CN201666335U - 风力发电机增速齿轮箱 - Google Patents

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刘建国
阮春
袁包钢
陈荣俊
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Nanjing High Speed Transmission Equipment Group Co Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H1/00Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/46Systems consisting of a plurality of gear trains each with orbital gears, i.e. systems having three or more central gears
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H37/00Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/04Combinations of toothed gearings only
    • F16H37/041Combinations of toothed gearings only for conveying rotary motion with constant gear ratio

Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机增速齿轮箱,包括箱体,箱体内采用二级行星轮系+一级平行轴输出的方式进行动力传递,增加了齿轮箱承载能力,极大地降低了齿轮箱的噪音,所述箱体采用分体结构,包括同轴线设置的主轴套、中箱体和后箱体,而后箱体则包括上箱体和下箱体,主轴安装在箱体的轴线上,二级行星轮系依次安装在主轴上,且该二级行星轮系所对应的内齿圈分别作为齿轮箱箱体的组成部分,平行输出齿轮副的输出轴安装在上箱体和下箱体之间,降低了齿轮箱的整体重量,且易于加工箱体及便于输出齿轮副的检修更换,另外,二级行星轮系之间以及行星轮系与平行输出齿轮副之间皆分别通过花键连接的方式进行动力传递,进一步减轻齿轮箱重量。

