CN1813143B - 具有行星架的齿轮传动单元 - Google Patents

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Abstract

一种适于风轮机的行星型齿轮传动单元包括：太阳齿轮(27)、行星齿轮(25)和环形齿轮(24)、以及行星架(41)，该行星架包括对周向分隔开的行星齿轮轴承(45、46)进行支承并定位的行星齿轮负重板(43)，在这些行星齿轮轴承上安装行星齿轮，而且所述轴承(45、46)中的至少一些轴承为锥形滚子轴承。

Description

具有行星架的齿轮传动单元
技术领域
本发明涉及一种用于齿轮传动单元的行星架，特别地但不排它地涉及行星型齿轮传动单元。它可应用到用于风轮机的齿轮传动单元中。
背景技术
由于缺乏合适的场所以及土建工程的成本，存在特别用于离岸场所的较大风轮机的持续需求。同时，对减小机器及其部件的尺寸和重量的要求变得越来越重要。通常，风轮机转子驱动齿轮传动单元的低速轴，该低速轴将转子的转矩和速度转换为发电机的所需转矩和速度。
将部件集成在风轮机中是减小重量并使驱动组件更加紧凑的一种方法，但重要的是，驱动组件的设计和执行应避免作用在不同部件上的外部和内部载荷的相互干扰。一体化驱动组件的构造应允许经济而可靠地实现有效润滑，这也是重要的。
发明内容
本发明特别地但不排它地针对如下问题，即以经济并可用在风轮机组件上的方式为行星齿轮提供精确而长使用寿命的支承。
根据本发明的一个方面，行星型齿轮传动单元包括：太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮、以及行星架，所述行星架包括对周向分隔开的行星齿轮轴承进行支承并定位的行星齿轮负重板，在这些行星齿轮轴承上安装行星齿轮，而且所述轴承中的至少一些轴承为锥形滚子轴承。
齿轮单元可包括在轴向上对准成对布置的行星齿轮。即，一对行星齿轮可以是同轴布置的。
轴承可支承相应对的对准的行星齿轮，通常每对齿轮中的两个齿轮设置在板的两个相对侧处。
用于周向分隔开的每个行星齿轮的定位的轴承可支承在轴上，该轴在使用中能自调节相对于负重板的所述角位置。
可替换地，所述轴可大致刚性地固定在负重板上。该负重板可为如下类型，即例如在大致刚性地固定在负重板上的轴的情形中，该负重板由于弹性变形而顺从到足够允许轴的相对于环形齿轮的旋转轴线的角位置的自调节的程度。
如在与行星架的旋转轴线平行的轴向方向上所考虑的那样，用于相对于行星架可旋转地支承环形齿轮的主轴承可位于在轴向上与至少齿轮传动单元的该环形齿轮的轴向位置大致对准的位置处。
在本发明的一些实施例中，太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮可以优选地位于也包括所述主轴承的横向平面(与所述旋转力的旋转轴线垂直)内。
环形齿轮可为主轴承提供轴向和径向的定位。环形齿轮可具有阶梯形轮廓的径向外表面，从而形成用于主轴承的内轴承环的轴向定位的肩部。内轴承环可在轴向上不可旋转地固定在所述肩部和支承结构之间。
环形齿轮可设有加强环，而且所述加强环可沿轴向和/或径向延伸超出环形齿轮的有齿表面。所述加强环可提供主轴承的轴向定位。
主轴承可包括双锥轴承，而且所述双锥轴承可包括单个外轴承环。双锥轴承可包括呈O结构布置的滚子，其中一系列滚子的直径在离开滚子对的另一系列滚子的方向上增加。
优选的是，所述行星架具有在轴承短轴的径向位置和外部区域之间径向延伸的环形区域，该环形区域设计成在绕旋转轴线的周向方向上是相对刚硬的，以在所述外部区域和所述轴承短轴之间传输转矩，但设计成绕垂直于所述旋转轴线的轴线是相对柔性的。
在本发明的方面中的另外又一方面，本发明提供一种风轮机，该风轮机包括转子、发电机和驱动组件，该驱动组件包括根据本发明的类型的齿轮传动单元。在所述驱动组件中，通常可相对于支承结构不可旋转地支承环形齿轮。
齿轮传动单元的一部分，如齿轮传动单元的壳体可布置成支承发电机。
附图说明
现在将参考所附的示意性附图仅以示例的方式描述本发明，在附图中：
图1为具有本发明的齿轮传动单元的风轮机的正视图；
图2为齿轮传动单元的一部分的截面图；
图3详细示出了图2的一部分；
图4示出了本发明独特的特征；并且
图5-10是本发明的另一些示意图。
具体实施方式
风轮机10(见图1)包括作用在于将转矩从转子叶片12和转子轮毂14传输到发电机13的齿轮传动单元11，该齿轮传动单元包括周转齿轮单元。由引擎舱15容纳并支承该齿轮传动单元和发电机。
