CN104806723B - 具有可作调节运动的齿圈的行星齿轮变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于风力发电设备的行星齿轮变速器，包括至少一个变速器级(1)，该变速器级具有两个并联连接的并且分流功率的行星齿轮级(2a，2b)，其中所述两个行星齿轮变速器(2a，2b)中的至少一个包括一与壳体(4)作用连接的齿圈(5)，在该齿圈的内圆周面上布置至少三个行星齿轮(6)。根据本发明，所述齿圈(5)被构造成在径向上是挠性的并且因此可作调节运动，用于在所述至少三个行星轮(6)和所述齿圈(5)之间的载荷平衡。

Description

具有可作调节运动的齿圈的行星齿轮变速器
技术领域
本发明涉及一种特别是用于风力发电设备的行星齿轮变速器，包括至少一个变速器级，该变速器级具有两个并联连接的并且分流功率的行星齿轮级，其中所述两个行星齿轮级中的至少一个包含一与壳体作用连接的齿圈，在该齿圈的内圆周面上设置了至少三个行星齿轮。
本发明的使用范围涵盖了风力发电变速器的所有结构类型。此外可以考虑差速变速器、耦合变速器、混合变速器，但是也可以考虑标准风力发电变速器。
背景技术
从DE 199 63 597 A1中可以知道一种特别是用于风力发电设备的变速器，它由一驱动侧的行星齿轮级组成，至少一个变速器级连接在该行星齿轮级之后。所述行星齿轮变速器由至少两个并联连接的并且分流功率的行星齿轮级组成。在所述对于功率进行分流的行星齿轮级的后面设置一差速变速器级，从而使所述两个齿轮级的流走的功率得以合并。
从通常为人熟知的现有技术可知，行星齿轮级在尤其是风力发电设备的行星齿轮变速器中大多设计有三个或者四个行星齿轮。通常，太阳轮在单个的行星齿轮级中被布置成径向是挠性的，从而实现在所述行星齿轮级之间的最佳的负载分布。具有四个或者更多行星齿轮的风力发电变速器的行星齿轮级到目前为止尽量被构造成超静定的结构形式，因此。增加行星齿轮的数量会导致很高的和不经济的过载系数。
尤其是这种具有差速齿轮级的行星齿轮变速器可以提供一种通过将行星齿轮的数量从三个增多到四个或者更多个行星齿轮来提高功率密度的潜能。但是，随着行星齿轮数量的增多，由制造和装配决定的、机械部件的偏差对于在齿轮啮合中的过载的影响也增大。由此，需要设计额外的负载平衡机构。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种行星齿轮变速器，从而可以实现在所有行星齿轮上的最佳的载荷分布。
根据本发明，所述齿圈被构造成在径向方向上是挠性的，并因此可作调节运动，从而使得在所述至少三个行星齿轮和所述齿圈之间的负载得以平衡。最好，所述第一行星齿轮级以双轴驱动形式运转，其中所述齿圈是固定的轴。所述齿圈的转矩被传递到所述壳体中。所述齿圈的径向的挠性保证了所述行星齿轮的负载平衡。这特别地可以增多所述行星齿轮的数量，从而使所述齿部和轴承的尺寸更小，同时可以提高在所述行星齿轮变速器中的功率密度。但是也可以考虑以三轴形式运转的行星齿轮变速器的构造。
最好在所述齿圈的内圆周面上设置至少五个行星齿轮。通过将所述行星齿轮数量从三个增多到至少五个，就将所述功率流分配到更多的单个的功率分支上，从而可以增大可传递的功率，或者可以在相同的功率下减小所述行星齿轮变速器的尺寸。
根据一种优选的实施例，所述齿圈通过被构造在所述内圆周面上的齿部并且通过所述壳体的一种轴向的模制结构（Ausprägung）就在径向上与所述壳体作用连接，所述模制结构在外圆周面上具有齿部。换句话说，所述齿圈通过一种齿耦联而耦接在所述壳体上，并且允许所述齿圈的径向扩张，从而保证了所述行星齿轮的负载平衡。在这种情况下，所述齿圈可以具有贯通的运动齿部，它们可以快速并且简单地制造。此外，也可以考虑，将不一致的齿部作为与运动齿部相对的齿耦联部。
