CN107002822B - 铰接式支承的行星柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星齿轮级(101)，其具有行星架(119)、至少一个行星齿轮(107、109)和至少一个行星柱(115)；其中，行星齿轮(107、109)以能围绕转动轴线转动的方式支承在行星柱(115)中。行星柱(115)以如下方式固定在行星架(119)中，即，使行星柱(115)能够与转动轴线正交地相对于行星架(119)的至少一个部分倾斜。

Description

铰接式支承的行星柱

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮级。

背景技术

风力发电设备的传动装置通常具有至少一个行星齿轮级。被风环流的转子在此驱动转子轴，转子轴抗相对转动地(drehfest)与行星架连接。作用到行星架上的转矩借助以能转动的方式支承在行星架内的行星齿轮传递到太阳轮上。为此，行星齿轮与太阳轮和固定不动的齿圈咬合。

在这种传动装置中有重要意义的是行星架的刚度，这是因为变形影响行星齿轮相对齿圈和太阳轮的取向。行星齿轮的错误的取向会使行星齿轮级的啮合部的齿面接触区图样(Tragbilder)变得很糟糕并且因此可能会由于磨损加剧而导致传动装置提前停止运行。然而，行星齿轮的取向由行星架确定。这对有待遵循的制造公差有很高的要求。尺寸偏差无法通过行星齿轮的刚性的固定得到均衡。

即使在行星架的刚性的设计方案中，也无法避免轻微的变形。这种变形可以通过如下方式得到补偿，即，如下这样地设计行星传动装置，即，使它的部件不在静止状态中，而是在施加额定负荷时以及随之产生变形时才被正确地定位。然而若出现了与额定负荷的偏差，那么错误的定位还是无法避免。

行星架的必需的刚性的设计提高了其质量和结构空间需求以及尤其导致了成本上升。

发明内容

本发明的任务是，在避开由现有技术公知的解决方案中存在的缺陷的情况下，使一种行星齿轮级尤其能够使用在流体发电设备中，例如风力发电设备中。尤其应当减少或甚至避免啮合部的可能由于因加负荷引起的变形而出现的错误定位。另外的目标则是减少质量、结构空间需求和成本。

该任务通过本发明的行星齿轮级解决。

行星齿轮级被理解为具有至少一个行星齿轮、行星架、至少一个齿圈和至少一个太阳轮的传动级。行星齿轮以能转动的方式支承在行星架中且与齿圈和/或太阳轮咬合。通常用行星架、齿圈和太阳轮来传递转动运动。具有固定不动的齿圈、能转动的行星架和能转动的太阳轮、具有能转动的齿圈、固定不动的行星架和能传动的太阳轮以及具有能传动的齿圈、能转动的行星架和固定不动的太阳轮的这些实施形式是能够想到的。在此，行星齿轮级实现了传动装置自由度为2。由于固定不动的齿圈、固定不动的行星架或固定不动的太阳轮而保留下为1的传动装置自由度。

也被称为传动装置运行自由度的术语“传动装置自由度”的一般定义可以在“Dubbel(杜贝尔机械设计手册)”(Karl Heinrich Grote,Feldhusen:“Dubbel”，第22版，2007年)中找到。(为2的传动装置自由度被为1的传动装置自由度所取代)在传动装置自由度为1时，根据传动装置部件的任意选择的转速明确地确定其余传动装置部件的转速。

传动级被理解为传动装置的范围。在此，各两个属于传动级的传动装置部件(直接或经由另外的属于该传动级的传动装置部件)以如下方式彼此作用连接，即，可以传递轴向的，也就是说沿着各传动装置部件的转动轴线取向的转矩。

根据本发明的行星齿轮级除了至少一个行星齿轮外还具有至少一个行星柱。行星柱指的是用于支承行星齿轮的轴。行星齿轮因此以能转动的方式支承在行星柱中。行星齿轮尤其能相对行星架转动。转动的方向限定了转动轴线。行星齿轮优选在没有平移的自由度以及具有正好一个旋转的自由度的情况下支承在行星柱中。

