行星齿轮支架上轴向定位至少两个圆锥滚子轴承的垫圈，在行星齿轮的内圆周面上在两个外圈之间径向地沿行星齿轮的内圆周构造有用于轴向固定行星齿轮的凸缘，并且在行星齿轮的内圆周面上布置有至少一个用于相互轴向定位至少两个圆锥滚子轴承的垫圈，至少一个垫圈在外圆周面上具有指向凸缘并且至少相当于凸缘的轴向长度的空隙。

Description

行星齿轮传动装置及具有其的风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种用于将驱动轴的缓慢转动转换为从动轴的快速转动的行星齿轮传动装置，其中所述行星齿轮传动装置在行星齿轮支架上具有用于可旋转地支承行星齿轮的轴承机构，所述轴承机构包括至少两个相互轴向隔开地布置在所述行星齿轮与所述行星齿轮支架之间的圆锥滚子轴承，其中所述至少两个圆锥滚子轴承分别具有一内圈和一外圈，并且在所述行星齿轮支架的外圆周面上在所述两个内圈之间布置有垫圈，所述垫圈用于将所述至少两个圆锥滚子轴承轴向定位在所述行星齿轮支架上，其中此外在所述行星齿轮的内圆周面上在所述两个外圈之间径向地沿所述行星齿轮的内圆周构造有凸缘，所述凸缘用于轴向固定所述行星齿轮。
本发明的应用领域延伸到存在于具有至少1MW的功率的风力发电设备的传送系中的行星齿轮传动装置。这样的行星齿轮传动装置的重要特征此外是尺寸和重量。在此在设计传动件时除了材料选择和构造方面之外也要考虑所产生的力和转矩，它们作用到所述行星齿轮传动装置上。这种行星齿轮传动装置承受不寻常的载荷，这种不寻常的载荷由于行星齿轮传动装置的结构上的位置和不均匀地变化的总负荷(Belastungskollektiv)引起。
背景技术
由文献DE 10 2006 051 817 A1已知一种用于在行星齿轮支架上可旋转地支承行星齿轮的轴承机构，所述轴承机构具有两个相互以一定轴向间距布置的圆锥滚子轴承，其中在所述圆锥滚子轴承之间布置有至少一个径向轴承，以便提高轴承机构的承载能力。布置在圆锥滚子轴承之间的径向轴承关于轴承间隙或者说轴承预应力是可调节的，以便均匀地分配轴承机构的承载能力。此外，在行星齿轮上构造有径向向内指向的环形接片，其径向向内指向的周面支撑在径向轴承的外圈的径向外周面上。由本文献未得出向内指向的环形接片的另外的任务或问题技术方案。
此外，由文献EP 1 837 535 A1已知一种行星齿轮，其可旋转地支承在行星齿轮传动装置的行星齿轮支架上，其中所述轴承具有两个相互以一定轴向间距布置的圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承以X状结构定位。在一个圆锥滚子轴承的内圈与另一个圆锥滚子轴承的内圈之间布置有隔离环，所述隔离环沿圆周方向被分割开并且是具有按等级分不同的宽度的一组不同的隔离环的组成部分。两排圆锥滚子轴承中的预应力通过隔离环限定，其宽度因此准确地匹配于需要的给定条件并且匹配于期望的轴承间隙或者期望的轴承预应力。
除此之外，由文献EP 1 252 442 B1已知用于风力涡轮设备的传动单元。该传动单元包括行星齿轮级，其中在行星齿轮支架上通过两个轴承可旋转地支承行星齿轮，其中所述轴承关于行星齿轮的旋转轴线轴向间隔距离地布置。所述轴承是锥形轴承，其在行星齿轮的表面区域中导致接触。由图2b可以看到中间的集成的行星齿轮部段，其径向向内地在轴向隔开的轴承之间延伸。
由通常已知的现有技术得出，为了轴向固定行星齿轮可以使用固定环(Sicherungsring)。该已知的技术方案上的缺点在于，固定环承受轴向的磨损。此外，在用于风力发电设备的行星齿轮传动装置中转矩作用在MN区域中，从而固定环的构造上的选择可以与另外的风险相关联。为了消除易于磨损的固定环的问题，此外已知的技术方案在于，为了轴向固定行星齿轮设有耐磨损的凸缘，所述凸缘在端侧上贴靠在两个轴承上。其中该已知的技术方案的缺点在于，仅能够非常高成本地通过切削方法或者磨削方法调节圆锥滚子轴承的轴承间隙。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种风力发电设备、特别是风力发电设备的行星齿轮传动装置，所述行星齿轮传动装置在轴承间隙调节和维护方面被优化。此外通过简单的方式和方法，应当能够实现轴承的装配和预紧。
