CN114263729A - 传动装置 - Google Patents

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sliding
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乔安娜·斯特凡尼亚·德兹旺奇克
蒂洛·冯·施莱尼茨
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Abstract

公开了一种传动装置，特别是用于风力涡轮机的行星传动装置，其中，所述传动装置包括至少一个齿轮(4)和承载所述齿轮(4)的一个螺栓(2)，其中，所述齿轮(4)通过滑动轴承(1)被支撑，其中，所述滑动轴承(1)的外圈由所述齿轮(4)形成，所述滑动轴承(1)的内圈由所述螺栓(2)形成。

Description

传动装置
技术领域
本发明涉及根据专利技术方案1的传动装置，特别是用于风力涡轮机的行星传动装置。
背景技术
传动装置，特别是行星传动装置，用于许多应用中，诸如以用在风力涡轮机或风力发电厂中为例。在传动装置中，行星齿轮或齿轮通常通过布置在螺栓上的滚动轴承支撑在传动装置的可运动结构或固定结构中，例如在周向行星齿轮承载件(/架)(carrier)或静止壳体中。作为另一种选择，代替滚动轴承，也可以使用滑动轴承，其中，代替滚动轴承，在此，滑动轴承布置在齿轮与相关联的螺栓之间。该滑动轴承被推到承载齿轮的轴螺栓上。另外，轴螺栓和滑动轴承两者必须以精密公差制造；在此，滑动轴承甚至同时相对于轴螺栓和行星齿轮向外和向内。
发明内容
因此，本发明的目的在于可以更简单且更快速地制造齿轮轴承组件和/或行星传动装置(例如，用于风力涡轮机的行星传动装置)。
该目的通过根据专利技术方案1的传动装置来实现。
所提出的传动装置可以特别地用作风力涡轮机中的行星传动装置。传动装置包括至少一个齿轮和承载齿轮的一个螺栓。如果传动装置是行星传动装置，则齿轮表示行星齿轮。齿轮通过滑动轴承支撑。代替使用单独的滑动轴承，在此，滑动轴承的外圈由齿轮形成，滑动轴承的内圈由螺栓形成。由于这种配置，由于齿轮和螺栓两者直接形成滑动轴承，因此可以从齿轮和螺栓之间省略额外元件，诸如以套筒为例。因此，可以简化制造，并且可以减少传动装置所需的元件。
根据一个实施方式，齿轮和/或螺栓包括滑动层。由于该滑动层，齿轮和螺栓可以以特别低的摩擦相对于彼此旋转。在此，滑动层可以被涂覆在齿轮的内周、螺栓的外周或这两者上。螺栓的涂覆是特别优选的，因为螺栓的外表面可以比齿轮的内表面更容易涂覆。
在此，滑动层可以被直接涂覆到螺栓或齿轮的对应表面上，而不必对螺栓或齿轮预先处理。既不必实现螺栓或齿轮的形状和尺寸公差或粗糙轮廓的常规制造精度，也不必须对螺栓或齿轮使用具有特殊要求的材料或热处理。在涂覆滑动层之后，可以研磨滑动层以获得对应的尺寸和表面质量。在涂覆之后，滑动层可以具有0.4至0.8mm的厚度，并且可以通过研磨处理而研磨低至例如0.3至0.6mm。在此，滑动层可以像直接涂覆到(applied)轴螺栓上的套筒类型一样起作用。
代替将滑动层直接涂覆到对应的表面上，还可以首先通过冷喷涂方法涂覆粘合促进层，并且随后通过冷喷涂方法将滑动层涂覆到该可选的粘合促进层上。例如，该粘合促进层可以包含铁或不锈钢。其他金属也是合适的，只要它们在齿轮或螺栓的基底与滑动层之间形成优化的粘合桥(bridge)即可。
滑动层可以通过冷喷涂方法涂覆，特别是通过高压冷喷涂方法涂覆。利用冷喷涂(/冷喷)方法(也称为冷喷涂覆或气动冷喷涂)，产生预热的气体射流，该气体射流中主要供给有金属粉末，而金属粉末不是熔融的。粉末可以包括例如白色金属、铁、锌、铜、锡、铝、钢或其组合。如果粉末撞击对应的表面，则通过合适的参数化，粉末熔合到表面并随后形成金属或金属合金。
与其他方法(诸如以火焰喷涂为例)相比，在工件上不会产生可能对工件的性质和层的残余应力有害的热负荷。利用冷喷涂方法，工件上的热效应显著较小，由此螺栓的表面受到的冲击显著较小。
此外，利用火焰喷涂，需要粗糙的(例如喷砂的)基底表面，但利用冷喷涂的情况并非如此。然而，螺栓同时不需要被特别精细地加工，也不需要被特别精确地加工，因为焊接上的冷喷涂层仍然可以随后被研磨。
