CN106122293B - 风电锁紧盘、风电设备及用于减小风电锁紧盘应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风电锁紧盘，其中，外环具有二阶台阶状内壁，二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，内环的外侧壁的表面为外锥面；第二内锥面包括自顶部向底部依次分布的第一子内锥面和第二子内锥面，第一子内锥面的圆锥顶角大于第二子内锥面的圆锥顶角；第一内锥面包括自顶部向底部依次分布的第三子内锥面和第四子内锥面；第三子内锥面的圆锥顶角大于第四子内锥面的圆锥顶角；外锥面包括自内环的顶端向底端方向依次分布的第一子外锥面和第二子外锥面；第二子外锥面的圆锥顶角大于第一子外锥面的圆锥顶角。本发明还公开一种风电设备及用于减小风电锁紧盘应力的方法。上述方案能解决目前的风电锁紧盘的锥面应力分布较大的问题。

Description

风电锁紧盘、风电设备及用于减小风电锁紧盘应力的方法

技术领域

本发明涉及风电设备技术领域，尤其涉及一种风电锁紧盘、风电设备及用于减小风电锁紧盘应力的方法。

背景技术

风电锁紧盘是当今国际上广泛用于风机主轴与齿轮箱连接的一种无键连接装置。请参考图1，图1是一种典型的风电锁紧盘的部分应用示意图。图1中所示的风电锁紧盘包括外环100、内环200和螺栓300。在组装的过程中，风电锁紧盘是由螺栓300预紧时产生的轴向力，使得内环200与外环100之间的锥面相互作用，从而产生径向力，使得齿轮箱内的行星架400抱紧主轴500，最终实现主轴500与齿轮箱的连接。连接完成之后，行星架400与主轴500之间的摩擦力会产生扭矩，进而实现传动连接。

通过上述的工作过程可知，风电锁紧盘的扭矩传递通过内环200与外环100之间的过盈配合实现。传统的风电锁紧盘中，内环200和外环100之间的锥面配合角度相同，在组装完成之后，风电锁紧盘的锥面应力较大，最终会导致锥面上应力较高的区域在多次拆装后会发生锥面划伤的现象。这会影响风电锁紧盘的使用寿命。

发明内容

本发明公开一种风电锁紧盘，以解决目前的风电锁紧盘的锥面应力分布较大所导致的锥面在拆装过程中容易出现划伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明公开如下技术方案：

风电锁紧盘，包括内环和与所述内环通过螺栓相连的外环；其中，所述外环具有二阶台阶状内壁，所述二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，所述内环的外侧壁的表面为外锥面，所述第二内锥面与所述外锥面相贴合；

所述第二内锥面包括自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第一子内锥面和第二子内锥面，所述第一子内锥面的圆锥顶角大于所述第二子内锥面的圆锥顶角；所述第一内锥面包括自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第三子内锥面和第四子内锥面；所述第三子内锥面的圆锥顶角大于所述第四子内锥面的圆锥顶角；

所述外锥面包括第一子外锥面和第二子外锥面，所述第一子外锥面与所述第二子外锥面自所述内环的顶端向底端方向依次分布；所述第二子外锥面的圆锥顶角大于所述第一子外锥面的圆锥顶角。

优选的，上述风电锁紧盘中：

所述第一子内锥面的圆锥顶角与所述第三子内锥面的圆锥顶角相等；

所述第二子内锥面的圆锥顶角与所述第四子内锥面的圆锥顶角相等。

优选的，上述风电锁紧盘中：

所述第一子内锥面的圆锥顶角与所述第二子内锥面的圆锥顶角满足以下关系：

B1-B0＝0.1°；

其中，B1为第一子内锥面的圆锥顶角/2；B0为所述第二子内锥面的圆锥顶角/2。

优选的，上述风电锁紧盘中：

所述第一子外锥面的圆锥顶角与所述第二子外锥面的圆锥顶角满足以下关系：

A1-A0＝0.1°；

其中，A1为第二子外锥面的圆锥顶角/2；A0为第一子外锥面的圆锥顶角/2

风电设备，包括：

如上权利要求中任意一项所述的风电锁紧盘。

用于减小风电锁紧盘应力的方法，所述风电锁紧盘包括内环和与所述内环通过螺栓相连的外环；其中，所述外环具有二阶台阶状内壁，所述二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，所述内环的外侧壁的表面为外锥面，所述第二内锥面与所述外锥面相贴合；其特征在于，所述的用于减小风电锁紧盘应力的方法包括如下步骤：