现在将参考图2和3更详细描述齿轮传动单元11。该齿轮传动单元11包括：周转齿轮单元，该周转齿轮单元具有四个周向分隔开的行星齿轮25；太阳齿轮27；行星架28；以及相对于引擎舱结构15不可旋转地安装的环形齿轮24。
太阳齿轮连接在输出轴(未示出)上，该输出轴连接在另外的齿轮单元上或直接连接到发电机13的转子上。
环形齿轮24的径向外表面29为主轴承23的内环30提供定位和支承。
主轴承的外环31固定到转子轮毂14上，并且介于转子轮毂与环31之间的是行星架28的外部区域22。
在之前提出的构造中，图3的行星架28包括四个在周向上均匀分隔的轴承支承短轴26，从而对可旋转地支承四个行星齿轮25的轴承32进行定位。行星架28具有在轴承短轴26的径向位置和外部区域22之间径向延伸的环形区域33，该环形区域33设计成在绕Y轴的周向方向上是相对刚硬的，以在区域22和轴承短轴26之间传输转矩，但设计成绕X轴和Z轴是相对柔性的。
根据本发明，在本实施例中由行星架41(见图4)代替行星架28，该行星架41设有三个一体的并在周向上均匀分隔开的短轴42，这些短轴42支承行星齿轮负重板43。该行星齿轮负重板43向三个在周向上均匀分隔开的轴44提供支承，这三个轴44每个都布置(如在图4的平面上所见的那样)成自调节在板43上的角位置。每个轴44在板43的两个相对侧处为一对锥形滚子轴承45、46提供支承，一对行星齿轮47、48中的每个齿轮绕该对锥形滚子轴承45、46可旋转地安装，用于与环形齿轮49接合。
在上述构造中，通过行星架41将在转子叶片12的作用下作用在转子轮毂14上的转矩传输到行星齿轮47、48，该行星架41在其外部区域处可旋转安装到轴承23的外环31上。在本构造中由转子轮毂施加的弯矩和在Y方向上的轴向力传输给轴承23。行星架28的环形部分33的柔性有助于大致将这些力与行星齿轮隔离。
因此，本发明在其最广泛的方面指示：行星架的负重件设有用于支承行星齿轮的锥形类型的滚子轴承。
本发明在其方面中的另一个方面中指示：行星齿轮可通过它们的轴承被支承在所谓的柔性销类型的轴上，如GB 1,101,131中所描述的在一种简单类型的周转齿轮的情况中那样。本发明在其方面中的这一方面中认识到：在具有行星齿轮负重件的周转齿轮单元的情况中通过利用柔性销类型的轴可实现特别的好处。不管行星齿轮轴承是否如上所述为锥形滚子轴承，或者它们是否为圆柱滚子轴承，都可获得该好处。不排除在具有如球形轴承的其它轴承布局的构造中的应用。
现在更详细讨论图4构造的一个变体，该变体利用柔性销作为它的轴44。
图5示出了基本布局。支承板5即负重板驱动行星轴1的内部部件，该行星轴1随之承载外部部件或套筒4、行星轴承2和行星齿轮3。现在参考图6简要描述该柔性销在应用到负重件的情况中的功能。作为弯矩F*y的结果，外力(如切向的行星力)将引起内轴1弯曲。点“A”从力的作用点偏移距离“x”，从而引起力矩F*x。在“A”处的该弯矩在与第一个弯矩相反的方向上起作用，从而引起外部套筒在第二个力矩的方向上反向旋转。
补偿量将取决于距离x和y、以及内轴和套筒的设计。采用柔性销对于齿面上的载荷分布(KHβ)以及在行星齿轮单元内的行星齿轮之间的载荷分配(K gamma)是有利的。行星齿轮之间的载荷均等性(K_gamma)将反比于行星轴的刚度，从而优选将行星轴制成尽可能柔性的。
可使但并不必须使在中央负重板两侧处补偿量相等。特别地，如果齿轮单元包括斜齿太阳齿轮，选择不同的补偿量以便使左右行星齿轮较好地依从太阳轴的在(由于扭转引起的)载荷作用下的螺旋变形可能是有利的。在经典的柔性销设计中，由于仅存在一排行星齿轮，这一点是不可行的，但在行星齿轮负重件的应用中是可行的。
在行星齿轮单元中采用斜齿时，分别由在环形齿轮啮合和太阳齿轮啮合中的法向齿力的轴向分量产生力矩(见图7)。这一不需要的效果引起行星齿轮歪斜，而且歪斜量与行星轴的刚度成反比。通过柔性销设计，行星轴组件(内轴和套筒)的刚度小于传统设计中的刚度，从而将引起行星齿轮更加歪斜。这就是柔性销通常只与正齿轮传动装置一起使用的原因。对该问题的可行解决方案可能来自于使行星轴(内部或组合)就其刚度而言是各向异性的。图8至10示出了采用这一设计的行星系统。以如下方式制成内轴，即仍然允许在切向方向上所需的柔性(见图9)，但在与切向方向垂直的平面内尽可能地刚硬(较不柔性的)(图10)。通过这一方式，可使与斜齿组合使用柔性销成为可能。