根据本发明，行星柱铰接式地支承在行星架中。行星柱因此没有(如现有技术公知的那样)刚性地固定在行星架中，而是可以与转动轴线正交地相对于行星架倾斜。行星柱发生倾斜相当于行星柱发生扭转。可扭转性在此会受限于特定的最大的倾斜角度。

行星柱的倾斜角度，也就是说行星柱可以从正常定位起与转动轴线正交地倾斜的角度，优选至少是10°，至少是5°，至少是3°，至少是2°，至少是1°，至少是0.5°，至少是0.25°，至少是0.15°，至少是0.1°，至少是0.05°或至少是0.01°。行星柱的正常定位表明这样的定位，在其中，行星柱没有倾斜，亦即在其中，行星柱与转动轴线同轴地取向。同轴在这种情况下意味着，使行星柱关于其是旋转对称的对称轴线与转动轴线一致。当行星齿轮级无载荷时，行星柱优选占据正常定位。

行星柱可以围绕至少一个轴线地与转动轴线正交倾斜。行星柱优选能围绕每个与转动轴线正交地延伸的轴线倾斜。

通过行星柱的倾斜能使行星齿轮相对与行星齿轮咬合的太阳轮并且/或者相对与行星齿轮咬合的齿圈取向。行星齿轮在此自动地如下这样取向，即，使在咬合的啮合部中作用的负荷最小化。由此取消了将行星架构造得尽可能刚性的必要性。取而代之的是能容忍行星架的变形，这是因为这些变形可以通过能倾斜的行星齿轮得到均衡。

在优选的改进方案中，行星齿轮级具有成对地以能转动的方式支承在行星柱上的行星齿轮。因此，至少两个行星齿轮以能围绕转动轴线转动的方式支承在同一行星柱中。行星齿轮级在此可以具有正好一个太阳轮、正好一个齿圈、正好两个太阳轮和/或正好两个齿圈。在两个太阳轮的情况下，两个行星齿轮中的第一个与两个太阳轮中的第一个咬合以及两个行星齿轮中的第二个与两个太阳轮中的第二个咬合。在两个齿圈的情况下，两个行星齿轮中的第一个相应地与两个齿圈中的第一个咬合以及两个行星齿轮中的第二个优选与两个齿圈中的第二个咬合。

通过两个行星齿轮获得了能倾斜的行星柱的更好的静态。在啮合部中作用的负荷因此被进一步最小化。

在此外优选的改进方案中，行星架和行星柱两件式地彼此连接，也就是说，由行星架和行星柱构成的部件被构造成两件式，其具有作为第一零件的行星架以及作为的第二零件的行星柱。通过两件式的改进方案能够使行星柱以特别简单的方式能倾斜地固定在行星架中。

此外，两件式的改进方案的优点在于，使用双重斜齿啮合部。传统的双重斜齿啮合的行星齿轮级需要两件式实施的齿圈，以便能实现行星齿轮级的组装。而根据改进方案却能使用一体式实施的双重斜齿啮合的齿圈以及一体式实施的双重斜齿啮合的太阳轮。为了安装，在将行星齿轮推移到行星柱上，从而使行星齿轮与齿圈和太阳轮咬合之前，首先对齿圈、行星柱和太阳轮定位。紧接着进行对行星架的安装。在该步骤中行星架与行星柱接合，从而使行星柱以能倾斜的方式固定在行星架中。

为了以能倾斜的方式支承行星柱，行星架在此外优选的改进方案中具有至少一个形成轴承的桶形的区域，行星柱固定在其中。桶形的区域指的是通过凹形的曲线围绕转动轴线旋转而形成的旋转体。曲线因此关于转动轴线地在转动轴线两个点的任意一个连接段上方延伸。因此，曲线沿转动轴线的方向拱曲地延伸。曲线可以例如指的是圆弧。相应地，旋转体于是构造为球截层。

旋转体优选相对与转动轴线正交地延伸的平面镜像对称。这相当于上述曲线相对该平面镜像对称地延伸。

如下桶形的轴承是特别优选的，其如下这样成形，即，在倾斜时，行星柱在轴承内或者在轴承面上滚过。这减小了行星柱与轴承之间产生的摩擦。因此磨损减小，由此又引起了更佳的耐用性。

