CN109937318B - 用于行星齿轮传动装置的行星齿轮的支承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星齿轮传动装置(10)，其包括行星架(12)，该行星架具有用于容纳行星齿轮轴(24)的凹部，行星齿轮(20)可转动地支承在该凹部上。在此，在行星架(12)的臂(14)与行星齿轮(20)之间布置有至少一个轴向盘(30)。根据本发明，轴向盘(30)沿轴向方向(42、43)悬浮地支承在行星齿轮(20)与行星架(12)的臂(14)之间，并且轴向盘(30)在面对行星架(12)的臂(14)的侧面(34)上设计为平坦的。本发明还涉及一种风能设备(60)，其配备有相应的行星齿轮传动装置(10)。

Description

用于行星齿轮传动装置的行星齿轮的支承装置
技术领域
本发明涉及一种行星齿轮传动装置，具有行星齿轮，该行星齿轮容纳在改进的支承装置中。本发明还涉及一种风力涡轮机，其配备有相应的行星齿轮传动装置。
背景技术
从EP 2 383 480 A1已知一种用于风力涡轮机的行星齿轮传动装置，其包括行星齿轮，该行星齿轮可转动地支承在轴上，该轴容纳在行星架的一个臂中。在行星承齿轮与行星架的臂之间，容纳有轴向滑动轴承。这种轴向滑动轴承与行星架的臂以力传递或者形状配合的方式连接。
出版物EP 2 042 753 A1公开了一种用于支承废气涡轮增压器的轴的流体动力轴向轴承。流体动力轴向轴承包括悬浮盘，其在两侧具有构型部。该构型部包括多个在周向上上升的楔形面，每个楔形面具有相邻的锁定面。在楔形面的区域中形成润滑槽。
用于行星齿轮的已知支承装置的主要缺点是，在轴向滑动轴承与行星架臂之间的力传递或形状配合的连接，例如螺纹连接，需要相当大的装配消耗。构型悬浮盘的显著缺点是：在低转速、例如低于100转/分钟时，它们倾向于在行星齿轮或行星架的侧面上干运转，这导致磨损增加。需要一种行星齿轮传动装置，其克服由现有技术已知的缺点，并且该行星齿轮传动装置提供了最小的磨损和高可靠性，同时能够简单和快速地组装。特别是对于风能设备的构造而言，需要这种改进的行星齿轮传动装置。
发明内容
该目的通过根据本发明的行星齿轮传动装置解决。该行星齿轮传动装置包括：具有太阳齿轮的太阳轴；具有至少一个行星齿轮的行星架；和内齿轮，行星齿轮在内齿轮中运行。行星架具有凹部，在该凹部中容纳有行星齿轮轴，该行星齿轮轴用于可旋转地支承行星齿轮。为此，在行星齿轮轴上布置有滑动轴瓦。凹部形成在行星架的臂中。为了可旋转地支承，在行星齿轮轴上还布置有轴套，经由该轴套供应润滑剂。在行星架的臂与行星齿轮之间布置有轴向盘，其被悬浮地支承。由此在正常运行中，在轴向盘与行星架的臂和行星齿轮之间不存在接触。轴向盘在此至少在面对的行星架的臂的侧面上设计为平坦的。轴向盘的平坦形状包括：轴向盘的端侧始终形成如下的平面，该平面基本上与行星齿轮旋转所围绕的转轴成直角。由于该平坦形状，轴向盘没有在周向上上升或降低的楔形面或斜面。
由润滑剂支持的悬浮支承确保行星齿轮能够低摩擦地转动。通过轴向盘的悬浮支承，其在根据本发明的行星齿轮中不需要与行星架的臂材料配合或形状配合地连接。由此也可以取消在行星架的臂中用于容纳紧固件、例如螺栓的孔。因此避免了行星架的臂在材料方面被减弱，这允许行星架在整体上被更高效地构造。此外，在行星架的区域中仅有缩减的工作空间可供支配，这显著增加了用于行星齿轮的支承装置的组装工作难度。通过根据本发明的方案，摒弃了这些耗费成本的组装和维护工作。此外，轴向盘在面对行星架的臂的侧面上的平坦形状避免了：在轴向盘的倾斜或歪斜时，边缘抵靠在行星架的臂上。行星架的臂与轴向盘上的边缘之间的基本上线性的接触导致行星架的臂上的磨损。因此，在轴向盘的倾斜或者歪斜时，可能存在与行星齿轮和/或行星架的线性接触。这种线性接触导致对接触行星架的现有润滑剂膜的刮擦。这种因此相继发生的干运转会导致磨损过度增加，这会降低行星齿轮的寿命进而还降低其可靠性。在轴向盘在其径向外边缘处倾斜或歪斜时，轴向盘在面对行星架的臂的侧面上的平坦形状引起与行星架的臂基本上平面的接触。因此减少了行星架的臂上的磨损。此外，防止对行星齿轮上的润滑剂膜的刮擦。另外，轴向盘的平坦形状能够简单和快速地制造。即使在低速时、例如低于100转/分钟，在根据本发明的行星齿轮中也实现了这些优点。根据本发明的解决方案，即使在低转速的情况下，总体上也在生产成本降低的同时提供了延长的使用寿命、可靠性和组装友好性。
