CN107630973A - 减振支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减振支撑装置，包括：壳体；芯轴，其一端穿过壳体而延伸出来，用于与振动源相连；设置在壳体内且彼此间隔开的两个弹性件，各弹性件均包括内孔以套设在芯轴上，并且各弹性件均包括弹性橡胶体和嵌入在弹性橡胶体内的多个彼此平行布置的金属隔板。其中，在弹性件的远离芯轴的区域内，弹性橡胶体在径向向外的方向上延伸超出了金属隔板。

Description

减振支撑装置

技术领域

本发明涉及一种减振支撑装置，尤其是用于风力发电机组的齿轮箱的减振支撑装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，已经受到了世界各国的广泛重视。风力发电是指把风的动能转化为电能。利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大。随着国际风电市场大型化、离岸化的发展趋势，兆瓦级的大功率风力发电机组将成为主流。

在风机的叶片转动和摆动时，轮毂会给风电机组的各传动部件传递很大的作用力，从而引起各个零部件的振动并产生噪音。因此，各个部件的阻尼减振系统的设计尤为重要。为了保证风力发电机组的传动系统中各零部件的平稳运行，并尽可能减少系统运行所产生的振动与噪音，需要采用相应的减振抗噪措施。其中，齿轮箱的减振尤为重要，必须设计合适的减振支撑。为了缓冲主轴传递给齿轮箱的扭力矩，齿轮箱的减振支撑结构需要在荷载较大的反向尽可能提供较大的承载能力。

专利文献CN103075461B公开了一种用于风力发电机组的齿轮箱的减振支撑装置，其安装在风力发电机组的齿轮箱的两侧。减振支撑装置的上端与风力发电机组的齿轮箱的伸出臂连接，而下端与主机架连接。和现有技术中的其它减振支撑装置类似，这种减振支撑装置的刚度值接近为一个定值，一般不发生变化。然而，在弹性支撑装置的刚度性恒定的情况下，当其承受大载荷时，根据相关公式可知，弹性支撑装置的变形会特别大。而这种大的变形会导致被减振部件发生大幅度的摆动，在某些位置会出现刚性碰撞。同时，橡胶部分也容易损坏。因此，在本领域中，希望减振支撑装置的刚度值是可以变化的，以便例如提供更好的减振效果，并且保护被减振部件和减振支撑装置。

专利文献CN103363005A提供了一种刚度可调的锥形减振器，它包括基座、刚度调节装置、弹性件以及高度调节装置。其中，刚度调节装置包括滑块、调节螺栓、顶块和弹簧。这种锥形减振器实际上是通过一个额外的刚度调节装置来实现刚度可调的目的。然而，这一刚度调节装置的结构复杂，同时占用一定的安装空间，而且也增加了成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种减振支撑装置，其能够提供可变的刚度调节。根据本发明的减振装置尤其能够用于风力发电机组的齿轮箱的减振。

为此，根据本发明，提供了一种减振支撑装置，包括：壳体；芯轴，所述芯轴的一端穿过所述壳体而延伸出来，用于与振动源相连；设置在所述壳体内且彼此间隔开地套设在所述芯轴上的两个弹性件，各所述弹性件均包括弹性橡胶体和嵌入在所述弹性橡胶体内的多个彼此平行布置的金属隔板。其中，在所述弹性件的远离所述芯轴的区域内，所述弹性橡胶体在径向向外的方向上延伸超出了所述金属隔板。

根据一个优选的实施例，各所述弹性件的最外侧的两个金属隔板在径向向外的方向上延伸超过其它的金属隔板。

根据一个优选的实施例，所述弹性橡胶体的外径保持不变。

根据一个优选的实施例，所述弹性橡胶体的外径在两个轴向端部具有最小值，在其轴向中心位置具有最大值。

根据一个优选的实施例，所述弹性橡胶体的外部轮廓形成为圆弧面。

根据一个优选的实施例，所述弹性橡胶体的外部轮廓包括处于中心区域的外径保持恒定的中心部分，以及处于两端的外径呈线性减小的端部部分。

根据一个优选的实施例，所述弹性橡胶体与所述芯轴之间的最小距离处于0到30mm的范围内。

根据一个优选的实施例，所述两个弹性件均构造为锥形弹簧，其锥度方向彼此相反。所述芯轴包括台肩，所述台肩两侧均设有斜面，以便安装所述锥形弹簧。

根据一个优选的实施例，所述金属隔板具有大致Z形的结构，包括处于中间的锥形部分以及处于两端的折平部分。

根据一个优选的实施例，所述振动源是风力发电机组的齿轮箱。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了减振支撑装置的整体的结构示意图。

