CN103557272A

CN103557272A - 大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器

Info

Publication number: CN103557272A
Application number: CN201310548430.2A
Authority: CN
Inventors: 何卫东; 李力行; 卢琦; 鲍君华; 张迎辉; 吴鑫辉; 李欣
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，涉及一种变桨距用针轮摆线轮行星传动。包括电机支架、第Ⅰ级传动机构、第Ⅱ级传动机构；其特征在于所述的电机支架通过螺栓装于第Ⅰ级传动机构的法兰盖上，电机安装在电机支架上，电机轴通过键连接与输入轴相联；第Ⅰ级传动机构上装有中间轴，中间轴通过轴承H及轴承C装于第Ⅱ级传动机构的联接法兰及输出轴上；第Ⅰ级传动机构的第Ⅰ级针齿壳的圆周上设计有注油外螺纹口，注油外螺纹口上装有封口管螺母、外螺纹直通管接头及直角管接头；联接法兰上通过双头螺栓装有吊环；本发明通过双头螺栓固定在风机的轮毂上并随风机轮毂一同旋转。

Description

大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器

技术领域

本发明所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，涉及一种变桨距用针轮摆线轮啮合行星传动减速器。

背景技术

风能作为地球上最佳的绿色能源，对保护环境和生态平衡，改善能源结构具有重要的意义。伴随着我国风电能源产业的蓬勃发展，风机类型也逐步完善，风机最大功率可达到5MW。作为大功率风力发电系统的关键部件之一，变桨距驱动器能够适时调节安装在风机轮毂上的叶片的桨距角，从而吸收接近额定功率的能量，同时又能有效减少风速大幅度急剧变化时对风电机的强力冲击。因此，该驱动器的承载能力、机械性能、疲劳寿命以及工作可靠性是影响风力发电机正常工作的一个极为重要的因素，目前国际上大型风电机组的变桨距机构主要采用两种实施方案：机械电动变桨与液压变桨。其中机械电动变桨驱动器采用的减速器主要为多级渐开线齿轮行星减速器，其中机械电动变桨驱动器采用的减速器主要有两种形式：一为多级渐开线齿轮行星减速器，另一种为我国尚未采用的在理论上可靠性和使用寿命更高的二级摆线针轮行星减速器，该减速器相当于日本住友摆线针轮行星传动6000系列的变型。虽然理论上具有传动比范围大，硬齿面多齿啮合承载能力大，摆线轮齿与针齿啮合过程的摩擦为滚动摩擦因而传动效率高，传动平稳且使用寿命长等一些列优于渐开线齿轮传动的优点，但要真正在无维修寿命超过20年的变桨距驱动装置中极为可靠的实现和发展这一系列优点，还必须从齿形和参数优化设计、制造精度、动力学性能等方面做出更深入的研究，并最后以新样机的承载能力和可靠性试验来验证其性能达到或超过日本6000系列水平。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器。现有技术的不足之处在于无法真正在无维修寿命超过20年的变桨距驱动装置中极为可靠的实现和发展这以下优点1、传动比范围大；2、承载能力大；3、传动效率高；4传动平稳且使用寿命长等。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，包括电机支架、第Ⅰ级传动机构、第Ⅱ级传动机构；其特征在于所述的电机支架通过螺栓装于第Ⅰ级传动机构的法兰盖上，电机安装在电机支架上，电机轴通过键连接与输入轴相联；第Ⅰ级传动机构上装有中间轴，中间轴通过轴承H及轴承C装于第Ⅱ级传动机构的联接法兰及输出轴上；第Ⅰ级传动机构的第Ⅰ级针齿壳的圆周上设计有注油外螺纹口，注油外螺纹口上装有封口管螺母、外螺纹直通管接头及直角管接头；联接法兰上通过双头螺栓装有吊环；本发明通过双头螺栓固定在风机的轮毂上并随风机轮毂一同旋转。