此外，轴向盘、行星齿轮和轴向盘区域中的润滑剂供应装置可以设计成，使得在正常运行中在轴向盘和行星齿轮之间存在润滑剂膜，其确保行星齿轮和轴向盘之间的流体动力运行。在此，“流体动力运行”应理解为，在该运行中，在所参与的部件之间、在此为在轴向盘与行星齿轮之间，存在润滑剂膜，其中不涉及部件的表面不平性。为此，在行星齿轮和/或轴向盘的区域中布置有润滑剂供应装置，其具有足够的润滑剂输送能力。此外，轴向盘和行星齿轮具有合适的轴向距离并且分别具有合适的表面。
在本发明的另一设计方案中，轴向盘、行星齿轮和润滑剂供应装置设计成，使得在轴向盘与行星架的臂之间的润滑剂进入情况减少到最小、或完全避免。这通过行星架在轴向盘区域中的平坦度来实现，其中形成平面的支撑面，该支撑面基本上相对于润滑剂密封。由此，和在行星齿轮与轴向盘之间的润滑剂膜中的摩擦系数相比，在轴向盘与行星架的臂之间存在的摩擦系数更高。在正常运行中，在轴向盘与行星架的臂之间仅存在最小速度的旋转或不旋转。由于轴向盘的速度最小化，因此在行星架的臂与轴向盘之间也仅出现最小化的磨损。在轴向盘的速度为零时，在与行星架的臂共同作用时不会发生磨损。因此，取消在轴向盘与行星架的臂之间的流体动力运行使得结构简化，而不影响磨损特性。
在本发明的一个优选设计方案中，轴向盘具有6mm至20mm的第一厚度。
这种厚度小于具有润滑楔的已知悬浮盘的厚度。因此，根据本发明的解决方案在轴向方向上节省了空间，这允许行星齿轮传动装置的总体上更紧凑的构造。
此外，在所要求保护的行星齿轮传动装置中，轴向盘的两个侧面中的至少一个可以设计为连续平坦的。在此，轴向盘的相应端面形成没有凸起和/或凹陷的连续面。特别优选地，两个侧面均设计为连续平坦的。这种轴向盘可变形性高，从而在轴向盘倾斜或者歪斜时，在轴向盘与相邻的部件、也就是行星架的臂和/或行星齿轮之间存在扩大的接触面。这种平面接触特别不易于对润滑剂膜进行刮擦。此外，这种轴向盘能特别简单和经济地制造。
可替换地，在轴向盘的至少一个侧面上、优选地在面对行星齿轮的侧面上，能够具有至少一个带有第一厚度的第一区段。该第一区段在此基本上形成轴向盘的环形区段。此外，该侧面还具有带有第二厚度的第二区段。该第二区段也基本上设计为轴向盘的环形区段。彼此直接相邻的多个第一和第二区段在轴向盘与行星齿轮之间形成台阶间隙。台阶间隙提供高承载能力。同时，能简单并且经济地制造这种具有第一和第二区段的轴向盘，其中这两个区段分别具有第一和第二厚度。因此，轴向盘能够以简单的方式轻松地适用于在负载能力方面要求很高的应用，例如风力涡轮机。
优选的是，在根据本发明的行星齿轮传动装置中，第一厚度以及在行星齿轮与行星架的臂之间的轴向间距设计为，使得在这二者之间存在间隙配合。由此确保轴向盘的足够间隙，该间隙允许悬浮支承。选择间隙时，考虑行星架的臂和行星齿轮在安装状态下的变形。在正常运行中在行星齿轮与轴向盘之间的剩余空间的尺寸被确定为，使得可形成对于流体动力运行而言足够厚的润滑剂膜。同时，在轴向盘与行星齿轮之间的剩余空间足够狭窄，以防止润滑剂的过度损失。由于轴向盘形状简单，因此可以仅通过一个结构参数、即第一厚度，以简单的方式产生相应的间隙配合。
优选地，间隙配合基本上对应于轴向盘在轴向方向上的变形，在正常运行中由于轴向盘的机械载荷而导致该变形。特别优选地，间隙配合相应于在正常运行中轴向盘在轴向方向上的变形加上0.2mm至0.6mm的制造公差。
