CN108895145B - 一种新型的风电主齿轮箱内花键结构 - Google Patents

一种新型的风电主齿轮箱内花键结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型的风电主齿轮箱内花键结构，包括太阳轮，太阳轮的右端固定连接有固定板，太阳轮的外表面且位于连接套的左侧卡接有二级行星架，所述太阳轮的右端外表面为外花键，太阳轮的所述外花键与花键套的内花键进行啮合连接，所述花键套的内部贯穿有圆柱销，圆柱销内部贯穿有外六角螺栓，且所述圆柱销内表面活动连接外六角螺栓，所述二级行星架的左侧开设有螺栓孔，外六角螺栓与二级行星架内的螺栓孔吻合，使得外六角螺栓固定在二级行星架左侧；太阳轮包括外花键可以整体渗碳淬火，花键套的内花键可以氮化处理，使内花键和外花键的齿面均为硬齿面，正常啮合运行，不会产生磨损加剧现象，提高了齿轮箱的寿命。

Description

一种新型的风电主齿轮箱内花键结构
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体为一种新型的风电主齿轮箱内花键结构。
背景技术
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用胀紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮南高齿研制的国内最大功率6MW风电齿轮箱和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性。
目前风电主齿轮箱一二级扭矩传递主要是通过花键传递的，一级太阳轮外花键热处理方式为渗碳淬火，为硬齿面，而内花键由于一般设计在低速轴或二级行星架内，不能进行其他热处理，齿面只能为软齿面，硬齿面和软齿面啮合，容易导致软齿面磨损严重。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型的风电主齿轮箱内花键结构，解决了外花键热处理方式为渗碳淬火，为硬齿面，而内花键由于一般设计在低速轴或二级行星架内，不能进行其他热处理，齿面只能为软齿面，硬齿面和软齿面啮合，容易导致软齿面磨损严重的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种新型的风电主齿轮箱内花键结构，包括太阳轮，太阳轮的右端固定连接有固定板，太阳轮的外表面且位于连接套的左侧卡接有二级行星架，所述太阳轮的右端外表面为外花键，太阳轮的所述外花键与花键套的内花键进行啮合连接，所述花键套的内部贯穿有圆柱销，圆柱销内部贯穿有外六角螺栓，且所述圆柱销内表面活动连接外六角螺栓，所述二级行星架的左侧开设有螺栓孔，外六角螺栓与二级行星架内的螺栓孔吻合，使得外六角螺栓固定在二级行星架左侧。
优选的，所述太阳轮的材料为18CrNiMo7-6，且外花键热处理方式为渗碳淬火，齿面硬度为58HRC～62HRC。
优选的，所述花键套的材料为42CrMo4，内花键齿面氮化处理，齿面硬度为550HV～750HV。
优选的，所述花键套的屈服强度σ≥750MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为750÷1.1=681.81 Mpa。
优选的，所述花键套的最大当量应力为440.1MPa，此时，花键套的静强度安全系数S=681.81÷440.1=1.54，计算得到的强度安全系数1.54＞1.0。
优选的，所述圆柱销的屈服强度σ≥900MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为900÷1.1=818.18 Mpa。
优选的，所述圆柱销的最大当量应力为781.2MPa，此时，圆柱销的静强度安全系数S=818.18÷781.2=1.04，计算得到的强度安全系数1.04＞1.0。
优选的，圆柱销为两个以上，圆柱销大小及数量根据扭矩大小以及花键套尺寸决定；且圆柱销在花键套上均匀分布；进一步优先的，花键套整圈分布有圆柱销。
（三）有益效果
本发明提供了一种新型的风电主齿轮箱内花键结构。与现有的技术相比具备以下有益效果：
（1）、该新型的风电主齿轮箱内花键结构，通过在太阳轮的材料为18CrNiMo7-6，且外花键热处理方式为渗碳淬火，齿面硬度为58HRC～62HRC，花键套的材料为42CrMo4，内花键齿面氮化处理，齿面硬度为550HV～750HV，使内花键和外花键的齿面均为硬齿面，正常啮合运行，不会产生磨损加剧现象，解决了内花键软齿面问题，提高了齿轮箱的寿命。
（2）、该新型的风电主齿轮箱内花键结构，包括太阳轮，太阳轮的右端固定连接有固定板，太阳轮的外表面且位于连接套的左侧卡接有二级行星架，所述太阳轮的右端外表面为外花键，太阳轮的所述外花键与花键套的内花键进行啮合连接，所述花键套的内部贯穿有圆柱销，圆柱销内部贯穿有外六角螺栓，且所述圆柱销内表面活动连接外六角螺栓，所述二级行星架的左侧开设有螺栓孔，外六角螺栓与二级行星架内的螺栓孔吻合，使得外六角螺栓固定在二级行星架左侧，结构简单新颖，装配拆卸方便。