本发明所述的第Ⅰ级传动机构包括：联接法兰、中间轴、第Ⅰ级针齿壳、第Ⅰ级针齿套、第Ⅰ级针齿销、第Ⅰ级间隔环、第Ⅰ级柱销套、第Ⅰ级柱销、法兰盖、输入轴、平头内六角螺丝、弹簧垫圈、夹紧套、输入端骨架油封、轴承E、平键A、第Ⅰ级均载盘、第Ⅰ级右摆线轮、第Ⅰ级左摆线轮、轴承F、轴承G、；电机轴与输入轴相联，并由夹紧套夹紧；夹紧套由平头内六角螺丝和弹簧垫圈实现紧固；输入轴与法兰盖的接触面之间设有两个输入端骨架油封；输入轴通过轴承E与轴承G装在法兰盖及中间轴上；轴承F通过平键A装于输入轴上；第Ⅰ级右摆线轮与第Ⅰ级左摆线轮分别由轴承F支撑，并由第Ⅰ级间隔环隔开；第Ⅰ级柱销和第一级柱销套的左端均匀布置安装在中间轴的右端面上，且穿过第Ⅰ级左摆线轮和第Ⅰ级右摆线轮，第Ⅰ级柱销和第一级柱销套的右端均匀布置安装在第Ⅰ级均载盘端面柱销孔内，第Ⅰ级均载盘支撑安装在输入轴上；法兰盖与第Ⅰ级针齿壳通过螺栓相连接；在第Ⅰ级针齿壳的内圈上均匀支撑安装有第Ⅰ级针齿销和第Ⅰ级针齿套；第Ⅰ级针齿壳与联接法兰通过螺栓连接。

本发明所述的第Ⅱ级转动机构包括输出轴、轴承A、端盖Ⅰ、端盖Ⅱ、隔套、轴承B、轴承C、第Ⅱ级柱销、第Ⅱ级偏心套、轴承D、第Ⅱ级左摆线轮、第Ⅱ级间隔环、第Ⅱ级右摆线轮、第Ⅱ级柱销套、第Ⅱ级均载盘、轴承H、第Ⅱ级针齿销、第Ⅱ级针齿壳、第Ⅱ级针齿套、平键B、输出端骨架油封及输出轴紧固环；轴承H与轴承C装于中间轴上，轴承H的外圈安装在联接法兰上，联接法兰通过螺栓与第Ⅱ级针齿壳相连接；第Ⅱ级偏心套通过平键B联接安装于中间轴上，轴承D安装在第Ⅱ级偏心套上，偏心套与轴承D组成第Ⅱ级偏心轴承；第Ⅱ级右摆线轮和第Ⅱ级左摆线轮分别由轴承D支撑，并由第Ⅱ级间隔环隔开；第Ⅱ级柱销和第Ⅱ级柱销套的左端均匀布置安装在输出轴右端面上，且穿过第Ⅱ级左摆线轮和第Ⅱ级右摆线轮的右端，均匀布置安装在第Ⅱ级均载盘端面柱销孔内，第Ⅱ级均载盘支撑安装在中间轴上；第Ⅱ级针齿销和第Ⅱ级针齿套均匀支撑安装在第Ⅱ级针齿壳内圈上；第Ⅱ级针齿壳与端盖Ⅱ通过螺栓连接；轴承C的外圈安装在输出轴上，输出轴由轴承A与轴承B支撑，他们的外圈均安装在端盖Ⅱ上，内圈由隔套确定轴向位置，输出轴左端由输出轴紧固环固定，端盖Ⅰ与输出轴紧固环接触的面上装有两个输出端骨架油封；端盖Ⅰ通过螺栓与端盖Ⅱ相连接。

本发明所述的端盖Ⅱ的圆周上开有通气孔，通气孔中安装螺塞。

本发明的工作原理：

当电动机带动输入轴转动时，通过第Ⅰ级偏心轴承使第Ⅰ级两片相位差为180°的左、右摆线轮作行星运动，当输入轴顺时针回转时，第Ⅰ级两片左、右摆线轮的中心线也绕着输入轴轴线作作顺时针的公转，同时由于左、右摆线轮的轮齿受第Ⅰ级针齿壳上安装的第Ⅰ级针齿销的约束，必然会产生逆时针的自转，通过第Ⅰ级柱销套与第Ⅰ级柱销将运动传递给中间轴，使得中间轴逆时针回转。中间轴作为第Ⅰ级减速系统的输出轴，同时也成为第Ⅱ级减速系统的输入轴，当中间轴逆时针回转时，通过采用平键B联接安装在中间轴上的第Ⅱ级偏心轴承（第Ⅱ级偏心套+轴承D）带动第Ⅱ级的两片相位差为180°的左、右摆线轮作行星运动。与第Ⅰ级左、右摆线轮运动性质相同，第Ⅱ级左、右摆线轮即绕着中间轴轴线逆时针公转，同时也顺时针自转。通过第Ⅱ级柱销套以及第Ⅱ级柱销，第Ⅱ级摆线轮将运动传递给输出轴，使得输出轴顺时针回转。

