CN1654819A - 风轮机的齿轮箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有复合行星齿轮布置且具有轴承的风轮机的齿轮箱，提供改进的可靠性，并便于维修。所述齿轮箱具有行星小齿轮和在行星齿轮支座作用下围绕中心齿轮转动的行星齿轮，中心齿轮驱动末级减速齿轮，所述末级减速齿轮和行星齿轮支座的毗邻端可以从齿轮箱壳体上拆卸下，以便方便地拆卸行星小齿轮和与之相关的轴承。

Description

风轮机的齿轮箱

技术领域

本发明涉及一种风轮机，具体地说，涉及一种被设置在风轮机转子和发电机之间的齿轮箱。

背景技术

响应于风轮机转子的转动，使用行星齿轮箱驱动发电机是公知的。转子向齿轮箱提供低速、高扭距的输入。齿轮箱向发电机提供高速、低扭距输出。这种类型的齿轮箱已经用于该应用场合大约20年。公知的是，在这种要求使用下，这种齿轮箱的行星齿轮和与之相关的轴承承受高横向负载，并从而承受高磨损，且不方便接近进行那些关键磨损元件的维护、修理和更换。

发明名称为“风力发电机传动装置”的美国专利No.6,420,808显示了一种用风力驱动发动机的齿轮箱。该齿轮箱包括多级行星齿轮传动装置和用于驱动输出给发电机的正齿轮级。来自风轮机转子的输入驱动齿圈围绕轴线转动。该齿圈与齿圈内部的行星齿轮啮合，而行星齿轮在壳体内固定就位。行星齿轮驱动可围绕齿轮箱的中心轴线转动的中心齿轮，而该中心齿轮又通过一组正齿轮驱动与发电机相连的输出轴。该齿轮箱受几种限制，减少了其操作可靠性，并使关键磨损元件的修理和更换更为困难。由行星齿轮轴17携带的行星齿轮19伸出用于这些轴的相邻外轴承(也就是，相对于这些轴承被悬臂安装)。这种布置在外和内轴承上产生增加了的横向力。此外，内轴承比外轴承窄并具有较小的内径和外径，从而相对于外轴承，减少了其承载能力。受承载环12内端造成的空间限制，内径和外径的减少是必需的。此外，接近内和外轴承进行维修需要拆解整个齿轮箱。

如共同转让给通用电器公司的美国专利No.6,148,940中所示，也可得知使用行星齿轮箱用于大型越野车辆具体而言在露天采矿中所使用的车辆的马达轮。具有高速、低扭距输出的电动机与齿轮箱的输入轴相连。而所述齿轮箱向车轮提供低速、高扭距输出，使车轮转动。

美国专利No.5,663,600披露了一种用于将风动转子的扭矩传送到轴/发电机的大型行星齿轮组。该齿轮组包括与转子一起转动的齿圈。

发明内容

例如，本发明包括具有一组由行星齿轮承载部件携带的行星小齿轮的齿轮箱，行星齿轮承载部件由诸如转子叶片等风驱动设备驱动。在每个行星小齿轮上形成一组轮齿。由于其轮齿与大的固定的齿圈啮合，每个行星小齿轮转动得比转子快。安装在每个行星小齿轮上的行星齿轮由相应行星小齿轮驱动转动。所有行星齿轮与可转动地安装在配设在行星齿轮承载部件中心轴线上的中心齿轮轴上的小中心齿轮啮合并驱动该小中心齿轮。所述中心齿轮比大的行星齿轮更快地转动。中心齿轮驱动一较大的末级齿轮，该末级齿轮通过花键连接安装在中心齿轮上。该末级齿轮与输出小齿轮上的一组小轮齿啮合，驱动输出小齿轮比中心齿轮更快地转动。