在根据本发明的行星齿轮传动装置中，轴向盘具有至少一个在轴向方向上连续的凹部，例如钻孔。该连续的凹部允许将润滑剂从轴向盘的面对行星齿轮的侧面运输到轴向盘的面对行星架的侧面上。因此，在行星架的臂与轴向盘之间还可以产生足够的润滑缺乏部，从而进一步降低在这两个部件之间的磨损。
进一步有利的是，在根据本发明的行星齿轮传动装置中，在轴向盘的径向内侧和/或径向外侧上布置有用于排出润滑剂的排出装置。在轴向盘的径向内侧上的排出装置例如可以形成为开口，其位于行星齿轮轴中、行星齿轮轴上的套筒中或行星齿轮与套筒之间的间隙中。在轴向盘的径向外侧上的用于润滑剂的排出装置例如可以是行星架的臂中的开口。借此，在根据本发明的行星齿轮传动装置中的轴向盘可以在无需其他措施的情况下利用现有的装置来供应润滑剂。因此，根据本发明的解决方案可在改装过程中在现有的行星齿轮中顺利实施。
此外，在优选的设计方案中，行星齿轮在行星齿轮的两个侧面上均具有相应的轴向盘。因此，在行星齿轮的两个侧面上节省了用于容纳紧固件的钻孔和构造空间。行星齿轮传动装置的组装和修理因此被进一步简化，并且以特别高的程度实现了本发明的技术优点。特别是，轴向盘避免了过度磨损，从而进一步提高了行星齿轮传动装置的可靠性。
概述的目的还通过根据本发明的风能设备实现。该风能设备具有吊舱，其与转子机械连接。转子通过行星齿轮传动装置与发电机机械地耦合连接，从而将转子的旋转运动转换成电。在转子与发电机之间的行星齿轮传动装置根据本发明依照以上概述的设计方案之一来设计。根据本发明的行星齿轮的技术优点，特别是在成本高效的制造的同时增加可靠性并简化组装和修理工作，在风能设备中是特别重要的。
附图说明
下面参考图1至5中的实施方式更详细地解释本发明。图中示出：
图1是根据本发明的行星齿轮传动装置中的行星齿轮轴承的横截面图；
图2是根据图1的行星齿轮轴承的细节图；
图3是根据本发明的第一实施方式的轴向盘的俯视图和剖视图；
图4是本发明的第二实施方式的俯视图和侧视图；
图5示意性地示出了具有根据本发明的行星齿轮传动装置的风能设备的剖开的倾斜视图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了根据本发明的行星齿轮传动装置10中的行星齿轮支承装置的截面图。行星齿轮传动装置10包括行星架12，臂14属于行星架，在臂中容纳有行星齿轮轴24。行星齿轮轴24具有液压连接的空腔23，其用于输送润滑剂50。行星齿轮20可围绕旋转轴线18旋转地支承在行星齿轮轴24上。在此，行星齿轮20在由润滑剂50构成的薄膜51上滑动。薄膜51通过环绕的润滑间隙28和一些润滑凹口29形成，它们设计在滑动轴瓦26中。行星齿轮20被滑动轴瓦26沿径向方向支承。参照行星齿轮20，在图1中用箭头40示出径向外侧方向；通过箭头41示出径向内侧方向。经由齿部22在径向方向上引入到行星齿轮20中的机械应力被由润滑剂50构成的薄膜51、滑动轴瓦26和行星齿轮轴24吸收。相反，行星齿轮20可沿着轴向方向在行星齿轮轴24上移动。轴向内侧方向在图1中用箭头42示出；轴向外侧方向通过箭头43示出。在行星齿轮20与行星架12的臂14之间，在轴向方向上看，在行星齿轮20的每一侧上都布置有轴向盘30。
轴向盘30分别设置在行星架12的臂14与行星齿轮20之间。在此，轴向盘30的尺寸确定为，使得存在轴向盘30的悬浮支承。借此，轴向盘30不由任何另外的结构元件固定，并且可沿轴向内侧方向42和轴向外侧方向43移动。在正常运行中，在行星齿轮20与轴向盘30的轴向内侧面32之间通过进入的润滑剂50而存在润滑部36，该润滑部允许流体动力运行。在轴向盘30的轴向外侧面34与行星架12的臂14之间，至多出现最少量的润滑剂50，从而使这里存在润滑缺乏部38。润滑缺乏部38使得行星架14的臂14与轴向盘30的轴向外侧34之间的摩擦系数增大。在轴向盘30的轴向内侧面32上，与行星齿轮20的共同作用使摩擦系数减小。因此，在低转速时，例如低于100转/分钟时，在轴向盘30与行星架12的臂14之间存在减小的相对旋转或没有相对旋转。相反，在轴向盘30与行星齿轮20之间存在相对旋转，该相对旋转基本上对应于行星齿轮20的转速。