Claims (13)

1.一种行星型齿轮传动单元，包括：太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮、以及行星架，所述行星架包括对周向分隔开的行星齿轮轴承进行支承并定位的行星齿轮负重板，在这些行星齿轮轴承上安装行星齿轮，而且所述轴承中的至少一些轴承为锥形滚子轴承。
2.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中该齿轮传动单元包括在轴向上对准、成对布置的所述行星齿轮。
3.根据权利要求2所述的齿轮传动单元，其中所述轴承中的每个轴承支承一对对准的行星齿轮。
4.根据权利要求3所述的齿轮传动单元，其中每对行星齿轮的两个齿轮设置在所述板的两个相对侧处。
5.根据权利要求2所述的齿轮传动单元，其中一对在轴向上对准的行星齿轮中的每个行星齿轮安装在一对锥形滚子轴承上。
6.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，包括一对呈O结构布置的所述锥形滚子轴承。
7.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中用于周向分隔开的每个行星齿轮的定位的所述行星齿轮轴承支承在轴上，该轴在使用中能允许自调节该轴相对于负重板的角位置。
8.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中用于至少一些周向分隔开的行星齿轮的定位的所述行星齿轮轴承支承在轴上，该轴刚性地固定在负重板上。
9.根据权利要求8所述的齿轮传动单元，其中每个所述轴刚性地固定在负重板上。
10.根据权利要求7所述的齿轮传动单元，其中负重板能弹性变形，以允许所述轴的相对于环形齿轮的旋转轴线的角位置的自调节。
11.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中所述齿轮传动单元还包括主轴承，所述主轴承包括直径比环形齿轮的有齿表面的直径大的内环轴承表面。
12.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中由柔性销类型的轴将所述行星齿轮支承在所述负重板上。
13.根据权利要求1所述的齿轮传动单元，其中所述行星架具有在轴承短轴的径向位置和外部区域之间径向延伸的环形区域，该环形区域设计成在绕旋转轴线的周向方向上是相对刚硬的，以在所述外部区域和所述轴承短轴之间传输转矩，但设计成绕垂直于所述旋转轴线的轴线是相对柔性的。
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