CN117570189A - 一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及齿轮箱技术领域，具体公开了一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，包括行星架、前箱体和后箱体，行星架和前箱体之间设有前轴承，行星架和后箱体之间设有后轴承；前轴承和后轴承均为滑动轴承且均固定连接在行星架上，前轴承靠近前箱体的外圆周面为工作面，后轴承靠近后箱体的外圆周面为工作面，前轴承和后轴承的工作面均倾斜设置；前箱体和前轴承滑动配合的配合面与前轴承的工作面贴合，后箱体和后轴承滑动配合的配合面与后轴承的工作面贴合。采用本发明所提供的技术方案，可以解决现有技术的滚动轴承的尺寸规格不能满足大兆瓦风电齿轮箱的设计需求，而新设计、制造超大规格滚动轴承会导致风电齿轮箱的最终成本昂贵的技术问题。

Description

一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱

技术领域

本发明涉及齿轮箱技术领域，具体涉及一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱。

背景技术

在风力发电机组中，由于风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须要通过风电齿轮箱的增速来使发电机得到相应的转速，因此风电齿轮箱作为重要的核心部件在风电设备中起到至关重要的作用。

风电齿轮箱通常包括至少一级行星轮系，其中行星架通常采用滚动轴承转动安装于箱体上。滚动轴承可以为圆柱滚子轴承，也可以为圆锥滚子轴承，其主要的作用是用来支撑行星架，承受径向荷载以及轴向荷载。对于大兆瓦级风电齿轮箱中行星架和箱体的连接，普遍采用附图1所示的布局结构，即在行星架101和前箱体103之间设置前滚动轴承102，在行星架101和后箱体104之间设置后滚动轴承105，具体的，行星架101为阶梯结构，具有前轴肩和后轴肩，前滚动轴承102的内圈过盈连接固定在行星架101的前轴肩处，后滚动轴承105的内圈过盈连接固定在行星架101的后轴肩处，前滚动轴承102和后滚动轴承105共同对行星架101形成支撑。

上述现有技术在实际应用中存在以下问题：

1.在大兆瓦风电齿轮箱的上述结构布置中，前滚动轴承102受行星架101前端尺寸影响，需要选用超大规格的滚动轴承，但是由于现有的滚动轴承是标准件，其尺寸规格已经不能满足设计需求，若新设计、制造超大规格滚动轴承，会导致风电齿轮箱的最终成本昂贵，不利于风电齿轮箱产业的发展。

2.滚动轴承的内外圈由于装配和空间结构的影响，无法施加有效的止动手段，使用过程中时有出现滚动轴承内外圈打滑以及滚子和滚道面间打滑的问题，导致滚动轴承的磨损严重，不利于延长滚动轴承的使用寿命。

3.若使用圆锥滚子轴承，由于圆锥滚子轴承对预紧要求特别高，容易出现由于预紧不当造成运行过程中异响甚至失效的问题，导致轴承的可靠性较低。

发明内容

本发明意在提供一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，以解决现有技术的滚动轴承的尺寸规格不能满足大兆瓦风电齿轮箱的设计需求，而新设计、制造超大规格滚动轴承会导致风电齿轮箱的最终成本昂贵的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，包括行星架、前箱体和后箱体，行星架和前箱体之间设有前轴承，行星架和后箱体之间设有后轴承；所述前轴承为滑动轴承，前轴承固定连接在行星架上，前轴承靠近前箱体的外圆周面为工作面，且前轴承的工作面倾斜设置；前箱体靠近前轴承的内圆周面为配合面，前箱体的配合面与前轴承的工作面贴合，且前箱体的配合面与前轴承的工作面滑动配合。

本方案的原理及有益效果：

1.本方案采用滑动轴承作为行星架和前箱体之间连接的前轴承，由于滑动轴承为非标准件，可以根据实际使用需要选择对应尺寸的滑动轴承作为前轴承，以适配行星架的前端尺寸，从而在不改变行星架前端尺寸的情况下实现齿轮箱的顺利装配，有利于保证行星架的结构强度，进而保证齿轮箱的工作可靠性；此外，滑动轴承相比于滚动轴承而言，其结构更简单，因此设计、制造的成本相对较低，并且滑动轴承具有更长的使用寿命，能够有效控制风电齿轮箱的最终成本，有利于风电齿轮箱产业的发展。