行星齿轮轴承于其小齿轮和行星齿轮外侧位于每个行星小齿轮的每端处，以相对于行星齿轮承载部件支撑行星小齿轮。行星齿轮承载部件的一端与转子相连并与转子一起转动，而另一端是敞开的，以容置行星小齿轮。一承载部件端板被可拆卸地固定在所述行星齿轮承载部件上。每个行星小齿轮第一端上的第一轴承通过行星齿轮承载部件支撑所述行星小齿轮。每个行星小齿轮第二端上的第二轴承通过承载部件端板支撑所述行星小齿轮。齿轮箱壳体的输出或末级端连同输出小齿轮和末级齿轮是可拆卸的，从而允许拆卸所述承载部件端板。所述承载部件端板的拆卸允许便利地拆卸行星小齿轮第二端上的行星齿轮轴承。然后，可以从行星齿轮承载部件上拆卸行星小齿轮，继之以拆卸行星小齿轮第一端上的行星齿轮轴承。

除了在要求维修时，增强了行星轴承的可接近性，本发明的行星轴承还增加了承载能力和可靠性。就此而言，行星小齿轮第一和第二端上的轴承具有基本相同的尺寸和承载能力(也就是具有相同的类型以及基本相同的宽度和内径与外径)。此外，轴承的外径大约是其内径的两倍，从而为高能力承载元件提供充足的空间。第一和第二轴承被设置在相应行星小齿轮的端部，行星小齿轮的轮齿和行星齿轮位于行星齿轮轴承之间。从而，行星小齿轮沿其整个长度被轴承支撑，没有在轴承上造成增加应力的外伸或悬臂部。

附图说明

通过在下文结合附图所进行的详尽介绍，本发明的新颖特征和本发明自身将被更好地理解，在图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是包括符合本发明一实施例的齿轮箱的风轮机的剖视图；

图2是图1所示齿轮箱的输入端的透视图；

图3是图1所示齿轮箱的输出端的透视图；以及

图4是图1所示齿轮箱的纵向剖面视图。

具体实施方式

发明涉及一种风轮机，且特别涉及一种被设置在风轮机转子和发电机之间的齿轮箱。本发明适用于不同的齿轮箱结构。图1示意性显示了符合本发明一个实施例的齿轮箱10。

齿轮箱10形成风轮机12的一部分。风轮机12包括支柱或支架14。支架14支撑涡轮机壳体16。齿轮箱10被支撑在涡轮机壳体16内。齿轮箱10的尺寸通过站在风轮机壳体16内的人的轮廓示意性地表示。

转子20被支撑在涡轮机壳体16上用于相对于该涡轮机壳体转动。转子20通过转子轴22与齿轮箱10的输入端相连，齿轮箱10的输出端通过输出轴24与发电机26相连。

转子20响应于通过风轮机12的空气运动而转动。转子20的转动力通过转子轴22、齿轮箱10和输出轴24被传送到发电机26。发电机26产生电力。

齿轮箱10(图2～4)包括如图所示由几个可拆卸地紧固在一起的元件或盖制成的齿轮箱壳体30。如图所示，齿轮箱壳体30包括输入端盖82、行星齿轮盖84和末级盖92。齿轮箱壳体30利用支撑销32被支撑在涡轮机壳体16上。

齿轮箱壳体30的输入端盖82支撑行星齿轮承载部件40并围绕行星齿轮承载部件40(图4)延伸，行星齿轮承载部件40用于围绕行星齿轮承载部件40的中心轴线36相对于壳体30转动。行星齿轮承载部件40的第一端上的输入毂34采用未示的适合方式与转子轴22相连，与转子20一起转动。输入毂34接收来自转子20的转动力，且响应于该转动力使行星齿轮承载部件40相对于齿轮箱壳体30转动。如图所示，行星齿轮承载部件40的第二端基本上是敞开的，可拆卸地安装的端板88被装接到行星齿轮承载部件40的第二端上。如下文所述，该可拆卸的承载部件端板88用作行星齿轮轴承座。