本发明的优点是显而易见的，主要表现在：

第一，本发明传动比大，单级传动比i=9～87；

第二，本发明传动效率高，单级传动效率η=0.9～0.95；

第三，本发明的第Ⅰ级摆线轮与第Ⅱ级摆线轮均采用“二齿差”摆线轮齿形，保证啮合间隙以补偿制造安装误差和满足润滑要求；

第四，本发明与同传动比的渐开线行星齿轮减速器相比，整机体积更小、重量更轻、可靠性更高；

第五，本发明第Ⅰ级均载盘及第Ⅱ级均载盘的使用，使第一级输出机构中各柱销及第二级输出机构中各柱销受力趋于均匀，中间轴与输出轴由悬臂支撑变为两端支撑，从而整个输出机构的强度与刚度均得到显著提高。

本发明具有结构新颖、使用寿命长、可靠性好等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本发明共有1幅附图,其中：

附图1本发明结构示意图。

在图中：1、输出轴；2、轴承A；3、第Ⅱ级偏心轴承；4、端盖；5、隔套；6、轴承B；7、轴承C；8、第Ⅱ级柱销；9、第Ⅱ级偏心套；10、轴承D；11、第Ⅱ级左摆线轮；12、第Ⅱ级间隔环；13、第Ⅱ级右摆线轮；14、第Ⅱ级柱销套；15、第Ⅱ级均载盘；16、联接法兰；17、中间轴；18、第Ⅰ级针齿壳；19、第Ⅰ级针齿套；20、封口管螺母；21、外螺纹直通管接头；22、直角管接头；23、第Ⅰ级针齿销；24、第Ⅰ级间隔环；25、第Ⅰ级柱销套；26、第Ⅰ级柱销；27、法兰盖；28、电机支架；29、输入轴；30、平头内六角螺丝；31、弹簧垫圈；32、夹紧套；33、输入端骨架油封；34、轴承E；35、平键甲；36、第Ⅰ级均载盘；37、第Ⅰ级右摆线轮；38、第Ⅰ级左摆线轮；39、轴承F；40、轴承G；41、吊环；42、双头螺栓；43、轴承H；44、第Ⅱ级针齿销；45、第Ⅱ级针齿壳；46、第Ⅱ级针齿套；47、平键乙；48、螺塞；49、输出端骨架油封；50、输出轴紧固环。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，包括电机支架28、第Ⅰ级传动机构、第Ⅱ级传动机构；其特征在于所述的电机支架28通过螺栓装于第Ⅰ级传动机构的法兰盖27上，电机安装在电机支架28上，电机轴通过键连接与输入轴29相联；第Ⅰ级传动机构上装有中间轴17，中间轴17通过轴承H43及轴承C7装于第Ⅱ级传动机构的联接法兰16及输出轴1上；第Ⅰ级传动机构的第Ⅰ级针齿壳18的圆周上设计有注油外螺纹口，注油外螺纹口上装有封口管螺母20、外螺纹直通管接头21及直角管接头22；联接法兰16上通过双头螺栓42装有吊环41；本发明通过双头螺栓42固定在风机的轮毂上并随风机轮毂一同旋转。

第Ⅰ级传动机构包括：联接法兰16、中间轴17、第Ⅰ级针齿壳18、第Ⅰ级针齿套19、第Ⅰ级针齿销23、第Ⅰ级间隔环24、第Ⅰ级柱销套25、第Ⅰ级柱销26、法兰盖27、输入轴29、平头内六角螺丝30、弹簧垫圈31、夹紧套32、输入端骨架油封33、轴承E34、平键A35、第Ⅰ级均载盘36、第Ⅰ级右摆线轮37、第Ⅰ级左摆线轮38、轴承F39、轴承G40、；电机轴与输入轴29相联，并由夹紧套32夹紧；夹紧套32由平头内六角螺丝30和弹簧垫圈31实现紧固；输入轴29与法兰盖27的接触面之间设有两个输入端骨架油封33；输入轴29通过轴承E34与轴承G40装在法兰盖27及中间轴17上；轴承F39通过平键A35装于输入轴29上；第Ⅰ级右摆线轮37与第Ⅰ级左摆线轮38分别由轴承F39支撑，并由第Ⅰ级间隔环24隔开；第Ⅰ级柱销26和第一级柱销套25的左端均匀布置安装在中间轴17的右端面上，且穿过第Ⅰ级左摆线轮38和第Ⅰ级右摆线轮37，第Ⅰ级柱销26和第一级柱销套25的右端均匀布置安装在第Ⅰ级均载盘36端面柱销孔内，第Ⅰ级均载盘36支撑安装在输入轴29上；法兰盖27与第Ⅰ级针齿壳18通过螺栓相连接；在第Ⅰ级针齿壳18的内圈上均匀支撑安装有第Ⅰ级针齿销23和第Ⅰ级针齿套19；第Ⅰ级针齿壳18与联接法兰16通过螺栓连接。