2.本方案中前轴承采用滑动轴承代替现有技术中的滚动轴承，可以有效避免滚动轴承内外圈打滑以及滚子和滚道面间打滑磨损的问题，并且由于滑动轴承的结构简单，对安装的要求较低，能够有效提高前轴承的安装便捷性，同时保证前轴承的安装符合要求，从而保证前轴承的工作可靠性。

3.本方案采用滑动轴承作为前轴承，则滑动轴承相比于滚动轴承，其摩擦副之间由滚动摩擦(点接触)变为滑动摩擦(面接触)，接触面积增大因此承载能力更高，有利于进一步提高前轴承的工作可靠性。

4.本方案将前轴承固定连接在行星架上，前轴承靠近前箱体的外圆周面则为与前箱体的内圆周面滑动配合的工作面，前箱体的内圆周面即为配合面，将前轴承的工作面倾斜设置，且前箱体的配合面与前轴承的工作面贴合，则安装前轴承时，其倾斜设置的工作面可以对其起到轴向定位的作用，即前轴承工作面直径较大的一端难以沿轴向移动至前箱体配合面直径较小的一端，此时无需在前轴承直径较小的一端设置轴向定位结构，只需在前轴承直径较大的一端设置轴向定位结构，即可实现前轴承的轴向完全定位，可以有效减少前轴承的轴向定位结构，便于加工，并有利于提高前轴承的安装效率。

5.本方案将前轴承的工作面倾斜设置，相比于常规圆柱形状的轴承，本方案的前轴承在轴向尺寸一定的条件下，其工作面的面积更大，即前轴承与前箱体的接触面积更大，则从行星架传递而来的径向荷载和轴向荷载作用在前箱体上的压强更小，可以减缓前箱体的老化磨损，从而有利于提高整个风电齿轮箱的使用寿命。

6、本方案将前轴承的工作面倾斜设置，则与前轴承的工作面贴合进行滑动配合的前箱体的配合面也具有相同的倾斜角度，当整个风电齿轮箱的承载能力要求发生变化时，需要对前轴承进行更换，此时只需选择具有不同径向和轴向尺寸的前轴承、而保持前轴承的工作面的倾斜角度不变，即可适配前箱体的配合面，而无需改变行星架和前箱体的尺寸，即本方案的风险齿轮箱可以适用于多规格前轴承的安装，适用范围较广。

优选的，作为一种改进，所述后轴承也为滑动轴承，后轴承固定连接在行星架上，后轴承靠近后箱体的外圆周面为工作面，且后轴承的工作面倾斜设置；后箱体靠近后轴承的内圆周面为配合面，后箱体的配合面与后轴承的工作面贴合，且后箱体的配合面与后轴承的工作面滑动配合。

有益效果：本方案将后轴承也设置为滑动轴承，则可以进一步避免现有技术采用滚动轴承所存在的问题，即消除行星架后端尺寸对后承载的限制、降低设计制造成本、简化前轴承结构从而提高安装便捷性和可靠性、提高承载能力等。此外，后轴承的工作面倾斜设置，与前轴承同理，可以有效减少后轴承的轴向定位结构，便于加工，并有利于提高后轴承的安装效率；并且后轴承在同样宽度下，相比于普通圆柱形轴承可以增加其与后箱体的接触面积，减小从行星架传递而来的径向荷载和轴向荷载作用在后箱体上的压强，从而减缓后箱体的老化磨损，有利于进一步提高整个风电齿轮箱的使用寿命。同时，本方案的风电齿轮箱在适用于多规格前轴承安装的基础上，还可以适用于多规格后轴承的安装，即本方案的风电齿轮箱可以适用于多规格滑动轴承的安装，进一步扩大了本方案的适用范围。

优选的，作为一种改进，所述前轴承的后端与行星架的前轴肩相抵，前轴承的直径从前端到后端逐渐增大；后轴承的前端与行星架的后轴肩相抵，后轴承的直径从前端到后端逐渐减小。

有益效果：本方案将前轴承的直径设置为从前端到后端逐渐增大，则前箱体的内径从前端到后端逐渐增大，因此具有较大直径的前轴承后端，无法向具有较小内径的前箱体前端滑动，且具有较大直径的前轴承后端与行星架的前轴肩相抵，如此，可以通过前箱体倾斜设置的配合面与行星架的前轴肩配合，有效实现前轴承的轴向定位，而无需设置额外的轴向定位结构，极大的简化了结构，便于加工和安装。同理，后轴承的结构设置，也可以通过后箱体倾斜设置的工作面和行星架的后轴肩配合，有效实现后轴承的轴向定位，而无需设置额外的轴向定位结构，进一步简化了结构，提高加工和安装的便捷性。