行星齿轮承载部件40在其上支撑多个围绕承载部件轴线36轨道运动的行星小齿轮42。在所示实施例中，设置3个围绕承载部件轴线36等间距分隔开的行星小齿轮42，在图4中仅仅显示一个行星小齿轮42。轴承支撑行星小齿轮42，以便相对于行星齿轮承载部件转动。具体地说，被安装在行星齿轮承载部件40第一端上的第一行星齿轮轴承46接合并支撑每个行星小齿轮42的第一端，通过行星齿轮承载部件40直接支撑该行星小齿轮42的该端。被安装在行星齿轮承载部件端板88上的第二行星齿轮轴承48接合并支撑每个行星小齿轮42的第二端，从而通过行星齿轮承载部件40间接地支撑该行星小齿轮42的第二端。每个行星小齿轮42具有多个外齿轮轮齿44，在所示实施例中，所述外齿轮齿44是正齿轮轮齿。行星齿轮轮齿44可以另外是螺旋齿轮轮齿。

齿轮箱10包括齿圈50。齿圈50被固定在齿轮箱壳体30的内部。如图所示，齿圈50的直径大致是50英寸。行星小齿轮42的直径比齿圈50的直径显著小。

齿圈50具有一排内正齿轮轮齿或内螺旋齿轮轮齿52。齿圈50上的内齿轮轮齿与行星小齿轮42上的外齿轮轮齿啮合。因而，响应于输入毂34和行星齿轮承载部件40围绕中心轴线的转动，行星小齿轮42围绕中心轴线36的轨道运动导致行星小齿轮围绕它们自身的轴线相对于行星齿轮承载部件转动。从转子20传送到输入毂34的转动力从而被全部传送到行星小齿轮42，从而驱动行星小齿轮42围绕它们自身的轴线转动。

齿轮箱10包括多个行星齿轮54，行星齿轮54的数量与行星小齿轮42的数量相同。因此在所示实施例中，设置3个行星齿轮54，在图4的剖视图中仅显示一个。

每个行星齿轮54被固定在一个行星小齿轮42上，从而与相关联的行星小齿轮42一起转动。因而，齿轮箱10是一个“复合”行星齿轮箱。因此当输入毂34和行星齿轮承载部件40转动时，通过行星小齿轮42，输入毂34的转动力被完全传送到行星齿轮54上，以驱动该行星齿轮围绕行星小齿轮轴线转动。

行星齿轮54的直径比行星小齿轮42的直径显著大。每个行星齿轮54具有多个外齿轮轮齿56，在所示实施例中，外齿轮轮齿56是正齿轮轮齿。另外，行星齿轮轮齿56可以是螺旋齿轮轮齿。如果行星齿轮轮齿56和行星小齿轮42轮齿螺旋形的，它们被设计成大致相同但方向相反的倾斜，从而它们相应的轴向推力相互抵消。

齿轮箱10还包括安装在行星齿轮承载部件40内、被行星小齿轮42围绕的中心齿轮60。中心齿轮60被安装于齿轮箱壳体30上的末级盖92上的中心齿轮轴96支撑，用于围绕中心轴线36相对于齿轮箱壳体30转动。中心齿轮60的直径比行星齿轮54的直径显著小。

中心齿轮60具有多个与行星齿轮54上的外齿轮轮齿56啮合的外正齿轮或螺旋齿轮轮齿61。因而，行星齿轮54响应于输入毂34和行星小齿轮42的转动而围绕其轴线的转动导致中心齿轮60围绕中心轴线36转动。通过行星齿轮54，输入毂34和行星齿轮承载部件40的转动力被完全传送到中心齿轮60，驱动中心齿轮围绕中心轴线36转动。

齿轮箱10还包括末级90，末级90包括末级端板94、末级盖92、输出小齿轮70和末级齿轮62。末级齿轮62是正齿轮或螺旋齿轮，通过中心齿轮60上的花键连接64固定用来与中心齿轮60一起围绕中心齿轮轴96转动。末级齿轮62的直径比中心齿轮60的直径显著大。末级齿轮62具有多个外正齿轮或螺旋齿轮轮齿66。