根据另一种优选的实施例，所述齿圈通过被构造在端面上的轴向的模制结构和轴向的凹槽在轴向上与所述壳体通过与之相对应地在所述壳体上构成的轴向的凹槽以及轴向的模制结构作用连接。换句话说，在圆周方向上，在所述齿圈和所述壳体上，交替地存在一种轴向的凹槽和一种轴向的模制结构。通过使所述齿圈的模制结构各自贴靠在所述壳体的凹槽中，可以实现所述轴向的凹槽和所述轴向的模制结构互相间的形状配合。因此实现所述齿圈在径向上的扩展。
最好在所述齿圈和所述壳体之间设置一在内圆周面上具有齿部的弹簧元件，用于在齿圈和壳体之间吸收旋转振动，该弹簧元件在圆周方向上的齿部各自贴靠在所述齿圈的轴向的模制结构之一和所述壳体的轴向的模制结构之一之间。所述弹簧元件可以被构造成弹性体环，并且可以在所述齿圈和所述壳体之间吸收旋转振动地进行力传递，其中所述齿圈的径向扩展仍然得以保持。此外，这种实施例也提供下述优点：补偿轴向的、径向的和角度上的轴不同心度。
根据另一种优选的实施例，所述齿圈具有至少两个轴向的孔，并各自通过一布置在其中的连接元件朝两个端面与所述壳体在轴向上相连接，其中在至少轴向的孔中在径向上在所述连接元件和所述齿圈之间设置一用于实现所述齿圈的径向上的挠性的弹性体套。在所述齿圈中的至少两个孔被构造成间隙配合孔。尤其可以将销栓来用作在所述齿圈和所述壳体之间的连接元件。同样，也可以考虑其它的连接元件，例如螺栓。通过在所述连接元件、弹性体套和孔之间的形状配合，保证了将所述转矩传递到壳体中。所述弹性体套的弹性以及由此通过所述力作用所产生的横截面变化就引起了所述齿圈在径向上的调节运动。
根据另一种优选的实施例，所述齿圈具有至少两个轴向的孔，并且各自通过一布置在其中的连接元件朝向端面与所述壳体在轴向上相连接，其中在径向上在所述连接元件和所述齿圈之间基本上在整个孔长度上构造一缝隙。所述至少两个轴向的孔因此被构造成间隙配合孔。所述连接元件与所述齿圈的一轴向的端部固定地连接，并且与另一轴向的端部固定地连接在所述壳体上。特别优选的是，在所述齿圈和所述壳体之间存在一种压力连接。由于在所述连接元件和所述齿圈之间的缝隙，就保证了所述齿圈的平行移动。所述齿圈的转矩通过在所述齿圈中的所述至少两个轴向的孔和所述连接元件之间的形状配合通过它被传递到所述壳体中。
根据另一种优选的实施例，一随动环在径向上与所述齿圈通过一种构造在内圆周面上的齿部与一种构造在所述齿圈的外圆周面上的齿部作用连接，其中在所述随动环上的齿部被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。为此，该部分与剩余的齿圈相比被构造成特别是薄壁的。所述齿圈至所述壳体的转矩传递以及由此的连接通过一种齿耦联来得以保证。作为用于所述随动环的材料，韧性的并且弹性的金属材料特别合适。所述薄壁的部分有利于弹性变形，并且允许所述行星齿轮的在径向上的平衡负载运动。
根据另一种优选的实施例，所述齿圈通过一种构造在外圆周面上的齿部与一种构造在所述壳体的内圆周面上的齿部作用连接，其中在所述齿圈上的齿部被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。换句话说，所述齿圈具有与齿圈的其它部分相比壁更薄的部分，在其上设置所述齿部。所述薄壁部分有利于弹性变形，并且允许所述行星齿轮的负载平衡。
根据另一种有利的实施例，所述齿圈通过两个构造在外圆周面上的齿部与两个构造在所述壳体的内圆周面上的齿部作用连接，其中在所述齿圈上的所述两个齿部被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。因此，在两个位置上将所述齿圈支承在所述壳体中。所述薄壁部分有利于弹性变形，并且允许所述行星齿轮的负载平衡。
图示简要说明
其它的对于本发明的改进的措施在下文中与对本发明的优选实施例的描述一起借助于图示进一步得到展示。这里示出：
图1根据本发明的行星齿轮变速器的象征性的示图，