优选的，作为一种改进，所述前轴承的工作面和后轴承的工作面的倾斜角度为α，0°＜α≤45°。

有益效果：本方案将前轴承的工作面和后轴承的工作面的倾斜角度设置为大于0°且小于等于45°，则可以在保持前轴承和后轴承的轴向定位作用的同时，保证前轴承和后轴承满足承载能力要求，从而保证整个风电齿轮箱的工作可靠性。如果前轴承和后轴承的工作面的倾斜角度等于0°，则前轴承和后轴承的工作面实际不倾斜，此时前轴承和后轴承为普通的圆柱形滑动轴承，不仅自身失去了轴向定位作用，还会导致前箱体和后箱体的配合面失去倾斜角度，从而导致前箱体和后箱体无法再适用于多规格滑动轴承的安装。如果前轴承和后轴承的工作面的倾斜角度大于45°，则前轴承和后轴承的工作面具有过大的倾斜角度，会导致前轴承和后轴承的径向承载能力降低而无法满足径向承载力要求，从而导致整个风电齿轮箱的工作可靠性降低。

优选的，作为一种改进，所述前轴承的工作面和后轴承的工作面沿倾斜方向的长度为6～15cm。

有益效果：本方案将前轴承的工作面和后轴承的工作面沿倾斜方向的长度设置为6～15cm，则可以在保证前轴承和后轴承的承载能力满足要求的同时，使得前轴承和后轴承的轴向尺寸在安装空间的可容纳范围内，保证前轴承和后轴承的有效安装。如果前轴承和后轴承的工作面沿倾斜方向的长度太小，小于6cm，则前轴承和后轴承的轴向尺寸过小，导致前轴承和后轴承的轴向承载力不满足设计要求，从而导致整个风电齿轮箱的工作可靠性得不到保证。如果前轴承和后轴承的工作面沿倾斜方向的长度太大，大于15cm，则前轴承和后轴承的轴向尺寸过大，虽然可以保证前轴承和后轴承的轴向承载力满足设计要求，但是容易导致前轴承和后轴承的轴向尺寸超出安装空间的容纳范围，从而导致前轴承和后轴承无法正常安装，即便可以安装也会导致材料的浪费，并增加风电齿轮箱的整体重量。

优选的，作为一种改进，所述前轴承上设有供油结构，供油结构包括开设在前轴承大直径端的环形油槽、开设在前轴承工作面的若干储油槽以及开设在前轴承内部的若干供油通道，供油通道与储油槽一一对应设置，供油通道的一端与环形油槽连通，供油通道的另一端与储油槽连通；后轴承上也设有相同的供油机构。

有益效果：本方案通过行星架的油孔将外部加入的润滑油输送至行星架的前轴肩和后轴肩处，由于前轴承和后轴承的大直径端分别与行星架的前轴肩和后轴肩相抵，外部输入的润滑油可以暂存在前轴承和后轴承大直径端的环形油槽中，再通过与环形油槽连通的若干供油通道一对一输送至前轴承和后轴承工作面的储油槽中，前轴承和后轴承的工作面在与前箱体和后箱体的配合面进行滑动配合过程中，储油槽中的润滑油溢流至前轴承和后轴承的工作面上，对前轴承和后轴承的工作面进行润滑，保证前轴承和后轴承的工作可靠性，同时有利于延长前轴承和后轴承的使用寿命。本方案结构简单，加工方便，可以有效实现前轴承和后轴承的工作面润滑。

优选的，作为一种改进，所述储油槽贯穿前轴承和后轴承的大直径端，但不贯穿前轴承和后轴承的小直径端。

有益效果：本方案将储油槽设置为贯穿前轴承和后轴承的大直径端，但不贯穿前轴承和后轴承的小直径端，一方面，前轴承和后轴承的大直径端分别与行星架的前轴肩和后轴肩相抵，则行星架的油孔输送至前轴肩和后轴肩处的润滑油可以直接流入储油槽中，增加了储油槽的润滑油流入通道，可以有效保证出油槽中具有充足的润滑油，从而保证前轴承和后轴承的工作面被充分润滑，既有利于保证前轴承和后轴承的工作可靠性，又有利于延长前轴承和后轴承的使用寿命；另一方面，前轴承和后轴承的小直径端分别靠近前箱体和后箱体的外侧，储油槽不贯穿前轴承和后轴承的小直径端，可以减少甚至避免储油槽中的润滑油流至风电齿轮箱外，既可以减少甚至避免润滑油的浪费，又可以减少甚至避免风电齿轮箱的外表面被润滑油弄脏。