如上所述，优选地，滑动层使用高压冷喷涂方法涂覆，优选地在大于50巴下涂覆。特别地，气体射流的压力可以落在50巴至100巴的范围。
由于这种高压，气体射流和粉末的混合物通过喷嘴加速到多个超音速，其中气体射流和粉末的混合物在松弛(relaxation)的情况下被再次冷却。在此，气体射流中的粉末颗粒以高动能、特别是以高达1000m/s的速度冲击行星齿轮和/或螺栓的表面。然而，这里的粉末颗粒不是热的或熔融的。相反，颗粒通过动能的局部转移而粘附到表面，这导致粉末在表面上熔合的形式。“熔合(fusing)”在此被理解为意指远高于机械互锁的值的粘合性。它可以是例如大约50MPa的拉脱粘合值(pull-off adhesion value)。这比许多漆体系(lacquer system)的粘合性所预期的多高达10倍。因此，冷喷涂方法(特别是高压冷喷涂方法)中的粘合机制不是基于颗粒在表面上的互锁(如利用火焰喷涂镀锌的情况)，而是基于粉末与表面的连接，这导致比常规火焰喷涂层显著高的粘合性。此外，在通过冷喷涂方法涂覆期间，滑动层的材料没有熔融，并且因此也不经受氧化。
此外，通过冷喷涂方法涂覆的滑动层包括很少的孔隙，使得被引入包括滑动层的行星齿轮与螺栓之间的润滑剂不会沉淀到滑动层的孔中而不再有助于润滑。同时，可以实现滑动轴承表面的高接触比。替代地，润滑剂保留在滑动层上并且在此用于润滑接触表面。利用齿轮，期望在启动之后润滑剂快速到达流体动力学区域，并且通过油膜分离滑动层。为此目的，可以将润滑油入口结合在螺栓中，终止于滑动层的作为引入凹部或润滑凹穴的中心区域，并且油从那里迁移出旋转齿轮进入润滑间隙。为了快速形成润滑膜，与包括润滑凹穴的多孔表面相比，对于更长时间地施加混合摩擦而言，能够承载载荷的光滑表面在此是优选的。向滑动轴承的油供应可以无压地实现或在泵送压力下实现，其中，由于费用更低，因此无压变型通常是优选的。
滑动层优选地包括材料成分。如上所解释的，滑动层可以包括白色金属(特别是基于锡或铅的用于滑动轴承的轴承材料)、铁、锌、铜、锡、铝、铅、巴氏合金(特别是基于锡、铅或镉的用于滑动轴承的轴承材料)或其组合。
此外，滑动层可以包括包含第一材料成分的至少一个第一区域和包含第二材料成分的第二区域，其中，第一材料成分和第二材料成分是不同的。
可行的成分包括例如50％-70％的锡、10％-26％的锑和9％-20％的铜。另一种可行的成分可以包括70％-90％的铜和10％-20％的铝。应当注意，该成分以及总体上在此提及的材料仅是示例，并且其他成分、组合和材料也是可能的。
在通过冷喷涂方法涂覆滑动层期间，滑动层的材料成分作为粉末被喷涂到对应的表面上。在此，该粉末可以具有不同的材料成分，并且根据待喷涂的区域进行调整。
如果冷喷枪包括两个粉末供应装置和用于改变两种粉末流的控制器，则可以在运行的涂覆过程期间泵送第一粉末、两种粉末的混合物、第二粉末的任何组合，并且表面可以以步骤自由的方式且连续地改变其成分。例如，在仅一个涂覆通道中，可以将滑动层涂覆到螺栓或齿轮上，该滑动层在中心区域具有低硬度的白色金属或巴氏合金，并且在两个边缘上接收增加的附加元素以增加承载能力。
区域之间的过渡(transition)可以是流体。由于冷喷涂方法，可能不产生明显分离的区域，而是在区域之间产生流体过渡或流体流道。这还确保层内的应力最小化，防止可能产生流入槽的突然硬度转变，并防止层内的开裂倾向(cracking tendency)。在通过冷喷涂方法涂覆滑动层期间，可以改变粉末供应。以这种方式，可以将多种粉末以不同的成分涂覆到螺栓上。
特别地，第一材料成分可以适于支持齿轮和/或螺栓的滑动性质，并且第二材料成分可以适于承受较高的载荷并改善齿轮和/或螺栓的耐久性。这些性质也可以通过使用支持两者的对应材料成分进行组合。在此，特别地，滑动层可以仅是显示出性质的组合的一个表面。
由于传动装置中的力传递，齿轮可以被加载，使得其具有轻微的倾斜倾向，因此被不均匀地支撑在其轴螺栓上，但边缘被更加重地加载。这种支撑要求可以通过以下情况而被得到考虑：由于冷喷涂方法，滑动层在其局部负载能力方面被可变地调整。
根据一个实施方式，第一区域可以布置在两个第二区域之间的轴向延伸部中。例如，行星传动装置中的力可能在螺栓的端部上产生较高载荷。因此，当螺栓的端部区域设置有涂层时是有利的，该涂层除了滑动能力之外还显示出增加的硬度并因此显示出增加的承载能力。另一方面，螺栓的中心区域可能承载较低的载荷，并且为此目的，螺栓的中心区域因此可以包括硬度较小的滑动层，并且显示出较好的滑动性质。