图2图1的在齿圈和壳体之间的根据本发明的耦联的部分截面图，
图3根据第二实施例的、在齿圈和壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图，
图3a在所述壳体的轴向的模制结构、所述齿圈的轴向的模制结构和一弹簧元件之间的连接的部分截面图，
图3b根据在图3a中的第二实施例的所述连接的横截面示图，
图4根据第三实施例的、在所述齿圈和所述壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图，
图5根据第四实施例的、在所述齿圈和所述壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图，
图6根据第五实施例的、在所述齿圈和所述壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图，
图7a根据第六实施例的、在所述齿圈和所述壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图，
图7b根据第七实施例的、在所述齿圈和所述壳体之间的、根据本发明的耦联的部分截面图。
附图标记列表：
1 变速器级；
2a，2b 行星齿轮级；
3 差速器级；
4 壳体；
5 齿圈；
6 行星齿轮；
7a，7b 齿部；
8 模制结构；
9a，9b 模制结构；
10 凹槽；
11 齿部；
12 弹簧元件；
13 孔；
14 弹性体套；
15 缝隙；
16 随动环；
17a，17b 行星架；
18 太阳轮轴；
19 齿圈轴；
20 销栓；
21 壳体盖板。
优选的实施方式的详细说明
根据图1，所述行星齿轮变速器包括一具有两个并联连接的并且分流功率的行星齿轮级2a，2b的变速器级1。在该变速器级1之后联接一差速器级3。所述功率的第一部分通过所述第一行星齿轮级2a的一行星架17a流至第二行星齿轮级2b的齿圈轴19。在行星架17a上，设置五个行星齿轮6a，6b——其中但是由于示意图仅仅能看出两个行星齿轮6a，6b，它们与齿圈5的齿部7a相耦联。所述齿圈5通过所述齿部7a也耦联在壳体4上。此外，所述齿圈5在径向上是挠性的，并因此被设计成可作调节运动，用于在所述五个行星齿轮6a，6b和所述齿圈5之间实现载荷平衡。所述功率的第二部分通过所述齿圈5和所述太阳轮轴18流至行星架17b，以通往功率叠加的差速器级3的。
根据图2，所述齿圈5通过一构造在内圆周面上的齿部7a在径向上与所述壳体4通过该壳体4的轴向的模制结构8作用连接，该模制结构在外圆周面上具有一种齿部7b。由于所述齿圈5相对较薄的壁的构造以及所述材料弹性，所以在径向上在该齿圈5的外圆周面和所述壳体4之间存在足够的空间，用于所述齿圈5的扩张。因此，所述齿圈5在径向上是挠性地构造的，并因此可以进行调节移动。
根据图3a和3b，所述齿圈5通过一在轴向上布置在该齿圈5和所述壳体4之间的、弹性体环12形式的弹簧元件12与所述壳体4作用连接。为此，所述齿圈5在指向所述壳体4的端面上具有轴向的模制结构9a和轴向的凹槽10。所述壳体4在指向所述齿圈5的端面上也具有轴向的模制结构9b和轴向的凹槽10，它们相应于所述齿圈5的轴向的模制结构9a和轴向的凹槽10地进行构造。所述齿圈5的轴向的模制结构9a被布置在所述壳体4的两个轴向的模制结构9b之间的轴向的凹槽10中。此外，所述弹簧元件12在一内圆周面上具有一种齿部11，用于吸收在齿圈5和壳体4之间的旋转振动。所述弹性体环12的齿部11在圆周方向上各自贴靠在所述齿圈5的轴向的模制结构9a之一和所述壳体4的轴向的模制结构9b之一之间。此外，所述弹性体环12以一种外圆周面贴靠在所述壳体4上。由于所述齿圈5的相对较薄的壁的构造以及所述材料弹性，所以在径向上在齿圈5的外圆周面和壳体4之间存在足够的空间用于所述齿圈5的扩张。因此，所述齿圈5被构造为在径向上是挠性的，并因此可以进行调节移动。
