CN115853972A - 齿轮箱、传动链及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿轮箱、传动链及风力发电机组，齿轮箱包括依次设置的差动行星级、准行星级及基本行星级齿轮组，还包括输入、输出轴及主轴承；输入轴与轴承外圈、轮毂联接固定；准行星级布置在主轴承内部，其行星架与轴承内圈、主机架联接固定；输出轴与发电机转子联接固定，发电机定子与齿轮箱后箱体联接固定。该齿轮箱采用差动行星和准行星齿轮传动实现功率分流，功率密度大，可靠性高；轴承外圈旋转，缩小了轴承的直径，降低了轴承成本。将齿轮箱准行星级布置在主轴承内部，实现将其差动行星级布置在轮毂后部腔体，基本行星级及发电机布置在主机架前部腔体，缩短了传动链的长度，降低了风轮对塔架的弯矩，进而降低了风力发电机组的整体成本。

Description

齿轮箱、传动链及风力发电机组

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱、传动链及风力发电机组。

背景技术

近年来，风力发电技术发展迅速，但由于稀土永磁材料、铜、硅钢等材料价格居高不下，导致发电机成本过高，尤其是直驱机组。为了降低风力发电机组的成本，半直驱机组应运而生，而且发展势头迅猛，尤其是当机组大型化后，更显其优势。在目前的半直驱传动链中，有两种结构形式：一是单轴承(双列圆锥轴承)与齿轮箱集成方案，另一种是双轴承(两个单列圆锥轴承)与齿轮箱集成方案。

采用单个双列圆锥轴承直接与轮毂、齿轮箱联接，齿轮箱和发电机布置在轮毂和塔架中间，没有主轴，结构紧凑。但是轴承的外圈大都采用固定的形式，使得轴承的直径较大，成本高；如果风轮整体吊装，需要在轮毂内拧紧螺栓，安装不便，装配工艺复杂，使得整个结构复杂且总体造价比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中风力发电机组中轴承大体积大、成本高的缺陷，提供一种齿轮箱、传动链及风力发电机组。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种齿轮箱，所述齿轮箱包括依次设置的，所述齿轮箱还包括轴承、输入轴和输出轴；

所述差动行星齿轮组包括差动行星级齿圈，差动行星级行星轮、差动行星级太阳轮以及差动行星级行星架，所述输入轴连接于所述差动行星级行星架，所述差动行星级行星轮通过柔性销固定在所述差动行星级行星架上；所述准行星齿轮组包括有准行星级齿圈、准行星级行星轮、准行星级太阳轮和准行星级行星架，所述准行星级行星架固定，所述输入轴连接于所述准行星级齿圈，所述准行星级太阳轮连接于所述差动行星级齿圈；

所述基本行星齿轮组包括基本行星级齿圈、基本行星级行星轮、基本行星级太阳轮以及基本行星级行星架，所述基本行星级齿圈连接于所述准行星级行星架，所述差动行星级太阳轮连接于所述基本行星级行星架，所述基本行星级太阳轮连接于所述输出轴。

在本方案中，来自轮毂的功率传递给输入轴后，一部分传递给准行星级齿圈，一部分传递给差动行星级行星架；传递给准行星级齿圈的功率经过准行星级齿轮传动增速降扭后通过太阳轮传递给差动行星级齿圈；通过差动行星级太阳轮将差动行星级行星架的功率与差动行星级齿圈的功率合流输出。该齿轮箱采用差动行星和准行星齿轮传动实现功率分流、合流，降低了准行星级齿圈载荷，减小了准行星级齿圈直径；使得齿轮箱功率密度增大、体积减小，可靠性提高；进而降低齿轮箱的整体成本。

较佳地，所述齿轮箱还包括主轴承，该主轴承为双列圆锥轴承；所述齿轮箱的输入轴与所述主轴承的外圈固定联接，所述主轴承的内圈与所述准行星级行星架固定联接。

在本方案中，将齿轮箱布置在双列圆锥轴承内部，减少了轴承座，有效缩短传动链的长度，降低了整体成本。

较佳地，所述差动行星级和所述准行星级的每个行星轮均采用柔性销结构均载，所述柔性销结构的柔性销轴与其相应的行星架过盈配合，所述柔性销结构的销套与所述柔性销轴过盈配合，所述销套用于支撑相应的行星轮系的行星轴承和行星轮。