图2显示了根据本发明的减振支撑装置中的弹性件的第一实施例的结构示意图。

图3示意性地显示了在芯轴受力之后的弹性件的状态。

图4显示了根据本发明的减振支撑装置中的弹性件的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，本发明中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等均是针对所参照的附图而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了减振支撑装置100的整体结构，该减振支撑装置100尤其是可用于风力发电机组的齿轮箱的减振。如图所示，该减振支撑装置100包括壳体。在该实施例中，壳体包括上壳体10和下壳体20。上壳体10和下壳体20在其周向外侧设有一圈半开放的圆槽12和22，这些圆槽彼此对齐，未示出的螺栓从中穿过，从而将上壳体10和下壳体20彼此连接。这样，上壳体10和下壳体20共同地构成了一个完整的密闭空间。容易理解，整体式壳体同样属于本发明的保护范围内。

该减振支撑装置100还包括芯轴30，其穿过位于上壳体10顶部的开口11延伸出来。芯轴30的上端连接到法兰盘40上，并通过法兰盘40承受来自振动源(例如风力发电机组的齿轮箱)的扭力矩。芯轴30上的处于壳体内的区域设有台肩31，其两侧分别设有斜面。

在上壳体10和下壳体20所限定的空间内布置有处于上方的弹性件50和处于下方的弹性件50。这两个弹性件均构造成锥形弹簧，它们的锥度方向彼此相反，分别朝向上壳体10和下壳体20的轴向外侧逐渐减小，并且布置在台肩31的两侧的斜面上。两个弹性件50均采用内嵌有金属骨架的弹性橡胶体。

图2显示了根据本发明的减振支撑装置100中的弹性件150的第一实施例。弹性件150包括大致呈锥形的弹性橡胶体151，以及嵌入在弹性橡胶体151内的作为骨架的多个金属隔板152。这些金属隔板152优选地大致平行地布置。弹性件150还包括内孔，芯轴30便从中穿过。换句话说，弹性件150通过其内孔而安装在芯轴30上。需要说明的是，尽管为方便讨论而使用了“弹性橡胶体”这一术语，然而可以理解，其它材料的弹性体也同样地适用于本发明。另外，金属隔板的具体结构和材料可以由本领域的技术人员根据需要自由地选择。

在现有技术中，弹性橡胶体构造成在径向上处于金属隔板的内部。例如如图1所示，在弹性橡胶体51的径向外部区域(远离芯轴的区域)中，弹性橡胶体51处于金属隔板52的内侧，即相对于金属隔板52径向向内地缩回。换句话说，在弹性橡胶体51的径向外部区域中，金属隔板52相对于弹性橡胶体51径向向外地伸出。因此，在现有技术中，弹性件50的外侧具有由金属隔板52限定的大致恒定的直径。

根据本发明，如图2所示，在弹性橡胶体151的径向外部区域(远离芯轴的区域)中，弹性橡胶体151构造成延伸到金属隔板52的径向外侧，即沿径向向外的方向延伸超出了金属隔板152。也就是说，相对于金属隔板152而言，弹性橡胶体151构造成径向向外地鼓出来。或者说，相比于金属隔板152而言，弹性橡胶体151更接近壳体的内壁。因此，根据本发明，弹性件150的外侧具有由弹性橡胶体151的内侧所限定的直径。该直径可以是恒定的，也可以是变化的。