为此，本发明提出一种行星齿轮传动装置，其用于将驱动轴的缓慢转动转换为从动轴的快速转动，其中所述行星齿轮传动装置在行星齿轮支架上具有用于可旋转地支承行星齿轮的轴承机构，所述轴承机构包括至少两个相互轴向隔开地布置在所述行星齿轮与所述行星齿轮支架之间的圆锥滚子轴承，其中所述至少两个圆锥滚子轴承分别具有一内圈和一外圈，并且在所述行星齿轮支架的外圆周面上在所述两个内圈之间布置有用于在所述行星齿轮支架上轴向定位至少两个圆锥滚子轴承的垫圈，其中此外在所述行星齿轮的内圆周面上在所述两个外圈之间径向地沿所述行星齿轮的内圆周构造有用于轴向固定所述行星齿轮的凸缘，其特征在于，在所述行星齿轮的内圆周面上布置有至少一个用于相互轴向定位所述至少两个圆锥滚子轴承的垫圈，所述至少一个垫圈在外圆周面上具有指向所述凸缘并且至少相当于所述凸缘的轴向长度的空隙，其中，在连同凸缘的行星齿轮与垫圈)之间设有间隙配合s。
按照本发明，在所述行星齿轮的内圆周面上布置有至少一个用于相互轴向定位至少两个圆锥滚子轴承的垫圈，所述垫圈在外圆周面上具有指向所述凸缘并且至少等于所述凸缘的轴向长度的间隙。优选地，所述行星齿轮传动装置的至少两个行星齿轮具有直齿部或斜齿部。
所述凸缘径向地延伸超过行星齿轮的内圆周并且有利地具有经过倒圆的角和用于减小切口应力集中效应(Kerbwirkung)的退刀槽(Freistich)。由于所述凸缘是行星齿轮的一部分并且所述垫圈贴靠在所述凸缘上，所以所述凸缘如实心的、耐磨损的固定环那样起作用。因此可能的是，所述至少一个圆锥滚子轴承对与预调节的轴承间隙发生关系并且不用考虑具有行星齿轮的高成本的轴承间隙调节。所述至少两个圆锥滚子轴承的预应力通过在行星齿轮支架上的垫圈和在行星齿轮上的垫圈是可调节的。
按照一种优选的实施方式，所述凸缘在轴向向内指向的端面上与所述外圈其中之一接触。所述凸缘通过这样的布置方式承担固定环的任务，但是在运行安全性和负荷能力上超过固定环。为了实现轴承间隙的预调节，所述凸缘不应该填充圆锥滚子轴承的两个外圈之间的整个间隔，而是相比于垫圈相对窄地构造。有利地，所述凸缘最高为垫圈的一半宽。
按照第二种优选的实施方式，所述凸缘基本上构造在所述两个外圈之间的中部，其中在所述凸缘的两个轴向端面上分别布置有一垫圈。所述两个垫圈在其轴向端面上接触。该实施方式允许所述凸缘布置在中间，然而需要两个相互有效连接并且与所述凸缘有效连接的垫圈。这两个垫圈应分别具有一空隙，从而所述凸缘像齿那样配合到缺口(Lücke)中。
此外提出，所述至少两个圆锥滚子轴承具有滚动轴承元件的O形结构。通过所述O形结构，压力锥尖部(Druckkegelspitze)、即所谓的支持底座相互之间的间距更大，因为作用线向外走向。此外由此基于更小的倾斜间隙提高稳定性。
按照进一步改善本发明的措施提出，所述至少一个垫圈和所述行星齿轮具有磨损降低的表面。磨损降低的表面可以通过热处理和/或涂层产生。有利地不仅将行星齿轮而且将垫圈在热处理的范围中硬化。此外可以考虑轮缘的圆周面和整个垫圈的圆周面的磨损降低的涂层。
此外优选地，在所述至少一个垫圈与所述行星齿轮之间设有间隙配合。该间隙配合显著地简化了装配并且实现了轴向定位圆锥滚子轴承的任务。因此优选在凸缘的所有与垫圈的圆周面接触的圆周面上设有间隙。
此外提出，所述凸缘的轴向端面和所述至少一个垫圈的轴向端面被硬车削和/或平面磨削。所述端面的硬的再车削(Nachdrehen)允许凸缘的宽度和至少一个垫圈的宽度进行精确调节。因此能够实现至少两个圆锥滚子轴承的精确的定位。此外轴向端面的平面磨削提高了表面质量并且减少了断裂形成的易发性。
附图说明
随后连同本发明的一个优选的实施例的描述根据附图进一步示出其它改善本发明的措施。附图示出：