在本方案中，当每个行星轮系的齿圈与太阳轮的两个切向力施加于行星轮上时，来自行星架上悬臂柔性销轴的弯曲引起的角度绕度能够被反方向来自柔性销轴另一端悬臂销套的弯曲引起的角度绕度所抵消，使每个行星轮平行浮动，进而使载荷在每个行星轮之间平均分配，实现均载，进而提高齿轮的寿命。

较佳地，所述准行星级太阳轮通过锥形盘连接于所述差动行星级齿圈；所述准行星级太阳轮和所述差动行星级齿圈构成一体，所述准行星级太阳轮和所述差动行星级齿圈为浮动件为浮动件。

在本方案中，通过锥形盘使得准行星级太阳轮和差动级齿圈连接，连接结构简单，通过将准行星级太阳轮和差动级齿圈设置为浮动件，保证齿面接触更均匀，受力更好，提高齿轮组的可靠性。

较佳地，所述齿轮箱采用三级传动，所述齿轮箱的总传动比可达50～100。

在本方案中，采用多级传动，提高了齿轮箱的整体传动比，使得齿轮箱可以适应各种工作环境，提高了齿轮箱输出转速，降低了输出扭矩，可以使发电机体积更小，有效降低发电机的成本。

一种传动链，所述传动链包括如上所述的齿轮箱，所述传动链还包括发电机，所述发电机包括有转子，所述转子连接于所述输出轴。

在本方案中，传动链中的发动机转子直接连接于输出轴，有效的缩短了传动链的长度，减小了传动链的体积。

一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的传动链，所述风力发电机组还包括有轮毂，所述轮毂连接于所述输入轴。

较佳地，所述风力发电机组还包括主机架，所述主机架连接于所述准行星级行星架，所述差动行星齿轮组设于所述轮毂的后部腔体内，所述基本行星齿轮组设于所述主机架的前部腔体中。

在本方案中，将差动行星齿轮组设于轮毂的腔体中，将基本行星齿轮组设于主机架的腔体中，减小了整个风力发电机组的传动部分占用的体积，降低了风力发电机组传动部分的成本，同时风力发电机组的主机架、准行星级行星架法兰、主轴承内圈固定在一起，缩短了轮毂中心与塔架中心的距离，减小了风轮重量在塔架上产生的弯矩。

较佳地，所述风力发电机组还包括风轮锁定盘，所述风轮锁定盘位于所述主轴承和主机架之间，所述输入轴、所述主轴承外圈、所述风轮锁定盘以及所述轮毂联接固定。

在本方案中，将风轮锁定盘设于主轴承和主机架之间，输入轴、轴承外圈与风轮锁定盘以及轮毂联结固定，轴承外圈旋转，缩小了轴承直径，降低了主轴承的成本。

较佳地，所述齿轮箱还设有后箱体，所述后箱体的一端与所述基本行星级齿圈、所述准行星级行星架固定连接，所述后箱体的另一端连接于发电机的定子，所述后箱体与所述发电机的直径小于所述主机架前法兰的直径；所述输出轴与所述基本行星级太阳轮通过花键联接。

本发明的积极进步效果在于：齿轮箱采用差动行星和准行星齿轮传动实现功率分流，功率密度大，可靠性高；轴承外圈旋转，缩小了轴承的直径，降低了轴承成本。将齿轮箱准行星级布置在主轴承内部，实现将其差动行星级布置在轮毂后部腔体，基本行星级及发电机布置在主机架前部腔体，缩短了传动链的长度，降低了风轮对塔架的弯矩，进而降低了风力发电机组的整体成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的齿轮箱的横截面结构示意图。

图2为本发明一实施例的风力发电机组传动结构整体示意图。

附图标记说明

齿轮箱 1

输入轴 11

输出轴 12

差动行星齿轮组 100

差动行星级齿圈 101

差动行星级行星轮 102

差动行星级太阳轮 103

差动行星级行星架 104

准行星齿轮组 200

准行星级齿圈 201

准行星级行星轮 202

准行星级太阳轮 203

准行星级行星架 204

基本行星齿轮组 300

基本行星级齿圈 301

基本行星级行星轮 302

基本行星级太阳轮 303

基本行星级行星架 304

双列圆锥轴承 13

锥形盘 14

发电机 2

转子 20

定子 21

轮毂 3

主机架 4

风轮锁定盘 5

齿轮箱后箱体 7

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

一种齿轮箱1，如图1所示，齿轮箱1包括依次设置的差动行星齿轮组100、准行星齿轮组200和基本行星齿轮组300，齿轮箱1还包括输入轴11和输出轴12。

差动行星齿轮组100包括差动行星级齿圈101，差动行星级行星轮102、差动行星级太阳轮103以及差动行星级行星架104，输入轴11连接于差动行星级行星架104，差动行星级行星轮102通过柔性销轴固定在差动行星级行星架104上；准行星齿轮组200包括有准行星级齿圈201、准行星级行星轮202、准行星级太阳轮203、准行星级行星架204，准行星级行星架204与主轴承13内圈、风力发电机组的主机架4联接固定，准行星级齿圈201与输入轴11联接，准行星级太阳轮203连接于差动行星级齿圈101。