优选的，作为一种改进，若干所述储油槽均匀分布在前轴承和后轴承的工作面上。

有益效果：本方案将储油槽均匀分布在前轴承和后轴承的工作面上，可以保证工作面的各部位被润滑油均匀、充分地润滑，从而保证前轴承和后轴承的工作可靠性。

优选的，作为一种改进，所述储油槽沿前轴承和后轴承的工作面的倾斜方向设置。

有益效果：本方案将储油槽沿前轴承和后轴承的工作面的倾斜方向设置，不仅可以保证储油槽中的润滑油向外溢流的均匀性，从而进一步保证前轴承和后轴承的工作面被润滑油充分、均匀地润滑，还可以降低储油槽的加工难度，方便对储油槽进行加工。

优选的，作为一种改进，所述供油通道包括相互连通的进油孔和出油孔，进油孔与环形油槽连通，且进油孔沿前轴承和后轴承的轴向设置；出油孔与储油槽连通，且出油孔沿前轴承和后轴承的径向设置。

有益效果：本方案将供油通道设置为包括相互连通的进油孔和出油孔，并将进油孔沿前轴承和后轴承的轴向设置，将出油孔沿前轴承和后轴承的径向设置，即供油通道整体呈L型，可以有效降低供油通道的加工难度，提高加工时定位的便捷性。

附图说明

图1为现有技术中行星架和箱体的连接结构示意图。

图2为本发明实施例1中行星架和箱体的连接结构示意图。

图3为本发明实施例1中前轴承和后轴承的小直径端的结构示意图。

图4为图3中A处的结果示意图。

图5为本发明实施例1中前轴承和后轴承的大直径端的结构示意图。

图6为图5中B处的结构示意图。

图7为图5中A-A截面的结构示意图。

图8为图7中C处的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：行星架101、前滚动轴承102、前箱体103、后箱体104、后滚动轴承105、行星架1、前轴承2、前箱体3、后箱体4、后轴承5、环形油槽6、储油槽7、供油通道8、进油孔81、出油孔82。

实施例1

一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，如附图2所示，包括行星架1、前箱体3和后箱体4，行星架1和前箱体3之间设有前轴承2，行星架1和后箱体4之间设有后轴承5。行星架1为阶梯形结构，行星架1具有前轴肩和后轴肩，前轴承2安装在行星架1的前轴肩处，后轴承5安装在行星架1的后轴肩处。

前轴承2为滑动轴承，且前轴承2以过盈配合的方式固定连接在行星架1上，则前轴承2靠近前箱体3的外圆周面为工作面，前轴承2的工作面倾斜设置。前轴承2的后端与行星架1的前轴肩相抵，前轴承2的直径从前端到后端逐渐增大。前箱体3靠近前轴承2的内圆周面为配合面，前箱体3的配合面与前轴承2的工作面贴合，且前箱体3的配合面与前轴承2的工作面滑动配合。

后轴承5为滑动轴承，且后轴承5以过盈配合的方式固定连接在行星架1上，则后轴承5靠近后箱体4的外圆周面为工作面，后轴承5的工作面倾斜设置。后轴承5的前端与行星架1的后轴肩相抵，后轴承5的直径从前端到后端逐渐减小。后箱体4靠近后轴承5的内圆周面为配合面，后箱体4的配合面与后轴承5的工作面贴合，且后箱体4的配合面与后轴承5的工作面滑动配合。

需要说明的是，本技术提到的“前”是指靠近风电齿轮箱输入端的方向，“后”是指靠近风电齿轮箱输出端的方向。

前轴承2的工作面和后轴承5的工作面的倾斜角度为α，0°＜α≤45°，具体的，α可以取10°、20°、30°、40°、45°等。前轴承2的工作面和后轴承5的工作面沿倾斜方向的长度为6～15cm，具体的，可以取6cm、9cm、12cm、15cm等。