图1是风力发电设备的示意性的侧视图；
图2是连同在行星齿轮上的凸缘的、按照本发明的轴承机构的示意的纵剖面图；以及
图3是连同在行星齿轮上的凸缘的、按照本发明的轴承机构的第二实施例。
具体实施方式
图1示出了具有其基本的组件的风力发电设备1的侧视图。所述风力发电设备1具有塔台15，在所述塔台上布置有形式为机器壳体的、可围绕垂直轴线旋转地支承的吊舱16。在所述吊舱16中不可相对转动地固定有行星齿轮传动装置2，其中所述行星齿轮传动装置2具有驱动轴5和从动轴6。所述行星齿轮传动装置2的驱动轴5与具有多个转子叶片 18的转子4的轮毂17连接。从动轴6与形式为发电机3的、有待驱动的驱动装置旋转连接。
如此设计所述行星齿轮传动装置2，从而其将驱动轴5的缓慢转动转换为从动轴6的快速转动。为此，所述行星齿轮传动装置2具有一个或多个行星齿轮级，所述行星齿轮级通过封闭的圆柱齿轮传动装置与从动轴6相互作用。借助于风力发电设备1生成电能，其方法是由风置于转动的转子4将传递到驱动轴5上的转动导入到行星齿轮传动装置2中。行星齿轮传动装置2将该转动转换为更快速的转动并且最后通过从动轴6将用于生成电流的快速转动传递到发电机3上。
在图2中可看到行星齿轮支架7，在其上布置有两个圆锥滚子轴承9a、9b。圆锥滚子轴承9a、9b具有O形的结构。圆锥滚子轴承9a、9b的外圈11a、11b贴靠在行星齿轮8 上，其中行星齿轮8具有在内圆周面上延伸的凸缘13。凸缘13布置在外圈11a、11b之间，其中所述凸缘贴靠在外圈11a的轴向端面上。在两个外圈11a、11b之间布置有垫圈12b，其中所述垫圈贴靠在外圈11a、11b的轴向端面上。此外，在连同凸缘13的行星齿轮8与垫圈 12b之间设有间隙配合s。在内圈10a、10b之间同样布置有具有间隙配合的垫圈12a。垫圈 12a具有孔19，用于两个圆锥滚子轴承9a、9b的润滑和冷却的润滑剂能够流动所述孔。通过两个垫圈12a、12b确定圆锥滚子轴承9a、9b的相互位置，其中设置凸缘13以轴向固定行星齿轮8。除此之外，通过两个垫圈12a、12b可以将预应力施加到两个圆锥滚子轴承 9a、9b上。
凸缘13的轴向端面和垫圈12b的轴向端面被硬车削和平面磨削。轴向端面的平面磨削提高了表面质量并且减少了断裂形成的易发性。为了提高垫圈12b和行星齿轮8的耐磨损性，将这两个构件硬化。此外，凸缘13和垫圈12b具有磨损降低的涂层。这样的磨损降低的涂层优选通过磷化处理是可涂覆的。
图3示出了另一种实施方式，其中在该实施方式中凸缘13构造在两个外圈11a、11b之间的中部。此外，在凸缘13的两个轴向端面上分别布置有一垫圈12b、12c，其中两个垫圈12b、12c在其轴向端面上接触。此外，连同凸缘13的行星齿轮8与垫圈12c之间设有间隙配合s。
本发明并不限于上述优选的实施例。更确切地说，也可以考虑由本发明的保护范围所得出的变型方案。因此例如也能够如此构造圆锥滚子轴承9a、9b的外圈11a、11b，从而作为单件不考虑垫圈12b，然而保留凸缘13。为此优选外圈11a、11b其中之一应该在轴向端面上具有垫圈12b的几何结构，从而垫圈12b集成在外圈11a、11b其中之一中。此外也可以考虑，用于可旋转地支承行星齿轮8的轴承机构具有四个圆锥滚子轴承9。
附加地应该指出，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”或者“一”不排除多个。此外要指出的是，参照上述实施例其中之一所描述的特征或步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤组合地使用。说明书中的附图标记并不应视为限制。
附图标记列表：
1 风力发电设备
2 行星齿轮传动装置
3 发电机
4 转子
5 驱动轴
6 从动轴
7 行星齿轮支架
8 行星齿轮
9a、9b 圆锥滚子轴承
10a、10b 内圈
11a、11b 外圈
12a、12b、12c 垫圈