例如，在螺栓的边缘区域中，可以涂覆用于较高载荷的成分，并且在中心可以涂覆用于较好的滑动性质的成分。
这意味着，例如，在中心，涂覆首先包含用于改善滑动性质的材料(例如，巴氏合金/白色金属)的材料成分。在边缘区域上，该材料成分可以另外与更硬的金属(诸如以铜为例)混合，以增强端部区域。白色金属的铜比例是可变的，并且不同的成分具有不同的性质和硬度。简单地通过计量铜粉末，例如，可以将连续喷涂上的白色金属层(continuouslysprayed-on white-metal layer)设计为在边缘区域处较硬。
根据另一实施方式，磨损指示层可以被设置在滑动层之下，以识别滑动层的磨损。在操作中，涂覆到磨损指示层上的滑动层可能在不利的情况下随时间磨损。由于滑动层的使用，位于滑动层之下的磨损指示层变得部分可见。如果磨损指示层由此与滑动反面接触，则磨损指示层也磨损。通过润滑剂分析，然后可以在行星传动装置的润滑剂中检测到磨损指示层的元素。如果检测到这种元素，则这表明滑动层磨损，并且必须更换对应组件或者必须更新滑动层。因此，该实施方式使得可以对传动装置的支承点进行连续或间歇的验证，而不必拆卸传动装置或甚至只能必须使传动装置停止。如果润滑剂中不存在对应的指示元素(indicator element)，则可以毫无疑问地认为所有支承点都是井然有序的(in order)。
可替代地或另外地，磨损指示层可以被染色，或者其颜色与上面的滑动层不同。由于这种色差，如果例如传动装置被拆卸，则也可以通过视觉检查来识别磨损。
优选地，磨损指示层是也表现出滑动性质的层，以便即使在实际滑动层的磨损情况下也保持行星齿轮与螺栓之间的低摩擦滑动。优选地，磨损指示层与涂覆在基底(substrate)(即，螺栓或齿轮)与滑动层之间的基层或粘合促进层(adhesion-promotinglayer)相同，以增加粘合性。
说明书、附图和权利要求书中指明了另外的优点和有利的实施方式。在此，特别地，在说明书和附图中指明的特征的组合仅仅是示例性的，使得特征也可以单独存在或以其他方式组合。
附图说明
在下文中，使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和示例性实施方式中示出的组合仅仅是示例性的，并不旨在限定本发明的范围。该范围仅由未决的权利要求限定。
图1示出了传动装置或行星传动装置的滑动轴承的示意性截面图；
图2示出了用于图1的滑动轴承的螺栓的示意性立体图；以及
图3至图5示出了图1的滑动轴承的层结构的示意图。
在下文中，相同或功能等同的元件由相同的附图标记表示。
附图标记列表
1 滑动轴承
2 螺栓
4 齿轮
6 滑动层
8 第一区域
10 第二区域
12 磨损指示层
具体实施方式
图1示出了例如传动装置(例如，用于风力涡轮机的行星传动装置(planetarytransmission))的一部分的示意性截面图。在下文中，仅结合作为行星传动装置的用途来描述传动装置。然而，该描述以相同的方式适用于包括由螺栓承载的齿轮的任何传动装置。
行星传动装置包括至少一个螺栓2和由螺栓2承载的至少一个行星齿轮4。在此，行星齿轮4用作滑动轴承1的外圈，并且螺栓2用作滑动轴承1的内圈，以使行星齿轮4如此通过由行星齿轮4和螺栓2形成的滑动轴承1支撑。
为了确保滑动轴承1的滑动特性，螺栓2或行星齿轮4或两者包括滑动层6。在这里示出的实施方式中，滑动层6被涂覆到(/施加到)螺栓2上。优选地，滑动层6使用冷喷涂方法被直接涂覆到螺栓2上。
特别地，滑动层6可以以0.4至0.8mm的厚度涂覆到螺栓2上，并且随后可以研磨包括滑动层6的螺栓2以达到0.3至0.6mm的表面厚度。由于这种研磨过程，一方面，螺栓2的尺寸可以适应于行星齿轮4，另一方面，可以确保滑动层6具有光滑的表面，以便可以使行星齿轮4绕着螺栓2滑动。在此，滑动层6承担行星齿轮4与螺栓2之间的套筒的功能。
滑动层6可以包括不同的材料成分，如下面参照图2至图5所描述的。
图2示出了螺栓2的立体图，螺栓2包括滑动层6(图2中未明确示出)的不同区域8、10。当滑动层6涂覆到行星齿轮4上时，这种不同的区域也可以以类似的方式在行星齿轮4上。
