CN106151438A - 具有过载保护装置的风电齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有过载保护装置的风电齿轮箱,包括齿轮箱箱体、输入轴、输出轴、用于在所述输入轴与输出轴之间传递动力的行星齿轮机构以及设置于行星齿轮机构与输出轴之间的离合器；所述行星齿轮机构的太阳轮用于接受动力输入轴的动力，行星齿轮机构的内齿圈以过载时固定、非过载时可转动的方式设置并在非过载时用于将动力传递至动力输出轴，行星齿轮机构的行星架以非过载时固定、过载时可转动的方式设置并在过载时用于驱动离合器分离以切断行星齿轮机构与输出轴之间的动力传递。

Description

具有过载保护装置的风电齿轮箱

技术领域

本发明涉及风电齿轮箱领域，具体涉及一种具有过载保护装置的风电齿轮箱。

背景技术

风力发电作为一种可再生能源，近年来发展迅速，无论陆地还是海上的装机容量都在持续增长，为人类实现可持续发展提供源源不断的动力。

风电齿轮箱属于风电机组的关键零部件，有着高可靠性和长寿面的要求，其通常是由齿轮箱箱体、齿轮组、输入轴和输出轴组成，输入轴用于接受风动力，输出轴通过联轴器输出至发动机组，齿轮箱在工作过程中由于突发堵转、异物卡住或者风动力异常输入时，会发生齿轮箱峰值载荷过大，造成行星齿轮组打齿，最终导致齿轮组发生损坏，为保证风电齿轮箱的可靠性，目前在对齿轮箱进行设计时，往往直接加大安全系数，增大齿轮组件各个齿轮的选型，保证齿轮箱能够承受住极大的载荷，然而，这种设计方式的结果会造成齿轮箱整体尺寸和自重较大，制造成本较高，经济性较差，而且在传动过程中，大尺寸的齿轮组件的动力损耗较大，导致整个风电齿轮箱的传动效率降低。

因此，为解决以上问题，需要一种能够在齿轮箱发生过载时，自动切断齿轮箱传动的具有过载保护装置的风电齿轮箱，该齿轮箱在不增加齿轮尺寸大小和自重的前体下，能够有效提高齿轮箱的可靠性与使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在齿轮箱发生过载时，自动切断齿轮箱传动的具有过载保护装置的风电齿轮箱，该齿轮箱在不增加齿轮尺寸大小和自重的前体下，能够有效提高齿轮箱的可靠性与使用寿命。

本发明的具有过载保护装置的风电齿轮箱，包括齿轮箱箱体、输入轴、输出轴、用于在所述输入轴与输出轴之间传递动力的行星齿轮机构以及设置于行星齿轮机构与输出轴之间的离合器；行星齿轮机构的太阳轮用于接受输入轴输入的动力，行星齿轮机构的内齿圈以过载时固定、非过载时可转动的方式设置并在非过载时用于将动力传递至动力输出轴，行星齿轮机构的行星架以非过载时固定、过载时可转动的方式设置并在过载时用于驱动离合器分离以切断行星齿轮机构与输出轴之间的动力传递；

进一步，所述行星齿轮机构的行星架通过一个或多个在过载时可断开的的螺栓与齿轮箱箱体固定；

本发明的具有过载保护装置的风电齿轮箱还包括用于锁定行星齿轮机构的内齿圈转动的制动器；所述制动器包括弹簧、通过弹簧可压紧于与内齿圈固定的内齿圈输出轴套表面的制动片以及铰接于齿轮箱箱体用于阻碍制动片压向内齿圈输出轴套的杠杆，所述杠杆一端通过所述螺栓与齿轮箱箱体固定并在螺栓断开后解除对制动片的阻碍作用；

进一步，所述行星齿轮机构的行星架沿轴向延伸形成可穿过内齿圈输出轴套的行星架输出轴，所述内齿圈输出轴套以正转时传动反转时滑动的方式配合于一连接器，所述行星架输出轴以正转时滑动反转时传动的方式配合于该连接器，所述连接器传动连接于丝杆螺母机构的丝杆，所述离合器的主动盘设置于丝杆螺母机构的螺母上并通过丝杆的正反转控制离合器的接合或分离；

进一步，所述连接器包括用于与行星架输出轴配合的内筒以及与内齿圈输出轴套配合的外筒，所述行星架输出轴与内齿圈输出轴套与连接器之间通过超越离合结构实现单向传动，且行星架输出轴和内齿圈输出轴套与连接器的超越方向相反；

进一步，所述行星架输出轴和内齿圈输出轴套的外圆面形成棘轮结构，所述内筒与外筒的内壁上设有分别用于与棘轮结构的行星架输出轴和内齿圈输出轴套配合的活动推力块；

进一步，所述离合器包括设置于所述螺母外端面的凹槽以及一体成形于输出轴内端面可与凹槽配合实现传动的凸块；

本发明的具有过载保护装置的风电齿轮箱还包括用于将输入轴的动力增速减矩后输出至行星齿轮机构的行星齿轮增速器，所述增速器的行星架传动连接于输入轴用于接受输入轴的动力，增速器的内齿圈固定于壳体内壁，增速器的太阳轮传动连接于行星齿轮机构的太阳轮。