采用三维建模方式对所述风电锁紧盘实施有限元分析，建立有限元分析模型；

根据所述有限元分析模型确定应力峰值点；

以所述应力峰值点为界，确定第一分界线、第二分界线和第三分界线；

依据所述第一分界线，将所述第二内锥面分成自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第一子内锥面和第二子内锥面，所述第一子内锥面的圆锥顶角大于所述第二子内锥面的圆锥顶角；

依据所述第二分界线，将所述第一内锥面分成自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第三子内锥面和第四子内锥面，所述第三子内锥面的圆锥顶角大于所述第四子内锥面的圆锥顶角；

依据所述第三分界线，将所述外锥面分成自所述内环的顶端向底端方向依次分布的第一子外锥面和第二子外锥面，所述第二子外锥面的圆锥顶角大于所述外锥面的圆锥顶角。

经过检测，相比于改进前，本发明公开的风电锁紧盘在传递扭矩相当的前提下，长锥贴合面与短锥贴合面的应力均减小，风电锁紧盘的锥面处的应力减小，能避免风电锁紧盘多次拆装所导致的锥面划伤现象，进而能延长风电锁紧盘的使用寿命。可见，本发明公开的风电锁紧盘能解决目前的风电锁紧盘的锥面应力较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种典型的风电锁紧盘应用过程中的部分示意图；

图2是本发明实施例公开的风电锁紧盘的外环的半剖图；

图3是本发明实施例公开的风电锁紧盘的外环的立体图；

图4是本发明实施例公开的风电锁紧盘的内环的半剖图；

图5是本发明实施例公开的风电锁紧盘的内环的局部立体图；

图6是本发明实施例公开的风电锁紧盘与背景技术公开的风电锁紧盘的试验对比图；

图7是风电锁紧盘的有限元分析模型示意图。

附图标记说明：

100-外环、200-内环、300-螺栓、400-行星架、500-主轴；

100‵-外环、110‵-第二子内锥面、120‵-第一子内锥面、130‵-第四子内锥面、140‵-第三子内锥面、200‵-内环、210‵-第一子外锥面、220‵-第二子外锥面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图2-5，本发明实施例公开一种风电锁紧盘。所公开的风电锁紧盘的组成与背景技术所述的风电锁紧盘相同，均包括外环100′、内环200′和螺栓，内环200′与外环100′通过螺栓相连。

外环100′具有二阶台阶状内壁。二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，第一内锥面和第二内锥面自二阶台阶状内壁的顶端向底端方向依次分布。内环200′的外侧壁的表面为外锥面，第二内锥面与外锥面相贴合，当然，内环200′的顶端具有搭台，搭台的外表面也为锥面，用于与第一内锥面相贴合。

本申请中，同为锥面的搭台的外表面与第一内锥面长度较小，两者配合后称为短锥贴合面。相比之下，外锥面与第二内锥面长度较大，两者配合后称为长锥贴合面。

第二内锥面包括自顶部向底部依次分布的第一子内锥面120′和第二子内锥面110′。第一子内锥面120′的圆锥顶角大于第二子内锥面110′的圆锥顶角。在具体的实施过程中，第一子内锥面120′可以由第二内锥面顶部的一端拓展而成，第二内锥面剩余的部分作为第二子内锥面110′，此时，第二子内锥面110′相当于改进前的第二内锥面的一部分。

第一内锥面包括自顶部向底部依次分布的第三子内锥面140′和第四子内锥面130′，同样，第三子内锥面140′的圆锥顶角大于第四子内锥面130′的圆锥顶角。同理，在具体的实施过程中，第三子内锥面140′可以由第一内锥面顶部的一端拓展而成，第一内锥面剩余的部分作为第四子内锥面130′，此时，第四子内锥面130′相当于改进前的第一内锥面的一部分。