基本行星齿轮组300包括基本行星级齿圈301、基本行星级行星轮302、基本行星级太阳轮303以及基本行星级行星架304，基本行星级齿圈301连接于准行星级行星架204，差动行星级太阳轮103连接于基本行星级行星架304，基本行星级行星轮302设于基本行星级行星架304上，基本行星级太阳轮303连接于输出轴12。

在本实施例中，其中齿轮箱1采用由封闭行星齿轮传动与一级行星齿轮传动组成，其中封闭行星齿轮传动是由一级差动行星齿轮传动与一级准行星齿轮传动组合而成，属于功率分流型传动。

在本实施例中，来自轮毂3的功率传递给输入轴11后，一部分传递给准行星级齿圈201，一部分传递给差动行星级行星架104；传递给准行星级齿圈201的功率经过准行星级齿轮传动增速降扭后通过准行星级太阳轮203传递给差动行星级齿圈101；通过差动行星级太阳轮103将差动行星级行星架104的功率与差动行星级齿圈101的功率合流输出。该齿轮箱采用差动行星和准行星齿轮传动实现功率分流、合流，降低了准行星级齿圈载荷，减小了准行星级齿圈直径；使得齿轮箱功率密度增大、体积减小，可靠性提高；进而降低齿轮箱的整体成本。

在本实施例中，齿轮箱1还包括主轴承13，该主轴承为双列圆锥轴承；齿轮箱1的输入轴11与所述主轴承13的外圈固定联接，所述主轴承13的内圈与所述准行星级行星架204固定联接。将齿轮箱1布置在主轴承13内部，仅一个主轴承13，而且是与齿轮箱1集成在一起的，减少了轴承座，有效缩短传动链的长度，降低了整体成本。

在本实施例中，差动行星级行星轮102和准行星级行星轮202的每个行星轮均采用柔性销结构均载，柔性销结构的柔性销轴与其相应的行星架过盈配合，柔性销结构的销套与柔性销轴过盈配合，销套用于支撑相应的行星轮系的行星轴承和行星轮。当每个行星轮系的齿圈与太阳轮的两个切向力施加于行星轮上时，来自行星架上悬臂柔性销轴的弯曲引起的角度绕度能够被反方向来自柔性销轴另一端悬臂销套的弯曲引起的角度绕度所抵消，使每个行星轮平行浮动，进而使载荷在每个行星轮之间平均分配，实现均载，进而提高齿轮的寿命。

在本实施例中，准行星级太阳轮203通过锥形盘14与差动行星级齿圈101联接成一体，该整体与相关部件没有轴承联接固定，在轴向与径向都是自由的(具体设计时，会限定自由移动距离)，所以它们是浮动的。与柔性销行星轮啮合，传动时会相互自适应，使得齿面均载效果更好，可提高齿轮的寿命。

在本实施例中，齿轮箱1采用三级传动，齿轮箱1的总传动比可达50～100。采用多级传动，提高了齿轮箱1的整体传动比，使得齿轮箱1可以适应各种工作环境，提高了齿轮箱1输出转速，降低了输出扭矩，可以使发电机2体积更小，有效降低发电机2的成本。

一种传动链，传动链包括如上的齿轮箱1，传动链还包括发电机2，发电机2包括有转子20，转子20连接于输出轴12。

在本实施例中，传动链中的发电机转子20直接连接于输出轴12，有效的缩短了传动链的长度，减小了传动链的体积。

一种风力发电机组，如图2所示，风力发电机组包括如上的传动链，风力发电机组还包括有轮毂3，轮毂3连接于齿轮箱输入轴11及主轴承13外圈。

在本实施例中，轮毂3与轴承外圈固定，螺纹在轮毂3上，整体起吊轮毂3时，在主机架4上紧固联接螺栓，方便安装。

在本实施例中，风力发电机组还包括主机架4，主机架4连接于准行星级行星架204，所述差动行星齿轮组100设于所述轮毂3的后部腔体内，所述基本行星齿轮组300设于所述主机架4的前部腔体中。