在优选的改进方案中，行星架具有至少一个侧板(Wange)和至少一个轴颈。行星架尤其可以具有正好一个侧板。轴颈在此相对于侧板固定住轴承。为此，轴颈在侧板与轴承之间延伸且因此将轴承与侧板连接起来。

侧板用于引导轴颈并且将来自处在流动的流体中的和被该流动的流体驱动的转子的转矩传递到轴颈上。轴颈相应地(一体式或两件式地)固定在侧板中。轴颈和轴承又优选一体地彼此固定，也就是说，行星架的一体式实施的部件构成了轴颈和轴承。

在此外还优选的改机方案中，行星柱是空心的，亦即具有空腔。空腔被理解为处在主体(在此为行星柱)的两个点之间的连接线上的所有点的集合，其中，空腔的点不属于该主体。

根据本发明的行星柱至少在径向方向上，也就是说与转动轴线正交地，优选在每一个与转动轴线正交的方向上，相对于行星架固定。在此至少指的是形状锁合(formschlüssig)的连接。行星柱因此在径向方向上至少形状锁合地固定在行星架中。这意味着，行星柱在径向方向上借助形锁合定位在行星架中。

此外，行星柱可以相对于行星架在轴向方向上，也就是说在转动轴线的方向上被固定。行星柱优选也在轴向方向上至少形状锁合地固定在行星架中，也就是说，行星柱在轴向方向上借助形状锁合定位在行星架中。

当优选通过桶形的轴承进行行星柱在行星架中在径向方向上的固定时，行星柱在优选的改进方案中为了轴向固定在行星架中而具有第一凸肩和第二凸肩。行星柱的第一凸肩可以朝着第一轴向方向地支靠在行星架的相应的凸肩上。行星柱由此相对于行星架朝着第一轴向方向固定。行星柱的第二凸肩可以朝着与第一轴向方向相反的第二轴向方向地支靠在挡圈上。该挡圈被引入到行星架的槽中。挡圈可以相应地朝着第二轴向方向地支靠在槽上。因此，行星柱相对于行星架朝着第二轴向方向固定。

第一轴向方向和第二轴向方向平行于转动轴线以及彼此相反地延伸。

在另外优选的实施形式中，行星柱关于转动轴线抗相对转动地固定在行星架中。固定优选形状锁合地实现，例如借助桶形的区域的和相应成形出的行星柱的非圆形的横截面或者借助在桶形的区域中的或在行星柱中的轴向延伸的槽实现。行星柱于是具有正好两个旋转的自由度，亦即具有与行星齿轮的转动轴线正交的可倾斜性。

总之，本发明提供了一种行星齿轮级，所述行星齿轮级具有行星架、至少一个行星齿轮和至少一个行星柱；其中，所述行星齿轮以能围绕转动轴线转动的方式支承在所述行星柱上；其中