结合图3、图5和图7所示，前轴承2和后轴承5上均设有供油结构。供油结构包括环形油槽6、若干储油槽7和若干供油通道8，环形油槽6开在前轴承2/后轴承5的大直径端，储油槽7开在前轴承2/后轴承5的工作面，供油通道8开在前轴承2/后轴承5内部。环形油槽6与前轴承2/后轴承5同轴设置；若干储油槽7均匀分布在前轴承2/后轴承5的工作面上，储油槽7沿前轴承2/后轴承5的工作面的倾斜方向设置，结合图4和图6所示，储油槽7贯穿前轴承2/后轴承5的大直径端，但不贯穿前轴承2/后轴承5的小直径端；供油通道8与储油槽7一一对应设置，且供油通道8的一端与环形油槽6连通，供油通道8的另一端与储油槽7连通。

如图8所示，本实施例中，供油通道8包括相互连通的进油孔81和出油孔82，进油孔81与环形油槽6连通，且进油孔81沿前轴承2/后轴承5的轴向设置；出油孔82与储油槽7连通，且出油孔82沿前轴承2/后轴承5的径向设置。

具体实施过程如下：

安装：将前轴承2过盈固定至行星架1的前端，使得前轴承2的后端与行星架1的前轴肩相抵，前轴承2位于行星架1与前箱体3之间，且前轴承2的工作面与前箱体3的配合面贴合；将后轴承5过盈固定至行星架1的后端，使得后轴承5的前端与行星架1的后轴肩相抵，后轴承5位于行星架1与后箱体4之间，且后轴承5的工作面与后箱体4的配合面贴合。

工作：行星架1与前箱体3和后箱体4相对转动的过程中，由于前轴承2和后轴承5过盈固定在行星架1上，则前轴承2和后轴承5与行星架1相对静止，前轴承2的工作面和前箱体3的配合面滑动配合，后轴承5的工作面与后箱体4的配合面滑动配合。

供油：工作过程中，行星架1的油孔将外部加入的润滑油引导至行星架1的前轴肩和后轴肩处，一部分润滑油进入环形油槽6，随后通过供油通道8从环形油槽6流至储油槽7中，另一部分润滑油直接从储油槽7的端部进入储油槽7中；储油槽7中的润滑油溢流至前轴承2和后轴承5的工作面，对前轴承2和后轴承5的工作面进行润滑。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，包括行星架、前箱体和后箱体，行星架和前箱体之间设有前轴承，行星架和后箱体之间设有后轴承；其特征在于：所述前轴承为滑动轴承，前轴承固定连接在行星架上，前轴承靠近前箱体的外圆周面为工作面，且前轴承的工作面倾斜设置；前箱体靠近前轴承的内圆周面为配合面，前箱体的配合面与前轴承的工作面贴合，且前箱体的配合面与前轴承的工作面滑动配合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述后轴承也为滑动轴承，后轴承固定连接在行星架上，后轴承靠近后箱体的外圆周面为工作面，且后轴承的工作面倾斜设置；后箱体靠近后轴承的内圆周面为配合面，后箱体的配合面与后轴承的工作面贴合，且后箱体的配合面与后轴承的工作面滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述前轴承的后端与行星架的前轴肩相抵，前轴承的直径从前端到后端逐渐增大；后轴承的前端与行星架的后轴肩相抵，后轴承的直径从前端到后端逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述前轴承的工作面和后轴承的工作面的倾斜角度为α，0°＜α≤45°。

5.根据权利要求2所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述前轴承的工作面和后轴承的工作面沿倾斜方向的长度为6～15cm。

6.根据权利要求3-5任一项所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述前轴承上设有供油结构，供油结构包括开设在前轴承大直径端的环形油槽、开设在前轴承工作面的若干储油槽以及开设在前轴承内部的若干供油通道，供油通道与储油槽一一对应设置，供油通道的一端与环形油槽连通，供油通道的另一端与储油槽连通；后轴承上也设有相同的供油机构。

7.根据权利要求6所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述储油槽贯穿前轴承和后轴承的大直径端，但不贯穿前轴承和后轴承的小直径端。

8.根据权利要求7所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：若干所述储油槽均匀分布在前轴承和后轴承的工作面上。

9.根据权利要求8所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述储油槽沿前轴承和后轴承的工作面的倾斜方向设置。

10.根据权利要求6所述的一种适用于多规格滑动轴承安装的风电齿轮箱，其特征在于：所述供油通道包括相互连通的进油孔和出油孔，进油孔与环形油槽连通，且进油孔沿前轴承和后轴承的轴向设置；出油孔与储油槽连通，且出油孔沿前轴承和后轴承的径向设置。