风力发电机组还包括风轮锁定盘5，风轮锁定盘5位于主轴承和主机架4之间，输入轴11、双列圆锥轴承13外圈与风轮锁定盘5以及轮毂3联接固定。

齿轮箱1还设有后箱体7，后箱体7的一端与准行星级行星架204固定连接，后箱体7的另一端连接于发电机2的定子21，后箱体7与发电机2的直径小于主机架4前法兰的直径；输出轴12与基本行星级太阳轮303通过花键联接。

如图1、图2所示，齿轮箱1输入轴11与主轴承13外圈、风轮锁定盘5、轮毂3、通过螺栓联接固定为一体。主轴承13内圈与准行星级行星架204、主机架4通过螺栓联接固定为一体。轮毂3和主机架4通过主轴承13分为旋转和固定两个部分。

来自风轮的载荷，推力、弯矩通过双列圆锥轴承13圆锥滚子传递给主机架4；齿轮箱1输入轴11还与准行星级齿圈201、差动行星级行星架104联接，扭矩通过齿轮箱1输入轴11传递给准行星级齿圈201和差动行星级行星架104，实现功率分流。由于在轮毂3和主机架4之间仅布置双列圆锥轴承13外圈及相关部件的法兰，有效缩短了轮毂3中心到塔架中心的距离，有效降低风轮重量在塔架上产生的弯矩。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱包括依次设置的差动行星齿轮组、准行星齿轮组及基本行星齿轮组，所述齿轮箱还包括输入轴和输出轴；

所述差动行星齿轮组包括差动行星级齿圈、差动行星级行星轮、差动行星级太阳轮以及差动行星级行星架，所述输入轴连接于所述差动行星级行星架，所述差动行星级行星轮通过柔性销轴固定在所述差动行星级行星架上；所述准行星齿轮组包括有准行星级齿圈、准行星级行星轮、准行星级太阳轮和准行星级行星架，所述准行星级行星架固定，所述输入轴连接于所述准行星级齿圈，所述准行星级太阳轮连接于所述差动行星级齿圈；

所述基本行星齿轮组包括基本行星级齿圈、基本行星级行星轮、基本行星级太阳轮以及基本行星级行星架，所述基本行星级齿圈连接于所述准行星级行星架，所述差动行星级太阳轮连接于所述基本行星级行星架，所述基本行星级太阳轮连接于所述输出轴。

2.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱还包括主轴承，所述主轴承为双列圆锥轴承；所述齿轮箱体的输入轴与所述主轴承的外圈固定联接，所述主轴承的内圈与所述准行星级行星架固定联接。

3.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述差动行星级和所述准行星级的每个行星轮均采用柔性销结构均载，所述柔性销结构的柔性销轴与其相应的行星架过盈配合，所述柔性销结构的销套与所述柔性销轴过盈配合，所述销套用于支撑相应的行星轮系的行星轴承和行星轮。

4.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述准行星级太阳轮通过锥形盘连接于所述差动行星级齿圈；所述准行星级太阳轮和所述差动行星级齿圈构成一体，所述准行星级太阳轮和所述差动行星级齿圈为浮动件。

5.如权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱采用三级传动，所述齿轮箱的总传动比可达50～100。

6.一种传动链，其特征在于，所述传动链包括如权利要求1-5所述齿轮箱，所述传动链还包括发电机，所述发电机包括有转子，所述转子连接于所述输出轴。

7.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求6所述的传动链，所述风力发电机组还包括有轮毂，所述轮毂连接于所述输入轴。

8.如权利要求7所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括主机架，所述主机架连接于所述准行星级行星架，所述齿轮箱差动行星齿轮组设于所述轮毂的腔体内，所述基本行星齿轮组设于所述主机架的腔体中。

9.如权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括风轮锁定盘，所述风轮锁定盘位于主轴承和主机架之间，所述输入轴、所述主轴承的外圈与所述风轮锁定盘以及所述轮毂联结固定。

10.如权利要求8所述的风力发电机组，其特征在于，所述齿轮箱还设有后箱体，所述后箱体的一端与所述基本行星级齿圈、所述准行星级行星架固定连接，所述后箱体的另一端连接于发电机的端盖部，所述后箱体与所述发电机的直径小于所述主机架前法兰的直径；所述输出轴与所述基本行星级太阳轮通过花键联接。

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