在操作中，在螺栓2上在边缘区域10中比与在中心区域8中产生较高的载荷。为了承受这种载荷分布，为了目的，边缘区域10可以设置有具有较高硬度的滑动层6，并且中心区域8可以包括具有较低硬度和较好滑动性质的滑动层6。滑动层可以包括例如白色金属、铁、锌、铜、锡、铝、铅、巴氏合金或其组合。
如上所述，使用冷喷涂方法涂覆滑动层6。在此，可以将包括不同材料成分的粉末在高压下喷涂到表面上，在此喷涂到螺栓2上。在喷涂期间，可以任意地调整粉末的材料成分(/组分)，使得特别地可以在区域8、10之间存在流体过渡，而没有硬过渡或单独(/分离)的区域。
如在此通过示例所示的，边缘区域10中的滑动层6包括材料成分A，中心区域8中的滑动层6包括材料成分B，并且区域8和10之间的过渡区域中的滑动层6包括材料成分A+B。优选地，材料成分A和材料成分B两者包括具有滑动性质的相同材料，诸如以白色金属为例，但比例不同。在边缘区域10中，可以将材料成分(例如，甚至更硬的金属，例如铜)添加到材料成分A中，以承受在边缘区域10中发生(/产生)的较高载荷。区域8、10或更多或更少区域的其他划分也是可能的。
除了滑动层6之外，还可以在螺栓2(或行星齿轮4)与滑动层6之间涂覆磨损指示层(wear indicator layer)12。这种磨损指示表面12用于显示滑动层6的磨损。这可以通过在行星传动装置的拆卸期间进行检查或通过分析润滑剂成分来实现，因为随着滑动层6的磨损，可以在润滑剂中检测到磨损指示层12的颗粒。
如图3所示，首先将磨损指示层12涂覆到螺栓2(或行星齿轮4)上，并且将滑动层6涂覆到磨损指示层12上。当滑动层6磨损时，如在操作中通过行星齿轮4与螺栓2之间的滑动而磨损的情况，滑动层6变薄(参见图4)。一旦滑动层6被进一步移除，行星齿轮4(或螺栓2)与磨损指示层12之间就产生接触，由此磨损指示层12也被移除，如图5所示。在这种状态下，可以在润滑剂中检测到磨损指示层12的元素，这指示滑动层6至少不再完全存在。以这种方式，可以早实现螺栓2或行星齿轮4的更换或滑动层6的更新，以防止损坏螺栓2和行星齿轮4。
替代地或另外地，也可以例如通过滑动层6和磨损指示层12的不同着色来视觉地检测滑动层6的磨损。
由于上述行星传动装置包括滑动轴承，因此可以以简单的方式将行星齿轮直接支撑在螺栓上。由于滑动层被直接布置在螺栓或行星齿轮上，因此需要较少的组件，同时具有较低的材料、尺寸和表面质量，从而简化了制造并降低了成本。

Claims (9)

1.一种传动装置，特别是用于风力涡轮机的行星传动装置，其中，所述传动装置包括至少一个齿轮(4)和承载所述齿轮(4)的一个螺栓(2)，其特征在于，所述齿轮(4)通过滑动轴承(1)被支撑，其中，所述滑动轴承(1)的外圈由所述齿轮(4)形成，所述滑动轴承(1)的内圈由所述螺栓(2)形成。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述传动装置是行星传动装置，所述齿轮(4)是所述行星传动装置的行星齿轮。
3.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述齿轮(4)和/或所述螺栓(2)包括滑动层。
4.根据权利要求2所述的传动装置，其特征在于，所述滑动层(6)是使用冷喷涂方法涂覆的滑动层(6)。
5.根据权利要求2或3所述的传动装置，其特征在于，所述滑动层(6)包括材料成分。
6.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，所述滑动层包括具有第一材料成分的至少一个第一区域(8)和具有第二材料成分的至少一个第二区域(10)，所述第一材料成分和所述第二材料成分是不同的。
7.根据权利要求5所述的传动装置，其特征在于，所述第一材料成分适于滑动性质，和/或，所述第二材料成分适于载荷。
8.根据权利要求5或6所述的传动装置，其特征在于，所述第一区域(8)布置在两个第二区域(10)之间的轴向延伸部中。
9.根据权利要求2至7中的任一项所述的传动装置，其特征在于，磨损指示层(12)涂覆在所述滑动层(6)的下方。
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