图2示出了图1的横截面图的细节图。相同的附图标记在图1和图2中具有相同的含义。根据图2的细节图示出了在根据本发明的行星齿轮10中的轴向盘30的位置。在轴向盘30与行星架12的臂14之间的轴向间距35减小，使得轴向盘30的径向外侧面24抑制或阻止润滑剂50沿行星架12的臂14通过。因此，轴向盘30与行星架12的臂14之间存在润滑缺乏部38。润滑剂50从套筒26的轴向端部区域进入轴向盘30的区域中。在图2中由减小的分支箭头50示出了在轴向盘30与行星架12的臂14之间的润滑剂50的流量减少。相反，在轴向盘30的轴向内侧面32与行星齿轮20之间的轴向间距37大于轴向盘30的相对侧面34上的轴向间距35。这通过润滑剂50的流量提高来确保，在行星齿轮20围绕旋转轴线18旋转时出现该提高的流量。
在行星齿轮20与行星架12的臂14之间存在轴向间距31，其由轴向盘30部分地填充。轴向盘30的第一厚度46在此匹配于在行星齿轮20与行星架12的臂14之间的轴向间距31，使得在第一厚度46与轴向间距31之间存在间隙配合。该间隙配合为轴向盘30提供了在轴向内外方向42、43上的足够间隙，以确保在轴向盘30的相应侧面32、34上存在润滑缺乏部38和润滑部36，该润滑部允许流体动力运行。对于轴向盘30，间隙分别以至行星齿轮30和行星架12的臂14的轴向间距35，37的形式出现，该间隙分别在运行中根据轴向盘30的变形、轴向盘30的所出现的机械载荷和由此导致的在轴向盘30中的力与转矩平衡来进行调节。因此，轴向盘30和行星齿轮20的悬浮支承引起轴向盘30和行星架12两侧的均匀磨损。总的来说，由此能够增加寿命。
在图1和图2中，在轴向盘30的径向内侧和/或径向外侧上布置有用于排出润滑剂50的排出装置53。
在图3中示意性地示出了用于根据本发明的行星齿轮传动装置10的第一实施方式的轴向盘30，如在图1或图2所示的那样。对于相同的特征，在图3中使用与图1和图2中相同的参考标号。轴向盘30基本上是环形的，并且在每个侧面32、34上均具有端面48。在装入的状态中，轴向盘30的一个侧面32面对行星齿轮传动装置10的行星齿轮20，并且另一个侧面34面对行星齿轮传动装置10的臂14。两个端面48都设计为连续平坦的。因此，端面48不具有如下边缘：该边缘会在行星齿轮传动装置10的运行中在歪斜位置与行星齿轮20或行星架10的臂14线性接触。对于轴向盘30而言不会发生：轴向盘30的永久倾斜或歪斜，在此情况下润滑剂50被从行星齿轮20刮掉。轴向盘30还具有两个连续的凹部52，其允许润滑剂50从轴向盘30的轴向内侧面32穿流到轴向外侧面34。因此，和图1或图2中一样，可以给在轴向外侧面34上存在的润滑缺乏部38附加地供应润滑剂50。由于为润滑缺乏部38附加地供应润滑剂50，允许即使在低转速时、例如低于100转/分钟时也降低在该处出现的磨损。连续的凹部52相对于旋转轴线18倾斜地设计。根据图3的轴向盘30能够简单和成本高效地制造，并且在根据本发明的行星齿轮传动装置10中提供相对于歪斜的高度安全性。
图4示意性地示出了根据本发明第二实施方式的轴向盘30。轴向盘30可以用在行星齿轮传动装置10中，如在图1和2所示的那样。与图1和图2中相同的特征在图3中具有相同的附图标记。轴向盘30基本上是环形的，并且在侧面32上具有端面48，该侧面面对根据本发明的行星齿轮10中的行星齿轮20，该端面具有多个第一和第二区段45、49。第一和第二区段45、49对轴向盘30的端面48进行划分，并且分别具有第一和第二厚度46、47。第一厚度46在此大于第二厚度47。由此，在轴向盘30的面对行星齿轮20的侧面32上产生台阶间隙，该台阶间隙提高了机械负载能力。由此，根据图4的轴向盘30能够承受在平行于旋转轴线18的轴向方向上的升高的力。在轴向盘30的面对行星架12的侧面34的臂14上的端面48设计为连续平坦的。由此可靠地确保了在行星齿轮20与轴向盘30之间的润滑部36，该润滑部允许流体动力运行并且仅引起最小的磨损。