输出小齿轮70具有一组外螺旋齿轮轮齿72。输出小齿轮70被末级端板94和末级盖92支撑，以便围绕与中心轴线36平行延伸的轴线74相对于壳体30转动。输出小齿轮70具有是很出到齿轮箱壳体30之外的部分76，用于经由输出轴24与发电机26相连。

输出小齿轮70上的轮齿72与末级齿轮62上的外齿轮轮齿66啮合。因而，通过输入毂34、行星齿轮承载部件40、行星小齿轮42、行星齿轮54和中心齿轮60传送的转子20的转动力通过末级齿轮62被传送给输出小齿轮70。输出小齿轮70的转动驱动发电机26，从而产生电能。

齿轮箱10提供齿轮减速，在所述实施例中，例如所述减速比可以是72∶1(72比1)。向应于通过风轮机12的风力运动，转子20低速高扭距转动。转子20的低速、高扭距输入被齿轮箱10转换成适合于驱动发电机26的高速、低扭距输出。

来自转子20和输入毂34的输入扭距在三个行星小齿轮42之间从而在三个行星齿轮54之间被分配，以便传送给中心齿轮60。这种结构将转动输入元件34所提供的高扭距在多个传送路径间分散。在齿轮系中的其中所有扭距集中在一个齿轮和一个路径上的仅只一个点，也就是中心齿轮60的部位处，由于中心齿轮转动更快，扭距数值显著小于输入扭距。采用这种方式，齿轮箱10的齿轮系上没有一个部位承受所有输入扭距。这有助于增加齿轮箱10内齿轮系的耐用性和可靠性。

与齿圈50啮合的行星小齿轮42不直接与中心齿轮60啮合。而是，行星小齿轮42使行星齿轮54转动，行星齿轮54与中心齿轮60啮合并使中心齿轮60转动。因此，在行星小齿轮44上的轮齿44没有反复弯曲(reverse bending)，而如果行星小齿轮被直接设置在齿圈50和中心齿轮60之间，可能出现反复弯曲。反复弯曲的消除有助于增加行星小齿轮42的寿命以及从而齿轮箱10的可靠性。

从图4中还可以看到，包括末级端板94、末级盖92、输出小齿轮70和末级齿轮62的齿轮箱10的末级部90是可以从齿轮箱10上拆卸的(实际上，作为单一单元拆卸)，从而使承载部件端板88暴露。于是，承载部件端板88可从行星齿轮承载部件40的第二端(或敞开端)拆卸，暴露出行星小齿轮42第二端上的行星齿轮轴承48，便于拆卸。此后，行星小齿轮42和行星小齿轮42第一端上的行星齿轮轴承46可以被拆卸。

与现有技术相比，本发明的复合行星齿轮箱10可以从占据相同空间体积的齿轮箱提供更高的动力输出(相同速度下，更大的扭距)。另外，可以从较小空间体积提供相同的动力输出。此外，本发明的齿轮箱10使得更容易地接近行星小齿轮和行星齿轮轴承，以便维修。

由于内和外轴承承受类似的载荷型式且具有基本类似的承载能力来提供基本相同的可靠性和相同的服务要求，行星齿轮轴承提供提高了的可靠性。就此而言，行星小齿轮42的第一端和第二端上的轴承46、48具有基本相同的尺寸和承载能力(也就是它们是相同类型，并具有基本相同的宽度和内外直径)。此外，这些轴承的外直径大致是内径的两倍，从而为高能力承载部件提供了充足的空间。第一和第二轴承位于相应行星小齿轮的端部，行星齿轮轮齿52和行星齿轮54位于这些行星齿轮轴承之间。从而，行星小齿轮42沿其整个长度被轴承支撑，没有在轴承上造成增加应力的外伸或悬伸臂部位。