13 凸缘
14 空隙
15 塔台
16 吊舱
17 轮毂
18 转子叶片
19 孔
s 间隙配合

Claims (10)

1.一种行星齿轮传动装置(2)，其用于将驱动轴(5)的缓慢转动转换为从动轴(6)的快速转动，其中所述行星齿轮传动装置(2)在行星齿轮支架(7)上具有用于可旋转地支承行星齿轮(8)的轴承机构，所述轴承机构包括至少两个相互轴向隔开地布置在所述行星齿轮(8)与所述行星齿轮支架(7)之间的圆锥滚子轴承(9a、9b)，其中所述至少两个圆锥滚子轴承(9a、9b)分别具有一内圈(10a、10b)和一外圈(11a、11b)，并且在所述行星齿轮支架(7)的外圆周面上在所述两个内圈(10a、10b)之间布置有用于在所述行星齿轮支架(7)上轴向定位至少两个圆锥滚子轴承(9a、9b)的第一垫圈(12a)，其中此外在所述行星齿轮(8)的内圆周面上在所述两个外圈(11a、11b)之间径向地沿所述行星齿轮(8)的内圆周构造有用于轴向固定所述行星齿轮(8)的凸缘(13)，其特征在于，在所述行星齿轮(8)的内圆周面上布置有至少一个用于相互轴向定位所述至少两个圆锥滚子轴承(9a、9b)的第二垫圈(12b)，所述至少一个第二垫圈在外圆周面上具有指向所述凸缘(13)并且至少相当于所述凸缘(13)的轴向长度的空隙(14)，其中，在连同凸缘(13)的行星齿轮(8)与第二垫圈(12b)之间设有间隙配合s，并且所述凸缘(13)是所述行星齿轮(8)的一部分。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述凸缘(13)在轴向向内指向的端面上与所述外圈(11a、11b)其中之一接触。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述凸缘(13)基本上构造在所述两个外圈(11a、11b)之间的中部，其中在所述凸缘(13)的两个轴向端面上分别布置有一第二垫圈(12b)和一第三垫圈(12c)。
4.根据权利要求3所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，第二垫圈(12b)和第三垫圈(12c)在其轴向端面上接触。
5.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述至少两个圆锥滚子轴承(9a、9b)具有滚动轴承元件的O形结构。
6.根据权利要求1－5中任一项所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述至少一个第二垫圈(12b)和所述行星齿轮(8)具有磨损降低的表面。
7.根据权利要求1－5中任一项所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，在所述至少一个第二垫圈(12b)与所述行星齿轮(8)之间设有间隙配合(s)。
8.根据权利要求1－5中任一项所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述凸缘(13)的轴向端面和所述至少一个第二垫圈(12b)的轴向端面被硬车削和/或平面磨削。
9.根据权利要求1－5中任一项所述的行星齿轮传动装置(2)，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(2)的至少两个行星齿轮(8)具有直齿部或斜齿部。
10.一种风力发电设备(1)，其具有根据上述权利要求中任一项所述的行星齿轮传动装置(2)，设置所述行星齿轮传动装置以便将转子(4)的缓慢转动转换为用于驱动发电机(3)的快速转动，其中所述行星齿轮传动装置(2)的驱动轴(5)与转子(4)连接，并且所述行星齿轮传动装置(2)的从动轴(6)与所述发电机(3)连接。
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