本发明的有益效果是：本发明的具有过载保护装置的风电齿轮箱，风动力可由输入轴输入至本齿轮箱，当输入的扭矩在设定范围内时，输入轴的动力传递至行星齿轮机构的太阳轮并驱动太阳轮转动，此时行星齿轮机构的行星架固定于壳体，动力将由内齿圈输出，内齿圈传动连接于一轴套，该轴套可通过常接合的离合器将动力输出至动力输出轴，再由动力输出轴传递至发电机组，当动力输出轴输入的扭矩超过设定值后，行星齿轮机构的内齿圈将与箱体固定，同时，行星齿轮机构的行星架与箱体分离，此时，动力将由行星架输入，根据行星齿轮结构的传动特点，行星架的动力输出方向将与内齿圈的动力输出方向相反，利用这个特性在动力反转时，驱动离合器分离，以切断向输出轴传递的动力，实现过载保护的目的，本发明中，控制行星齿轮机构的行星架、内齿圈与箱体交替分离的机构可以为过载会发生破坏的起销轴作用的螺栓或者是采用电磁式离合器由扭矩传感器进行控制，反转时能够驱动离合器分离的装置可采用现有能够将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动装置实现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的连接器的结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图。

具体实施方式

图1是本发明的结构示意图；如图所示，本实施例的具有过载保护装置的风电齿轮箱包括齿轮箱箱体3、输入轴、输出轴、用于在所述输入轴与输出轴之间传递动力的一级行星齿轮增速器2和二级行星齿轮减速机构以及设置于行星齿轮机构与输出轴之间的离合器；所述二级行星齿轮机构的太阳轮12用于接受动力输入轴1的动力，二级行星齿轮机构的内齿圈14以过载时固定、非过载时可转动的方式设置并在非过载时用于将动力传递至动力输出轴10，二级行星齿轮机构的行星架13以非过载时固定、过载时可转动的方式设置并在过载时用于驱动离合器分离以切断行星齿轮机构与输出轴之间的动力传递；风动力可由输入轴输入至本齿轮箱，当输入的扭矩在设定范围内时，输入轴的动力传递至行星齿轮机构的太阳轮12并驱动太阳轮12转动，此时行星齿轮机构的行星架13固定于壳体，动力将由内齿圈14输出，内齿圈14传动连接于一轴套，该轴套可通过常接合的离合器将动力输出至动力输出轴10，再由动力输出轴10传递至发电机组，当动力输出轴10输入的扭矩超过设定值后，行星齿轮机构的内齿圈14将与箱体3固定，同时，行星齿轮机构的行星架13与箱体3分离，此时，动力将由行星架13输入，根据行星齿轮结构的传动特点，行星架13的动力输出方向将与内齿圈14的动力输出方向相反，利用这个特性在动力反转时，驱动离合器分离，以切断向输出轴传递的动力，实现过载保护的目的，本发明中，控制二级行星齿轮机构的行星架13、内齿圈14与箱体3交替分离的机构可以为过载会发生破坏的起销轴作用的螺栓4或者是采用电磁式离合器由扭矩传感器进行控制，反转时能够驱动离合器分离的装置可采用现有能够将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动装置实现。

本实施例中，所述二级行星齿轮机构的行星架13通过一个或多个在过载时可断开的起销轴作用的螺栓4与齿轮箱箱体3固定，动力由行星齿轮机构的太阳轮12传递至内齿圈14时，行星架13将会承受一个反作用力，当传递的扭矩超过设定值后，该反作用力能够剪断螺栓4，使行星架13与箱体3分离，采用这种结构控制行星架13的离合状态，其结构简单，成本较低且容易实现。

本实施例的具有过载保护装置的风电齿轮箱还包括用于锁定二级行星齿轮机构的内齿圈14转动的制动器；所述制动器包括弹簧7、通过弹簧7可压紧于与内齿圈14固定的内齿圈输出轴套11表面的制动片8以及铰接于齿轮箱箱体3用于阻碍制动片8压向内齿圈输出轴套11的杠杆5，所述杠杆5一端通过所述螺栓4与齿轮箱箱体3固定并在螺栓4断开后解除对制动片8的阻碍作用；当螺栓4断开后，制动片8在弹簧7的压力向压向内齿圈输出轴套11外表面，使与其连接的行星架13与箱体3固定，为提高制动片8对内齿圈输出轴套11的制动能力，内齿圈输出轴套11外圆可具有凹凸结构以增大制动片8与其作用的制动力。

本实施例中，所述二级行星齿轮机构的行星架13沿轴向延伸形成可穿过内齿圈输出轴套11的行星架输出轴6，所述内齿圈输出轴套11以正转时传动反转时滑动的方式配合于一连接器，所述行星架输出轴6以正转时滑动反转时传动的方式配合于该连接器，所述连接器传动连接于丝杆螺母9机构的丝杆，所述离合器的主动盘设置于丝杆螺母9机构的螺母9上并通过丝杆的正反转控制离合器的接合或分离，在非过载的状态下，内齿圈输出轴套11能够带动连接器一同正转，并使离合器的主动盘压向从动盘使离合器处于接合状态，并使动力能够从内齿圈输出轴套11传递至动力输出轴10，在过载状态下，行星架输出轴6能够带动连接器一同反转，并使离合器的主动盘压远离从动盘使离合器处于分离状态，进而切断传递至动力输出轴10的动力。