所述行星柱固定在所述行星架中，从而所述行星柱能够与所述行星齿轮的转动轴线正交地相对于所述行星架的至少一个部分倾斜，

其特征在于，

所述行星柱具有第一凸肩和第二凸肩；其中

所述行星架具有凸肩和槽；其中

挡圈被引入到所述槽中；其中

所述行星柱的第一凸肩能够支靠在所述行星架的凸肩上，从而使所述行星柱相对于所述行星架朝着第一轴向方向固定；并且其中

所述行星柱的第二凸肩能够支靠在所述挡圈上，从而使所述行星柱相对于所述行星架朝着第二轴向方向固定。

优选地，所述行星齿轮级具有至少两个行星齿轮，其中

所述两个行星齿轮以能围绕转动轴线转动的方式支承在所述行星柱中。

优选地，所述行星架和所述行星柱两件式地彼此连接。

优选地，所述行星架具有至少一个桶形的轴承，其中，所述行星柱固定在所述轴承上。

优选地，所述行星架具有至少一个侧板和至少一个轴颈，其中

所述轴颈将所述轴承与所述侧板连接起来。

优选地，所述行星柱是空心的。

优选地，所述行星柱形状锁合地固定在所述行星架上。

优选地，所述行星柱关于转动轴线抗相对转动地固定在所述行星架上。

本发明还提供了一种如上所述的行星齿轮级的行星架。

本发明还提供了一种如上所述的行星齿轮级的行星柱。

附图说明

本发明的优选的实施例在附图中示出。一致的附图标记在此标注相同的或功能相同的特征。其中详细地：

图1示出具有铰接式支承的行星柱的行星齿轮级；

图2a示出在静止定位中的铰接式支承的行星柱；

图2b示出在负荷下的铰接式支承的行星柱；以及

图3示出行星齿轮级的安装。

具体实施方式

根据图1的行星齿轮级101具有带第一啮合部105a和第二啮合部105b的齿圈103。第一啮合部105a与第一行星齿轮107咬合。相应地，第二啮合部105b与第二行星齿轮109咬合。

太阳轮111同样如齿圈103那样具有两个啮合部，亦即第一啮合部113a和第二啮合部113b。第一行星齿轮107与第一啮合部113a咬合。第二行星齿轮109与第二啮合部113b咬合。

第一行星齿轮107和第二行星齿轮109围绕共同的行星柱115延伸。第一行星齿轮107和第二行星齿轮109分别借助两个轴承117以能转动的方式支承在行星柱115中。

行星柱115和基础体一起形成了行星架119，基础体由用于转子或转子轴的联接件121、侧板123和轴颈125构成。轴颈125具有桶形的区段127，行星柱115以能倾斜的方式支承在该桶形的区段中。桶形的区段127的曲率在图1中以及在其余的图中被夸张地示出，以便阐明系统的工作方式。而从技术观点看，大于五十米的曲率半径更为优选。

联接件121、侧板123和轴颈125一体式地彼此连接。

行星柱115设有环形的增强结构129。增强结构129径向向外延伸到第一行星齿轮107与第二行星齿轮109之间的间隙中。

图2a和2b阐明了行星柱115在轴颈125的桶形的区段127中的支承的结构和工作方式。为了确保行星柱115在轴颈125中的轴向的固定，行星柱115构造有第一凸肩201和第二凸肩203。另外的凸肩205则处在轴颈125中。

行星柱115的第一凸肩201朝着第一方向207支靠在轴颈125的凸肩205上。行星柱115以其第二凸肩203朝着与第一方向207相反地延伸的第二方向209地支靠在挡圈211上。挡圈211借助槽固定在轴颈125上。

图2a示出了静止定位，也就是说如下这样的定位，在其中没有力作用到行星柱115和轴颈125上。在轴颈125的桶形的区段127与行星柱115之间的接触位置213因此在轴向方向上关于桶形的区段127和行星柱115居中地确位。

在负荷下，轴颈125变弯。图2b示出了这一情况。而行星柱115则通过与齿圈103和太阳轮111咬合的行星齿轮107、109保持在定位中。这导致，行星柱115以其内部面在桶形的区段127上滚过。接触位置213相应地沿轴向方向移动。行星柱115因此与轴颈125的变弯无关。

为了能够实现行星柱115的滚过，在行星柱115与桶形的区段127之间存在刚好一个接触位置213，该接触位置尤其不是环绕式的。这可以通过在行星柱115与桶形的区段127之间的很小的径向间隙实现。若行星柱115与桶形的区段127在多个位置上或沿着切向环绕的面处于接触时，行星柱115不再能够在桶形的区段127上滚过，而是在桶形的区段127的表面上滑移。

增强结构129用于在径向方向上改善行星柱115的刚性。在通过行星架119对着齿圈123旋转式的压紧实现对轴颈125的加负荷时，行星柱115通常在接触区域213中扭曲。这阻碍了行星柱115能够在桶形的区域127上滚过。通过围绕接触区域213的增强结构就最小化了行星柱115的这样的扭曲。