在图4中，所述齿圈5具有两个轴向的孔13——其中由于示意图的原因仅仅可以看到一个轴向的孔13——，一销栓20穿过该孔延伸。作为连接元件使用的销栓20使所述齿圈5朝向两个端面与所述壳体4在轴向上相连接，其中在径向上在所述销栓20和所述齿圈5之间设置一用于该齿圈5的径向挠性的弹性体套14。由于在所述齿圈5和弹性体套14之间的连接，在径向上在所述齿圈5的外圆周面和所述壳体4之间存在足够的空间，用于齿圈5的扩张。因此，所述齿圈5被构造为在径向上是挠性的，并因此可以进行调节移动。
根据图5，所述齿圈5具有两个轴向的孔13——其中由于示意图的原因仅仅可以看到一个轴向的孔13——，一销栓20穿过该孔延伸。作为连接元件使用的销栓20使所述齿圈5朝向端面与所述壳体4在轴向上相连接，其中在径向上在所述销栓20和所述齿圈5之间设置一种基本上在整个孔长度上的缝隙15。所述缝隙15的设计取决于所述销栓20的造型。所述缝隙15的长度又取决于在所述销栓20和所述齿圈5中的孔13之间的过盈配合的设计。所述销栓20的易弯曲的结构因此允许在所述销栓横截面处的颈缩区域上使得所述齿圈5进行一种平行的移动。所述销栓20贴靠在和与所述壳体4相连接的端面相对的端面上，并且与所述壳体4固定地连接。在无负载的状态下，仅仅在所述销栓20和所述壳体4之间存在接触面，并且在力配合连接的情况下在所述销栓20和所述齿圈5之间存在过盈配合。所述销栓20和所述孔13借助于进行作用的力作用形成一种形状配合，从而通过所述销栓20和所述孔13的互相近似对应的曲面将转矩通过所述销栓20传递到所述壳体4中。在径向上在所述齿圈5的外圆周面和所述壳体4之间存在着足够的空间，用于所述齿圈5的扩张。在所述销栓20和所述齿圈5之间的缝隙15允许所述齿圈5的径向移动。因此，所述齿圈5被构造为在径向上是挠性的，并因此可以进行调节移动。
根据图6，一种随动环16在径向上与所述齿圈5通过一构造在内圆周面上的齿部7a与一构造在所述齿圈5的外圆周面上的齿部7b作用连接。在所述随动环16上的齿部7a被构造在一在径向上挠性的、并且抗扭转的部分上。所述随动环16的该部分的径向上的挠性基于相对薄壁的构造以及所述材料弹性。所述随动环16可以在轴向上在所述壳体4和所述壳体盖板21之间通过——这里未展示出的——螺栓、销栓或者其它的连接元件在轴向上固定在所述壳体4上。
在径向上在所述随动环16和所述壳体4之间，存在着足够的空间，用于所述齿圈5的径向的移动。因此，所述齿圈5被构造为在径向上是挠性的，并因此可以进行调节移动。
根据图7a，所述齿圈5通过一构造在外圆周面上的齿部7b与一构造在壳体4的内圆周面上的齿部7a作用连接。在所述齿圈5上的齿部7b被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。该部分的径向上的挠性基于相对薄壁的构造和所述材料弹性。起决定作用的是该轮廓的形状，通过有目的地减弱抗弯强度来实现所述齿圈在系统环境中的一种径向平衡运动。
根据图7b，所述齿圈5通过两个构造在外圆周面上的齿部7b与两个构造在壳体4的内圆周面上的齿部7a作用连接。在所述齿圈5上的两个齿部7b被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。该部分的径向上的挠性基于相对薄壁的构造以及所述材料弹性。
在由图7a的实施方式以及由图7b的实施方式中，在径向上在所述齿圈5和所述壳体4之间都存在足够的空间，用于齿圈5的径向的移动。因此，所述齿圈5被构造为在径向上是挠性的，并因此可以进行调节移动。
本发明不局限于上述优选的、根据图1的实施方式。更确切地说，也可以考虑包括了下面权利要求的保护范围的变型方案。在图1中展示的实施例仅仅用于表示一种差速变速器的例子。本发明涉及每种结构形式的风力发电变速器。

Claims (11)