在面对臂14的侧面34上的平坦端面48没有如下的边缘，当轴向盘30在行星架12上歪斜时该边缘引起线性接触，并进而会导致磨损增加。在面对臂14的侧面34上的平坦端面48基本上平坦地抵靠在行星架12上并且使润滑剂50的流量最小化。
在图5中示意性地示出了根据本发明的风能设备60的剖开的斜视图。吊舱62属于风能设备60，该吊舱与转子64连接。转子64经由行星齿轮传动装置10与用于发电的发电机66耦合连接。行星齿轮传动装置10根据上述实施方式之一设计而成。

Claims (10)

1.一种行星齿轮传动装置(10)，包括行星架(12)，所述行星架具有用于容纳行星齿轮轴(24)的凹部，在所述凹部上布置有滑动轴瓦(26)，行星齿轮(20)能转动地支承在所述滑动轴瓦上，其中，在所述行星架(12)的臂(14)与所述行星齿轮(20)之间布置有至少一个轴向盘(30)，其特征在于，所述轴向盘(30)沿轴向方向(42、43)悬浮地支承在所述行星齿轮(20)与所述行星架(12)的所述臂(14)之间，并且所述轴向盘(30)在面对所述行星架(12)的所述臂(14)的侧面(34)上设计为平坦的，并且在正常运行中在所述轴向盘(30)与所述行星齿轮(20)之间存在润滑剂膜，所述润滑剂膜确保了在所述行星齿轮(20)与所述轴向盘(30)之间的流体动力运行，并且在所述轴向盘(30)的轴向外部的侧面(34)与所述行星架(12)的所述臂(14)之间存在润滑缺乏部，其中在所述轴向盘(30)的至少一个侧面上形成具有第一厚度(46)的第一区段(45)和具有第二厚度(47)的第二区段(49)。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，所述轴向盘(30)在面对所述行星齿轮(20)的侧面(32)上也设计为平坦的，以用于在所述行星架(12)的所述臂(14)与所述轴向盘(30)之间形成所述润滑缺乏部(38)。
3.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，所述轴向盘(30)具有6mm至20mm的所述第一厚度(46)。
4.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，所述轴向盘(30)的侧面中的至少一个侧面设计为连续平坦的。
5.根据权利要求3所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，在所述行星架(12)的所述臂(14)与所述行星齿轮(20)之间存在轴向间距(31)，在所述轴向盘(30)的所述第一厚度(46)与所述轴向间距之间存在间隙配合。
6.根据权利要求5所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，所述间隙配合对应于所述轴向盘(30)在轴向方向(42、43)上的变形。
7.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，所述轴向盘(30)具有至少一个在轴向方向(42、43)上连续的凹部(52)。
8.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，在所述轴向盘(30)的径向内侧(41)和/或径向外侧(40)上布置有用于排出润滑剂(50)的排出装置(53)。
9.根据权利要求1或2所述的行星齿轮传动装置(10)，其特征在于，在所述行星齿轮(20)的两个侧面上都布置有轴向盘(30)。
10.一种风能设备(60)，包括带有转子(64)的吊舱(62)，所述转子通过行星齿轮传动装置(10)与发电机(66)机械地耦合连接，其特征在于，所述行星齿轮传动装置(10)根据权利要求1至9中任一项设计而成。
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