本发明实施例中，外锥面包括第一子外锥面210′和第二子外锥面220′。第一子外锥面210′与第二子外锥面220′自外环100‵的顶部向底部方向依次分布。第二子外锥面220′的圆锥顶角大于第一子外锥面210′的圆锥顶角。同理，在具体的实施过程中，第二子外锥面220′可以由外锥面的底部的一端拓展而成，外锥面的剩余的部分作为第一子外锥面210′，此时，第一子外锥面210′相当于改进前的外锥面的一部分。

请参考图6，经过检测，相比于改进前，本发明实施例提供的风电锁紧盘在传递扭矩相当的前提下，长锥贴合面与短锥贴合面的应力均减小，风电锁紧盘的锥面处的应力减小，能避免风电锁紧盘多次拆装所导致的锥面划伤现象，进而能延长风电锁紧盘的使用寿命。可见，本发明实施例公开的风电锁紧盘能解决目前的风电锁紧盘的锥面应力较大的问题。

本发明实施例所公开的风电锁紧盘中，第一子内锥面120′的圆锥顶角与第三子内锥面140′的圆锥顶角相等。第二子内锥面110′的圆锥顶角与第四子内锥面130′的圆锥顶角相等。

请继续参考图2，一种具体的实施方式中：第一子内锥面120′的圆锥顶角与第二子内锥面110′的圆锥顶角满足以下关系：

B1-B0＝0.1°；

其中，B1为第一子内锥面120′的圆锥顶角/2，也就是第一子内锥面120′的圆锥顶角的一半；B0为所述第二子内锥面110′的圆锥顶角/2，也就是第二子内锥面110′的圆锥顶角的一半。

请继续参考图4，一种具体的实施方式中：第一子外锥面210′的圆锥顶角与第二子外锥面220′的圆锥顶角满足一下关系：

A1-A0＝0.1°；

其中，A1为第二子外锥面220′的圆锥顶角/2，也就是第二子外锥面220′的圆锥顶角的一半；A0为第一子外锥面210′的圆锥顶角/2，也就是第一子外锥面210′的圆锥顶角的一半。

经过检测及锥面的应力分布图观察得出，上述实施例中，第一子内锥面120′的圆锥顶角与第二子内锥面110′的圆锥顶角之间的关系，第三子内锥面140′的圆锥顶角与第四子内锥面130′的圆锥顶角之间的关系，以及第一子外锥面210′的圆锥顶角与第二子外锥面220′的圆锥顶角之间的关系能使得外环100‵与内环200‵之间的锥面应力分布较小，也较为均匀，能缓解应力集中对零部件的损坏。

基于本发明实施例公开的风电锁紧盘，本发明实施例还公开一种风电设备。所公开的风电设备包括上文实施例中任意一项所述的风电锁紧盘。

在实施本发明创造的过程中，如何确定第一子内锥面120′和第二子内锥面110′、第三子内锥面140′和第四子内锥面130′以及第一子外锥面210′和第二子外锥面220′之间的分界线至关重要。通常，生产厂家会根据风电锁紧盘的使用效果，找出磨损最严重的部位，并将这些部位作为上述三个分界线。

本发明实施例公开一种用于减小风电锁紧盘应力的方法，该风电锁紧盘包括内环200′和与内环200′通过螺栓相连的外环100′。其中，内环200′具有二阶台阶状内壁，二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，外环100′的外侧壁的表面为外锥面，第二内锥面与外锥面相贴合。上述减少风电锁紧盘应力的方法包括如下步骤：

步骤a、采用三维建模方式对所述风电锁紧盘实施有限元分析，建立有限元分析模型，如图7所示。

步骤b、根据所述有限元分析模型确定应力峰值点。

根据有限元分析模型计算每个点的应力，根据应力大小确定应力最大的应力峰值点，根据应力峰值点确定相应的具体位置。

步骤c、以所述应力峰值点为界，确定第一分界线、第二分界线和第三分界线。

步骤d、依据所述第一分界线，将第一内锥面分成自顶部向底部依次分布的第一子内锥面120‵和第二子内锥面110‵，第一子内锥面120‵的圆锥顶角大于第二子内锥面110‵的圆锥顶角，同时确定第一子内锥面120‵的长度为H2。