1.用于风力发电设备的行星齿轮变速器，包括具有一与壳体(4)作用连接的齿圈(5)的行星齿轮级，在所述齿圈的内圆周面上设置至少三个行星齿轮(6)，其特征在于，所述齿圈(5)被构造为在径向上是挠性的，并因此能够进行调节移动，用于在所述至少三个行星齿轮(6)和所述齿圈(5)之间进行负载平衡。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，在所述齿圈(5)的内圆周表面上布置至少四个行星齿轮(6)。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)通过一构造在所述内圆周面上的齿部(7a)并通过所述壳体(4)的、在外圆周面上具有齿部(7b)的、轴向的模制结构(8)在径向上与所述壳体(4)作用连接。
4.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)通过构造在端面上的、轴向的模制结构(9a)以及轴向的凹槽(10)在轴向上与所述壳体(4)通过与之相对应地在该壳体(4)上构造的、轴向的凹槽(10)以及轴向的模制结构(9b)作用连接。
5.根据权利要求4所述的行星齿轮变速器，其特征在于，在轴向上在所述齿圈(5)和所述壳体(4)之间设置一在内圆周面上具有一齿部(11)的弹簧元件(12)，用于在所述齿圈(5)和所述壳体(4)之间吸收旋转振动，它在圆周方向上的齿部(11)各自贴靠在所述齿圈(5)的轴向的模制结构(9a)之一和所述壳体(4)的轴向的模制结构(9b)之一之间。
6.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)具有至少两个轴向的孔(13)，并且各自通过一布置在其中的连接元件朝向两个端面与所述壳体(4)在轴向上作用连接，其中在所述至少两个轴向的孔(13)中在径向上在所述连接元件和所述齿圈(5)之间设置一弹性体套(14)，用于实现所述齿圈(5)的径向上的挠性。
7.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)具有至少两个轴向的孔(13)，并各自通过一布置在其中的连接元件朝向一端面与所述壳体(4)在轴向上作用连接，其中在径向上在所述连接元件和所述齿圈(5)之间在基本上整个孔长度上构造一缝隙(15)。
8.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，一随动环(16)在径向上与所述齿圈(5)通过构造在内圆周面上的齿部(7a)与构造在所述齿圈(5)的外圆周面上的齿部(7b)作用连接，其中在所述随动环(16)上的齿部(7a)被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。
9.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)通过一构造在外圆周面上的齿部(7b)与构造在所述壳体(4)的内圆周面上的齿部(7a)作用连接，其中在所述齿圈(5)上的齿部(7b)被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。
10.根据权利要求1所述的行星齿轮变速器，其特征在于，所述齿圈(5)通过两个构造在外圆周面上的齿部(7b)与两个构造在所述壳体(4)的内圆周面上的齿部(7a)作用连接，其中在所述齿圈(5)上的所述两个齿部(7b)被构造在一在径向上挠性的并且抗扭转的部分上。
11.具有变速器级(1)行星齿轮变速器，它具有两个并联的并且分流功率的行星齿轮级(2a，2b)，其中至少一个行星齿轮级根据权利要求1-10中之一来进行构造。
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