本实施例中，所述连接器包括用于与行星架输出轴6配合的内筒15以及与内齿圈输出轴套11配合的外筒17，所述行星架输出轴6与内齿圈输出轴套11和连接器之间均通过超越离合结构实现单向传动，且行星架输出轴6和内齿圈输出轴套11与连接器的超越方向相反，超越离合器用于在原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件，它是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换具有自行离合功能的装置；可采用现有一切形式的超越离合结构实现本发明的目的，如楔块式超越离合器、滚珠式超越离合器和棘轮式超越离合器。

本实施例中，所述行星架输出轴6和内齿圈输出轴套11的外圆面形成棘轮结构，所述内筒15与外筒17的内壁上设有分别用于与棘轮结构的行星架输出轴6和内齿圈输出轴套11配合的活动推力块；该活动推力块为楔形结构，行星架输出轴6与内齿圈输出轴套11和连接器之间形成楔块式超越离合结构，其具体构造可类比现有楔块式超越离合器，不再累述。

本实施例中，所述离合器包括设置于所述螺母9外端面的凹槽以及一体成形于输出轴内端面可与凹槽配合实现传动的凸块；当动力由行星齿轮机构的内齿圈14输出时，利用丝杆转动将螺母9向外推出至与动力输出轴10内端面上的凸块接合并进行动力传递，当动力由行星齿轮机构的行星架13输出时，利用丝杆反转将螺母9向内拉回至与动力输出轴10内端面上的凸块分离并切断动力传递。

本发明的具有过载保护装置的风电齿轮箱还包括用于将输入轴的动力增速减矩后输出至行星齿轮机构的行星齿轮增速器2，所述增速器2的行星架13传动连接于输入轴用于接受输入轴的动力，增速器2的内齿圈14固定于壳体内壁，增速器2的太阳轮12传动连接于行星齿轮机构的太阳轮12，由于风动力输入时的转动较低，因此采用增速器2对其输入的转动进行增速，以满足发电机组输入转速的要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:包括齿轮箱箱体、输入轴、输出轴、用于在所述输入轴与输出轴之间传递动力的行星齿轮机构以及设置于行星齿轮机构与输出轴之间的离合器；所述行星齿轮机构的太阳轮用于接受动力输入轴的动力，行星齿轮机构的内齿圈以过载时固定、非过载时可转动的方式设置并在非过载时用于将动力传递至动力输出轴，行星齿轮机构的行星架以非过载时固定、过载时可转动的方式设置并在过载时用于驱动离合器分离以切断行星齿轮机构与输出轴之间的动力传递。

2.根据权利要求1所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:所述行星齿轮机构的行星架通过一个或多个在过载时可断开的的螺栓与齿轮箱箱体固定。

3.根据权利要求1所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:还包括用于锁定行星齿轮机构的内齿圈转动的制动器；所述制动器包括弹簧、通过弹簧可压紧于与内齿圈固定的内齿圈输出轴套表面的制动片以及铰接于齿轮箱箱体用于阻碍制动片压向内齿圈输出轴套的杠杆，所述杠杆一端通过所述螺栓与齿轮箱箱体固定并在螺栓断开后解除对制动片的阻碍作用。

4.根据权利要求1所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:所述行星齿轮机构的行星架沿轴向延伸形成可穿过内齿圈输出轴套的行星架输出轴，所述内齿圈输出轴套以正转时传动反转时滑动的方式配合于一连接器，所述行星架输出轴以正转时滑动反转时传动的方式配合于该连接器，所述连接器传动连接于丝杆螺母机构的丝杆，所述离合器的主动盘设置于丝杆螺母机构的螺母上并通过丝杆的正反转控制离合器的接合或分离。

5.根据权利要求1所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:所述连接器包括用于与行星架输出轴配合的内筒以及与内齿圈输出轴套配合的外筒，所述行星架输出轴与内齿圈输出轴套和连接器之间均通过超越离合结构实现单向传动，且行星架输出轴和内齿圈输出轴套与连接器的超越方向相反。

6.根据权利要求1所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:所述行星架输出轴和内齿圈输出轴套的外圆面形成棘轮结构，所述内筒与外筒的内壁上设有分别用于与棘轮结构的行星架输出轴和内齿圈输出轴套配合的活动推力块。

7.根据权利要求6所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:所述离合器设置于所述螺母外端面的凹槽以及一体成形于输出轴内端面可与凹槽配合实现传动的凸块。

8.根据权利要求7所述的具有过载保护装置的风电齿轮箱，其特征在于:还包括用于将输入轴的动力增速减矩后输出至行星齿轮机构的行星齿轮增速器，所述增速器的行星架传动连接于输入轴用于接受输入轴的动力，增速器的内齿圈固定于壳体内壁，增速器的太阳轮传动连接于行星齿轮机构的太阳轮。