步骤e、依据所述第二分界线，将第二内锥面分成自顶部向底部依次分布的第三子内锥面140‵和第四子内锥面130‵，第三子内锥面140‵的圆锥顶角大于第四子内锥面130‵的圆锥顶角，同时确定第三子内锥面140‵的长度为H1。

步骤f、依据所述第三分界线，将外锥面分成自顶端向底端依次分布的第一子外锥面210‵和第二子外锥面220‵，第二子外锥面220‵的圆锥顶角大于第一子外锥面210‵的圆锥顶角，同时确定第二子外锥面220‵的长度为h1。

需要说明的是，本发明实施例中H2、H1和h1与整个风电锁紧盘的尺寸相关，风电锁紧盘的规则不同，上述数值H2、H1和h1也不相同，因此，本申请不对上述数值作具体限制。

需要说明的是，本文中顶端和底端指的是风电锁紧盘布置螺栓的一端为顶端，另一端为底端。

本文中，各个优选方案仅仅重点描述的是与其它方案的不同，各个优选方案只要不冲突，都可以任意组合，组合后所形成的实施例也在本说明书所公开的范畴之内，考虑到文本简洁，本文就不再对组合所形成的实施例进行单独描述。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.风电锁紧盘，包括内环和与所述内环通过螺栓相连的外环；其中，所述外环具有二阶台阶状内壁，所述二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，所述内环的外侧壁的表面为外锥面，所述第二内锥面与所述外锥面相贴合；其特征在于：

所述第二内锥面包括自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第一子内锥面和第二子内锥面，所述第一子内锥面的圆锥顶角大于所述第二子内锥面的圆锥顶角；所述第一内锥面包括自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第三子内锥面和第四子内锥面；所述第三子内锥面的圆锥顶角大于所述第四子内锥面的圆锥顶角；

所述外锥面包括第一子外锥面和第二子外锥面，所述第一子外锥面与所述第二子外锥面自所述内环的顶端向底端方向依次分布；所述第二子外锥面的圆锥顶角大于所述第一子外锥面的圆锥顶角。

2.根据权利要求1所述的风电锁紧盘，其特征在于：

所述第一子内锥面的圆锥顶角与所述第三子内锥面的圆锥顶角相等；

所述第二子内锥面的圆锥顶角与所述第四子内锥面的圆锥顶角相等。

3.根据权利要求2所述的风电锁紧盘，其特征在于：

所述第一子内锥面的圆锥顶角与所述第二子内锥面的圆锥顶角满足以下关系：

B1-B0＝0.1°；

其中，B1为第一子内锥面的圆锥顶角/2；B0为所述第二子内锥面的圆锥顶角/2。

4.根据权利要求1所述的风电锁紧盘，其特征在于：

所述第一子外锥面的圆锥顶角与所述第二子外锥面的圆锥顶角满足以下关系：

A1-A0＝0.1°；

其中，A1为第二子外锥面的圆锥顶角/2；A0为第一子外锥面的圆锥顶角/2。

5.风电设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-4中任意一项所述的风电锁紧盘。

6.用于减小风电锁紧盘应力的方法，所述风电锁紧盘包括内环和与所述内环通过螺栓相连的外环；其中，所述外环具有二阶台阶状内壁，所述二阶台阶状内壁包括第一内锥面和第二内锥面，所述内环的外侧壁的表面为外锥面，所述第二内锥面与所述外锥面相贴合；其特征在于，所述的用于减小风电锁紧盘应力的方法包括如下步骤：

采用三维建模方式对所述风电锁紧盘实施有限元分析，建立有限元分析模型；

根据所述有限元分析模型确定应力峰值点；

以所述应力峰值点为界，确定第一分界线、第二分界线和第三分界线；

依据所述第一分界线，将所述第二内锥面分成自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第一子内锥面和第二子内锥面，所述第一子内锥面的圆锥顶角大于所述第二子内锥面的圆锥顶角；

依据所述第二分界线，将所述第一内锥面分成自所述外环的顶部向底部方向依次分布的第三子内锥面和第四子内锥面，所述第三子内锥面的圆锥顶角大于所述第四子内锥面的圆锥顶角；

依据所述第三分界线，将所述外锥面分成自所述内环的顶端向底端方向依次分布的第一子外锥面和第二子外锥面，所述第二子外锥面的圆锥顶角大于所述外锥面的圆锥顶角。