第Ⅱ级转动机构包括输出轴1、轴承A2、端盖Ⅰ3、端盖Ⅱ4、隔套5、轴承B6、轴承C7、第Ⅱ级柱销8、第Ⅱ级偏心套9、轴承D10、第Ⅱ级左摆线轮11、第Ⅱ级间隔环12、第Ⅱ级右摆线轮13、第Ⅱ级柱销套14、第Ⅱ级均载盘15、轴承H43、第Ⅱ级针齿销44、第Ⅱ级针齿壳45、第Ⅱ级针齿套46、平键B47、输出端骨架油封49及输出轴紧固环50；轴承H43与轴承C7装于中间轴17上，轴承H43的外圈安装在联接法兰16上，联接法兰16通过螺栓与第Ⅱ级针齿壳45相连接；第Ⅱ级偏心套9通过平键B47联接安装于中间轴17上，轴承D10安装在第Ⅱ级偏心套9上，偏心套9与轴承D10组成第Ⅱ级偏心轴承；第Ⅱ级右摆线轮13和第Ⅱ级左摆线轮11分别由轴承D10支撑，并由第Ⅱ级间隔环12隔开；第Ⅱ级柱销8和第Ⅱ级柱销套14的左端均匀布置安装在输出轴1右端面上，且穿过第Ⅱ级左摆线轮11和第Ⅱ级右摆线轮13的右端，均匀布置安装在第Ⅱ级均载盘15端面柱销孔内，第Ⅱ级均载盘15支撑安装在中间轴17上；第Ⅱ级针齿销44和第Ⅱ级针齿套46均匀支撑安装在第Ⅱ级针齿壳45内圈上；第Ⅱ级针齿壳45与端盖Ⅱ4通过螺栓连接；轴承C7的外圈安装在输出轴1上，输出轴1由轴承A2与轴承B6支撑，他们的外圈均安装在端盖Ⅱ4上，内圈由隔套5确定轴向位置，输出轴1左端由输出轴紧固环50固定，端盖Ⅰ3与输出轴紧固环50接触的面上装有两个输出端骨架油封49；端盖Ⅰ3通过螺栓与端盖Ⅱ4相连接。

端盖Ⅱ4的圆周上开有通气孔，通气孔中安装螺塞48。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，包括电机支架（28）、第Ⅰ级传动机构、第Ⅱ级传动机构；其特征在于所述的电机支架（28）通过螺栓装于第Ⅰ级传动机构的法兰盖（27）上，电机安装在电机支架（28）上，电机轴通过键连接与输入轴（29）相联；第Ⅰ级传动机构上装有中间轴（17），中间轴（17）通过轴承H（43）及轴承C（7）装于第Ⅱ级传动机构的联接法兰（16）及输出轴（1）上；第Ⅰ级传动机构的第Ⅰ级针齿壳（18）的圆周上设计有注油外螺纹口，注油外螺纹口上装有封口管螺母（20）、外螺纹直通管接头（21）及直角管接头（22）；联接法兰（16）上通过双头螺栓（42）装有吊环（41）；本发明通过双头螺栓（42）固定在风机的轮毂上并随风机轮毂一同旋转。