虽然这里示出和详细公开的特定发明能够充分获得前文所述的目的并提供前文所述的优点，但应当理解，此公开仅只是说明本发明当前优选实施例，不构成后附权利要求所述内容的另外限制。

Claims (10)

1一种用于具有涡轮叶片和发电机的风轮机的复合行星齿轮箱，用于将来自涡轮叶片的低速、高扭距转动动力转换成用于发电的高速、低扭距转动动力，所述齿轮箱包括：

壳体(30)；

于其内部固定所述壳体(30)的齿圈(50)；

行星齿轮承载部件(40)，安装用来所述在齿圈(50)内围绕中心轴线(36)转动，并适于在其第一端由涡轮叶片驱动；

靠近所述行星齿轮承载部件(40)的第二端可拆卸地固定在所述壳体(30)上的可拆卸端盖(92)；

在所述行星齿轮承载部件(40)上的、围绕所述中心轴线(36)间隔开的位置上设置的多个行星小齿轮(42)，所述行星小齿轮的轴线基本上平行于所述行星齿轮承载部件的中心轴线(36)延伸；

分别在所述行星小齿轮的第一端和第二端处的、用于所述每个行星小齿轮(42)的第一和第二轴承(46，48)，用于接合和支撑所述行星小齿轮的端部以便相对于所述行星齿轮承载部件(40)转动；

每个行星小齿轮(42)上的多个轮齿(44)，可与所述齿圈(50)啮合并位于所述第一和第二轴承(46，48)之间；

在位于第一和第二轴承(46，48)之间的所述每个行星小齿轮(42)上的行星齿轮(54)；

可围绕所述中心轴线(36)转动并可与所述行星齿轮(54)啮合的中心齿轮(60)；以及

由中心齿轮(60)驱动并邻近所述行星齿轮承载部件(40)的第二端可拆卸地安装在中心齿轮(60)上的末级齿轮(62)；，

所有来自涡轮叶片的转动动力通过所述行星小齿轮(42)予以传送，每个行星小齿轮由在其两端处的轴承支撑而转动。

2如权利要求1所述齿轮箱，其特征在于：每个所述行星小齿轮(42)在其第一端和第二端具有基本相同的外直径。

3如权利要求2所述齿轮箱，其特征在于：用于每个行星小齿轮(42)的轴承(46，48)的类型相同，并具有基本相同的尺寸。

4如权利要求3所述齿轮箱，其特征在于：每个所述轴承(46，48)的外直径大致是所述行星小齿轮(42)端部的所述外直径的两倍

5如权利要求1所述齿轮箱，其特征在于：用于每个所述行星小齿轮(42)第一端的所述第一轴承(46)由所述行星齿轮承载部件(40)接合和支撑；还包括至少一个相对所述行星齿轮承载部件(40)设置的轴承座，用于接合和支撑用于所述行星小齿轮(42)第二端的第二轴承(48)。

6如权利要求5所述齿轮箱，其特征在于：所述至少一个轴承座包括可拆卸地固定在所述行星齿轮承载部件(40)第二端上的端板(88)。

7如权利要求5所述齿轮箱，其特征在于：在所述末级齿轮(62)从所述壳体(30)拆下的情况下，所述至少一个轴承座可被拆卸。

8如权利要求7所述齿轮箱，其特征在于：在所述至少一个轴承座被拆卸下的情况下，每个所述行星小齿轮(42)第二端处的第二轴承(48)可以接近而予以拆卸。

9如权利要求8所述齿轮箱，其特征在于：在所述行星小齿轮(42)第二端处的第二轴承(48)被拆卸的情况下，可以接近所述行星小齿轮进行拆卸。

10如权利要求1所述齿轮箱，其特征在于：还包括可与所述末级齿轮(62)啮合的输出小齿轮(70)，所述输出小齿轮的轴线(74)基本上平行于所述行星齿轮承载部件(40)的中心轴线(36)延伸但与之间隔开。

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