根据本发明的一个实施例，弹性橡胶体151与壳体(即对应的上壳体或下壳体)的内壁115之间的最小距离处于0到30mm的范围内。优选地，弹性橡胶体151与壳体内壁115之间的最小距离处于0到10mm的范围内。

图3显示了根据本发明的减振支撑装置100中的弹性件150的第一实施例在芯轴30受力而运动之后的状态。如图3所示，当芯轴30例如受到向下的作用力(如图3中的箭头所示)之后，处于下方的弹性件150承载，其弹性橡胶体151会更加朝向下壳体20鼓出。当承载达到极限载荷时，所鼓出的弹性橡胶体151会与下壳体20开始接触，由此，下壳体20限制了橡胶的变形。在这种情况下，弹性橡胶体151的刚度开始逐步增大。而且，随着载荷越大，刚度增加的幅度越大。

类似地，容易理解，当芯轴30受到向上的作用力时，处于上方的弹性件150承载。此时，处于上方的弹性件150的弹性橡胶体151会更加朝向上壳体10鼓出。当承载达到极限载荷时，所鼓出的弹性橡胶体151会与上壳体10开始接触，由此，上壳体10限制了橡胶的变形。在这种情况下，处于上方的弹性件150的弹性橡胶体151的刚度开始逐步增大。而且，随着载荷越大，刚度增加的幅度越大。

这样，在芯轴30受到作用力而上、下振动时，处于上方或处于下方的弹性件150的弹性橡胶体151会径向向外地鼓出而与上壳体10或下壳体20接触，其变形受到上壳体10或下壳体20的限制，导致刚度发生显著的变化。因此，通过这种方式，便为减振支撑装置100提供了变化的刚度。与现有技术相比，根据本发明的减振支撑装置100不需要设置额外的刚度调节装置，结构简单，节约了成本，同时还节省了宝贵的安装空间。

根据本发明的减振支撑装置100，在正常的工作载荷下，其刚度较小，保证了减震性能。而当承受异常大的载荷时，减振支撑装置的刚度急剧增大，达到减小动态变形、保证被减振件的安全运行的目的。

根据本发明，弹性件150的外侧由弹性橡胶体151的径向外部所限定。在图2所示的实施例中，弹性件150的弹性橡胶体151的外径在两个轴向端部具有最小值，而在其轴向中心位置具有最大值。弹性件150的弹性橡胶体151的外径从最小值逐渐地增大到最大值。在一个优选的实施例中，弹性橡胶体151的外部轮廓形成为圆弧面。这种设计具有简单的结构，制造方便，同时可以达到理想的技术效果。

根据图2所示的实施例，当弹性橡胶体151发生变形而鼓出时，弹性橡胶体151会从中间至两端逐渐地与上壳体10或下壳体20发生接触。因此，在大载荷的工况下，减振支撑装置的刚度呈现为渐变。因此，在这种情况下仍能保证有一定的减振性能，产生一个类似于“轻点刹车”的效果。这能够有利地保护被减振件和减振支撑装置。

根据本发明，如图2所示，弹性件150的金属隔板152构造为具有Z形的结构。具体地说，这种结构Z形结构的金属隔板152包括处于中间的锥形部分，以及处于两端的折平部分。具有这种Z形的金属隔板152的弹性件150和具有普通锥形隔板的弹性件类似，都具备一定的横向刚度特征，但它比具有普通锥形隔板的弹性件具有更好的橡胶、金属应力特性。普通的锥形隔板在两端形成的开口较小，承载时不利于橡胶变形。并且橡胶变形会产生内应力，两端的金属隔板很容易疲劳。相反，若干个相同的Z形金属隔板叠放时，实际在两端会形成较大开口，承载时更利于橡胶变形和应力释放。

图4显示了根据本发明的弹性件的第二实施例。如上所述，弹性件250包括若干个嵌入在弹性橡胶体251内的彼此平行但间隔开的金属隔板252，包括处于最外侧的两个金属隔板253(即最上方和最下方的金属隔板)，以及处于中间的若干金属隔板254(在图4中显示为三个)。