2.根据权利要求1所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，其特征在于所述的第Ⅰ级传动机构包括：联接法兰（16）、中间轴（17）、第Ⅰ级针齿壳（18）、第Ⅰ级针齿套（19）、第Ⅰ级针齿销（23）、第Ⅰ级间隔环（24）、第Ⅰ级柱销套（25）、第Ⅰ级柱销（26）、法兰盖（27）、输入轴（29）、平头内六角螺丝（30）、弹簧垫圈（31）、夹紧套（32）、输入端骨架油封（33）、轴承E（34）、平键A（35）、第Ⅰ级均载盘（36）、第Ⅰ级右摆线轮（37）、第Ⅰ级左摆线轮（38）、轴承F（39）、轴承G（40）、；电机轴与输入轴（29）相联，并由夹紧套（32）夹紧；夹紧套（32）由平头内六角螺丝（30）和弹簧垫圈（31）实现紧固；输入轴（29）与法兰盖（27）的接触面之间设有两个输入端骨架油封（33）；输入轴（29）通过轴承E（34）与轴承G（40）装在法兰盖（27）及中间轴（17）上；轴承F（39）通过平键A（35）装于输入轴（29）上；第Ⅰ级右摆线轮（37）与第Ⅰ级左摆线轮（38）分别由轴承F（39）支撑，并由第Ⅰ级间隔环（24）隔开；第Ⅰ级柱销（26）和第一级柱销套（25）的左端均匀布置安装在中间轴（17）的右端面上，且穿过第Ⅰ级左摆线轮（38）和第Ⅰ级右摆线轮（37），第Ⅰ级柱销（26）和第一级柱销套（25）的右端均匀布置安装在第Ⅰ级均载盘（36）端面柱销孔内，第Ⅰ级均载盘（36）支撑安装在输入轴（29）上；法兰盖（27）与第Ⅰ级针齿壳（18）通过螺栓相连接；在第Ⅰ级针齿壳（18）的内圈上均匀支撑安装有第Ⅰ级针齿销（23）和第Ⅰ级针齿套（19）；第Ⅰ级针齿壳（18）与联接法兰（16）通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，其特征在于所述的第Ⅱ级转动机构包括输出轴（1）、轴承A（2）、端盖Ⅰ（3）、端盖Ⅱ（4）、隔套（5）、轴承B（6）、轴承C（7）、第Ⅱ级柱销（8）、第Ⅱ级偏心套（9）、轴承D（10）、第Ⅱ级左摆线轮（11）、第Ⅱ级间隔环（12）、第Ⅱ级右摆线轮（13）、第Ⅱ级柱销套（14）、第Ⅱ级均载盘（15）、轴承H（43）、第Ⅱ级针齿销（44）、第Ⅱ级针齿壳（45）、第Ⅱ级针齿套（46）、平键B（47）、输出端骨架油封（49）及输出轴紧固环（50）；轴承H（43）与轴承C（7）装于中间轴（17）上，轴承H（43）的外圈安装在联接法兰（16）上，联接法兰（16）通过螺栓与第Ⅱ级针齿壳（45）相连接；第Ⅱ级偏心套（9）通过平键B（47）联接安装于中间轴（17）上，轴承D（10）安装在第Ⅱ级偏心套（9）上，偏心套（9）与轴承D（10）组成第Ⅱ级偏心轴承；第Ⅱ级右摆线轮（13）和第Ⅱ级左摆线轮（11）分别由轴承D（10）支撑，并由第Ⅱ级间隔环（12）隔开；第Ⅱ级柱销（8）和第Ⅱ级柱销套（14）的左端均匀布置安装在输出轴（1）右端面上，且穿过第Ⅱ级左摆线轮（11）和第Ⅱ级右摆线轮（13）的右端，均匀布置安装在第Ⅱ级均载盘（15）端面柱销孔内，第Ⅱ级均载盘（15）支撑安装在中间轴（17）上；第Ⅱ级针齿销（44）和第Ⅱ级针齿套（46）均匀支撑安装在第Ⅱ级针齿壳（45）内圈上；第Ⅱ级针齿壳（45）与端盖Ⅱ（4）通过螺栓连接；轴承C（7）的外圈安装在输出轴（1）上，输出轴（1）由轴承A（2）与轴承B（6）支撑，他们的外圈均安装在端盖Ⅱ（4）上，内圈由隔套（5）确定轴向位置，输出轴（1）左端由输出轴紧固环（50）固定，端盖Ⅰ（3）与输出轴紧固环（50）接触的面上装有两个输出端骨架油封（49）；端盖Ⅰ（3）通过螺栓与端盖Ⅱ（4）相连接。

4.根据权利要求3所述的大功率风电机变桨距用摆线针轮行星减速器，其特征在于所述的端盖Ⅱ（4）的圆周上开有通气孔，通气孔中安装螺塞（48）。