附图说明
图1为本发明结构的剖视图。
图中，1-太阳轮、2-固定板、3-二级行星架、4-太阳轮外花键、5-花键套、6-圆柱销、7-外六角螺栓、8-螺栓孔、9-花键套内花键。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，附图为剖面图（附图表明了该结构的上半部分，下半部分因与上半部分以旋转轴形成镜面对称，未画出），本发明实施例提供一种技术方案：一种新型的风电主齿轮箱内花键结构，包括太阳轮1（附图中为太阳轮剖面图的上半部分），太阳轮1的材料为18CrNiMo7-6，且外花键4热处理方式为渗碳淬火，齿面硬度为58HRC～62HRC，太阳轮的右端固定连接有固定板2，所述太阳轮1的外表面且位于固定板2的左侧卡接有二级行星架3，所述太阳轮1的右端外表面为外花键4，太阳轮1的右端外套有花键套5，太阳轮1的所述外花键4与花键套5的内花键9进行啮合连接，所述花键套5的内部贯穿有圆柱销6，圆柱销6内部贯穿有外六角螺栓7，且所述圆柱销6内表面与外六角螺栓7活动连接，所述二级行星架3的左侧开设有螺栓孔8，外六角螺栓7与二级行星架内的螺栓孔8吻合，使得外六角螺栓7固定在二级行星架3左侧。
花键套5的材料为42CrMo4，内花键9齿面氮化处理，齿面硬度为550HV～750HV，花键套5的屈服强度σ≥750MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为750÷1.1=681.81 Mpa，花键套5的最大当量应力为440.1MPa，此时，花键套5的静强度安全系数S=681.81÷440.1=1.54，计算得到的强度安全系数1.54＞1.0，花键套5的内部贯穿有圆柱销6，圆柱销6的屈服强度σ≥900MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为900÷1.1=818.18 Mpa，圆柱销6的最大当量应力为781.2MPa，此时，圆柱销6的静强度安全系数S=818.18÷781.2=1.04，计算得到的强度安全系数1.04＞1.0，圆柱销6通过外六角螺栓7，二级行星架3的左侧开设有螺栓孔8，所述花键套5通过圆柱销6进行传扭，通过圆柱销6内的外六角螺栓7固定在二级行星架左侧3。太阳轮1包括外花键4可以整体渗碳淬火，花键套5的内花键9可以氮化处理，使内花键9和外花键4的齿面均为硬齿面，解决了内花键软齿面问题，提高了齿轮箱的寿命，结构简单新颖，装配拆卸方便。
使用时，太阳轮1传递过来的扭矩，通过花键传递到花键套5，花键套5与二级行星架3通过圆柱销6及螺栓7连接，靠圆柱销6传扭，将扭矩传递到二级行星架3，其中外花键4经过渗碳淬火，内花键9经过氮化处理，使内花键9和外花键4均为硬齿面，不会产生摩擦加剧现象。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种新型的风电主齿轮箱内花键结构，包括太阳轮(1)，其特征在于：太阳轮的右端固定连接有固定板(2)，所述太阳轮(1)的外表面且位于固定板(2)的左侧卡接有二级行星架(3)，所述太阳轮(1)的右端外表面为外花键(4)，太阳轮的所述外花键(4)与花键套(5)的内花键(9)进行啮合连接，所述花键套(5)的内部贯穿有圆柱销(6)，圆柱销(6)内部贯穿有外六角螺栓(7)，且所述圆柱销(6)内表面与外六角螺栓(7)活动连接，所述二级行星架(3)的左侧开设有螺栓孔(8)，外六角螺栓(7)与二级行星架内的螺栓孔(8)吻合，使得外六角螺栓(7)固定在二级行星架(3)左侧；
所述太阳轮(1)的材料为18CrNiMo7-6，且外花键(4)热处理方式为渗碳淬火，齿面硬度为58HRC～62HRC；
所述花键套(5)的材料为42CrMo4，花键套内花键(9)齿面氮化处理，齿面硬度为550HV～750HV；
所述花键套(5)的屈服强度σ≥750MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为750÷1.1＝681.81Mpa；
所述花键套(5)的最大当量应力为440.1MPa，此时，花键套(5)的静强度安全系数S＝681.81÷440.1＝1.54，计算得到的强度安全系数1.54＞1.0；
所述圆柱销(6)的屈服强度σ≥900MPa，设材料局部安全系数为1.1，则许用当量应力为900÷1.1＝818.18Mpa；
所述圆柱销(6)的最大当量应力为781.2MPa，此时，圆柱销(6)的静强度安全系数S＝818.18÷781.2＝1.04，计算得到的强度安全系数1.04＞1.0；
所述花键套(5)通过圆柱销(6)进行传扭，通过圆柱销(6)内的外六角螺栓(7)固定在二级行星架(3)左侧，太阳轮(1)包括外花键(4)整体渗碳淬火，花键套(5)的内花键(9)氮化处理，使内花键(9)和外花键(4)的齿面均为硬齿面。
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