在该实施例中，弹性件250的外侧具有由弹性橡胶体151所限定的大致恒定的外径，其略大于最外侧的两个金属隔板253的直径。在这种情况下，弹性件250中的最外侧的两个金属隔板253在径向向外的方向上延伸超过处于中间的金属隔板254，即中间的金属隔板254略短于最外侧的两个金属隔板253。

根据图4所示的实施例，当弹性橡胶体251发生变形而鼓出时，它会同时与芯轴30接触。如果被减振件承受大的载荷，某些部位可能存在刚性碰撞，则根据图4所示的实施例特别有利。尤其是，当载荷增大到某一定值时，减振支撑装置的刚度会产生突变，瞬间成倍地增加。因此，减振支撑装置的位移会保持稳定，产生一个类似于“紧急刹车”的效果。这同样能够有利地保护被减振件和减振支撑装置。

根据一个未示出的实施例，弹性橡胶体的外部轮廓也可构造成由三段直线段组成。也就是说，弹性橡胶体的外部轮廓包括处于中心区域的外径保持恒定的中心部分，以及处于两端的外径呈线性减小的端部部分。它能够实现与图4所示实施例相似的技术效果。

根据本发明的减振支撑装置尤其可用于风力发电机组的齿轮箱的减振。然而容易理解，根据本发明的减振支撑装置也可以用于其它需要进行减振的应用中。

另外，除了如上所述地将弹性橡胶体设计成在弹性橡胶体的径向外部区域(远离芯轴的区域)中弹性橡胶体延伸超过了金属隔板，容易想到的是，作为替代或附加，也可以将弹性橡胶体设计成在弹性橡胶体的径向内部区域(靠近芯轴的区域)中，弹性橡胶体也延伸超过了金属隔板，即相对于金属隔板径向向内地伸出。这种结构在图2到4中示意性地示出。这样，当芯轴受到作用力而上、下振动时，处于上方或处于下方的弹性件的弹性橡胶体会径向向内地鼓出而与芯轴接触，其变形受到芯轴的限制，导致刚度发生显著的变化。因此，通过这种方式，同样可以为减振支撑装置提供变化的刚度。这一设计也属于本发明的范围内。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减振支撑装置，包括：

壳体；

芯轴，所述芯轴的一端穿过所述壳体而延伸出来，用于与振动源相连；

设置在所述壳体内且彼此间隔开地套设在所述芯轴上的两个弹性件，各所述弹性件均包括弹性橡胶体和嵌入在所述弹性橡胶体内的多个彼此平行布置的金属隔板，

其特征在于，在所述弹性件的远离所述芯轴的区域内，所述弹性橡胶体在径向向外的方向上延伸超出了所述金属隔板。

2.根据权利要求1所述的减振支撑装置，其特征在于，各所述弹性件的最外侧的两个金属隔板在径向向外的方向上延伸超过其它的金属隔板。

3.根据权利要求2所述的减振支撑装置，其特征在于，所述弹性橡胶体的外径保持不变。

4.根据权利要求1所述的减振支撑装置，其特征在于，所述弹性橡胶体的外径在两个轴向端部具有最小值，在其轴向中心位置具有最大值。

5.根据权利要求4所述的减振支撑装置，其特征在于，所述弹性橡胶体的外部轮廓形成为圆弧面。

6.根据权利要求4所述的减振支撑装置，其特征在于，所述弹性橡胶体的外部轮廓包括处于中心区域的外径保持恒定的中心部分，以及处于两端的外径呈线性减小的端部部分。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的减振支撑装置，其特征在于，所述弹性橡胶体与所述壳体之间的最小距离处于0到30mm的范围内。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的减振支撑装置，其特征在于，所述两个弹性件均构造为锥形弹簧，其锥度方向彼此相反，

所述芯轴包括台肩，所述台肩两侧均设有斜面，以便安装所述锥形弹簧。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的减振支撑装置，其特征在于，所述金属隔板具有大致Z形的结构，包括处于中间的锥形部分以及处于两端的折平部分。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的减振支撑装置，其特征在于，所述振动源是风力发电机组的齿轮箱。