用于安装行星齿轮级101的方法在图3中示出。在第一步骤301中，第一行星齿轮107利用所属的轴承117安置到行星柱115上。相应地在第二步骤303中，第二行星齿轮119利用所属的轴承117安置到行星柱115上。在此，第一步骤301和第二步骤303的顺序可以任意选择。因此，第一步骤301可以在第二步骤303之前实施或第二步骤303可以在第一步骤301之前实施。

第一步骤301和第二步骤303要求齿圈103的合适的定位。齿圈103可以关于行星柱115居中地定位，从而第一行星齿轮107在第一步骤301中以及第二行星齿轮109在第二步骤303中被引入到行星柱115与齿圈103之间的空间内。替选地，先将第一行星齿轮在第一步骤301中安置到行星柱115上。在实施第二步骤303之前，在这种情况下进行齿圈103的安装。为此，在第二步骤303中置入第二行星齿轮109之前，先将第一行星齿轮107和行星柱115一起导入到齿圈103中。

在第三步骤305中安装行星架119。为此，将桶形的区域127导入到行星柱115中。行星柱115到轴颈125上的固定最终借助挡圈211实现，挡圈被分别置入到轴颈125的槽307中。

附图标记列表

101 行星齿轮级

103 齿圈

105a 齿圈的第一啮合部

105b 齿圈的第二啮合部

107 第一行星齿轮

109 第二行星齿轮

111 太阳轮

113a 太阳轮的第一啮合部

113b 太阳轮的第二啮合部

115 行星柱

117 轴承

119 行星架

121 联接件

123 侧板

125 轴颈

127 桶形的区段

129 增强结构

201 第一凸肩

203 第二凸肩

205 行星架的凸肩

207 第一方向

209 第二方向

211 挡圈

213 接触位置

301 第一步骤

303 第二步骤

305 第三步骤

307 槽

Claims (10)

1.一种行星齿轮级(101)，所述行星齿轮级具有行星架(119)、至少一个行星齿轮(107、109)和至少一个行星柱(115)；其中，所述行星齿轮(107、109)以能围绕转动轴线转动的方式支承在所述行星柱(115)上；其中

所述行星柱(115)固定在所述行星架(119)中，从而所述行星柱(115)能够与所述行星齿轮(107、109)的转动轴线正交地相对于所述行星架(119)的至少一个部分倾斜，

其特征在于，

所述行星柱(115)具有第一凸肩(201)和第二凸肩(203)；其中

所述行星架(119)具有凸肩(205)和槽(307)；其中

挡圈(211)被引入到所述槽(307)中；其中

所述行星柱(115)的第一凸肩(201)能够支靠在所述行星架(119)的凸肩(205)上，从而使所述行星柱(115)相对于所述行星架(119)朝着第一轴向方向固定；并且其中

所述行星柱(115)的第二凸肩(203)能够支靠在所述挡圈(211)上，从而使所述行星柱(115)相对于所述行星架(119)朝着第二轴向方向固定。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮级(101)，其特征在于

具有至少两个行星齿轮(107、109)，其中

所述两个行星齿轮(107、109)以能围绕转动轴线转动的方式支承在所述行星柱(115)中。

3.根据权利要求1或2所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星架(119)和所述行星柱(115)两件式地彼此连接。

4.根据权利要求1或2所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星架(119)具有至少一个桶形的轴承(127)，其中，所述行星柱(115)固定在所述轴承(127)上。

5.根据权利要求4所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星架(119)具有至少一个侧板(123)和至少一个轴颈(125)，其中

所述轴颈(125)将所述轴承(127)与所述侧板(123)连接起来。

6.根据权利要求1或2所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星柱(115)是空心的。

7.根据权利要求1或2所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星柱(115)形状锁合地固定在所述行星架(119)上。

8.根据权利要求1或2所述的行星齿轮级(101)，其特征在于，

所述行星柱(115)关于转动轴线抗相对转动地固定在所述行星架(119)上。

9.一种根据权利要求1至8中的任一项所述的行星齿轮级(101)的行星架(119)。

10.一种根据权利要求1至8中的任一项所述的行星齿轮级(101)的行星柱(115)。