Description

风力发电机增速齿轮箱
技术领域
[0001] 本实用新型涉及齿轮箱,尤其是一种风力发电机增速齿轮箱。 背景技术
[0002] 风力发电与传统的火力发电相比,具有发电无污染的优势,与水力发电相比,具有 基建成本低、占地面积小,维护保养方便的优势,尤其是大型水力发电站,蓄水库还容易对 下游造成一定的安全隐患。
[0003] 在风力发电机中,齿轮箱是风力发电机的关键部件,目前我国使用的风力发电机 用增速齿轮箱发展很迅速,2MW齿轮箱一般结构采用的方案为一级行星轮系+ 二级平行轴, 这类齿轮箱已经批量生产,并且已广泛用于风场发电。齿轮箱的承载能力是我们很关注的 问题,两级平行轴的传动方案,承载能力很难处理,一旦分配不好,可能降低有效的使用寿 命,往往在预期的正常工况下出现故障;而且齿轮箱的重量和成本的降低也是我们需要考 虑和完善的问题。
实用新型内容
[0004] 本实用新型针对现有技术的不足,提供一种风力发电机增速齿轮箱,其通过采用 双行星轮系进行动力传输,能够合理分配各行星轮系的承载能力,从而有效地提高本实用 新型的有效使用寿命,同时,降低齿轮箱重量及其生产成本。
[0005] 为实现以上的技术目的,本实用新型将采取以下的技术方案:
[0006] 一种风力发电机增速齿轮箱,包括箱体、主轴、管轴、行星轮系、输出齿轮副和润滑 系统,箱体包括主轴套、中箱体和后箱体,后箱体由上箱体和下箱体组成,行星轮系包括输 入行星轮系和第二级行星轮系,输入行星轮系包括输入行星架、第一级行星轴、第一级行星 轮、第一级内齿圈以及第一级太阳轮,第二级行星轮系包括第二级行星架、第二级行星轴、 第二级行星轮、第二级内齿圈以及第二级太阳轮;输出齿轮副包括大齿轮以及输出齿轮轴, 大齿轮与一内花键轴固定连接;润滑系统包括油泵齿轮、油泵齿轮轴、油路分配器、润滑油 道以及相互独立工作的机械泵和电动泵;输入行星轮系的第一级内齿圈位于主轴套和中箱 体之间,第二级行星轮系位于中箱体和后箱体之间;输出齿轮副位于上箱体和下箱体之间; 管轴的末端通过轴承支撑于上箱体与下箱体的结合部,主轴、第一级太阳轮、第二级太阳轮 和内花键轴套装在管轴上;主轴通过轴承支撑于主轴套前端,输入行星架与主轴过盈连接, 第一级太阳轮的输出端设置有第一花键并通过该第一花键与第二级行星架连接,第二级太 阳轮的输出端设置有第二花键并通过该第二花键与内花键轴连接,内花键轴上的大齿轮与 输出齿轮轴的齿轮啮合,输出齿轮轴的输出端穿出后箱体,且输出齿轮轴位于上箱体和下 箱体的结合部;油泵齿轮固定安装在内花键轴端部,油泵齿轮与油泵齿轮轴中的齿轮啮合, 油泵齿轮轴与机械泵输入轴同轴连接,机械泵和电动泵并联后输出端与油路分配器的输入 端连接,由油路分配器的输出端与各润滑油道连接;主轴套后端通过弹性体经支撑与机舱 连接。[0007] 所述输入行星架包括输入行星架长轴、输入行星架短轴以及输入行星架辐板,输 入行星架辐板的两端分别与输入行星架长轴和输入行星架短轴过盈配合连接,第一级行星 轮轴的两端分别安设于输入行星架长轴和输入行星架短轴对应开设的轴孔内。
[0008] 输入行星架辐板与输入行星架长轴形成的过盈配合连接面通过锁紧圆螺母紧固, 该锁紧圆螺母通过螺栓以及锁定扣将输入行星架辐板与输入行星架长轴连接成一体,且所 述锁紧圆螺母通过圆柱销定位。
[0009] 输入行星架辐板与输入行星架短轴形成的过盈配合连接面通过卡圈紧固,卡圈套 接于输入行星架辐板上设置的环形开口槽内,且卡圈通过定位销定位安装。
[0010] 所述输入行星架以环形阵列方式分布至少三根第一级行星轴;第二行星架以环形 阵列方式分布至少三根第二行星轮轴。
[0011] 输出齿轮轴通过三组轴承支撑于后箱体。
[0012] 弹性体包括至少三个蝶形弹簧,蝶形弹簧以环形阵列分布的方式安装在主轴套后 端面上。
[0013] 弹性体由二十四个蝶形弹簧以环形阵列分布的方式安装在主轴套后端面上。
[0014] 根据以上的技术方案,可以实现以下的有益效果:
[0015] 将箱体分割成主轴套、中箱体、上箱体和下箱体,使齿轮箱拆装更加方便;主轴套 采用碟形弹性支撑固定,利于主机的调整和运转的稳定性;将两级内齿圈同时作为箱体的 组成部分,不仅减轻了齿轮箱的整体重量,而且容易加工;采用两级行星结构,增加了承载 能力;采用两级行星结构,大大降低了齿轮箱的噪音;此种结构的相同兆瓦级齿轮箱重量 更轻;输入行星架采用了组合式结构,增强了齿轮箱的承载能力;第二级太阳轮与大齿轮 之间采用花键连接,通过特殊的设计减轻了齿轮箱的重量;行星轮轴承采用强制润滑,这样 就大大提高了齿轮箱的可靠度,采用电机泵和机械泵共同供油,保证在电网断电后仍能维 持齿轮箱一定时间的运转。
附图说明
[0016] 图1是本实用新型所述实施例涉及的结构示意图;
[0017] 图2是图1的外形图;
[0018] 图3是本实用新型输入行星轮系的放大结构示意图;
[0019] 其中,1、输入行星架,la、输入行星架长轴,lb、输入行星架短轴,lc、输入行星架辐 板,2、主轴套,2a、主轴套前端,2b、主轴套后端,3、第一级内齿圈,4、第一级太阳轮,5、中箱 体,6、第二级行星架,7、第二级内齿圈,8、第二级太阳轮,9、内花键轴,10、大齿轮,11、输出 齿轮轴,12、第二级行星轮,13、轴承,14、第二级行星轴,15、第一级行星轮,16、支撑轴承, 17、第一级行星轴,18、下箱体,19、上箱体,20、主轴,21、电动泵,22、机械泵,23、定位销,24、 圆螺母,25、螺栓,26、锁定扣,27、卡圈,28、蝶形弹簧。
具体实施方式
[0020] 附图非限制性的公开了本实用新型涉及的具体实施例的结构示意图,下面结合附 图对本实用新型作进一步的描述。
[0021] 如图1和图2所示,本实用新型所述的风力发电机增速齿轮箱,包括箱体、主轴20、管轴、输入行星轮系、输出齿轮副、设置于输入行星轮系和输出齿轮副之间的第二级行星轮 系以及润滑系统,主轴20与管轴同轴线设置,且管轴套接于主轴20内,同时主轴20与管轴 两者的前端固定连接,其中:
[0022] 箱体,包括同轴线设置的主轴套2、中箱体5和后箱体,且后箱体分体设置为上箱 体19和下箱体18,该上箱体19和下箱体18通过螺纹紧固件连接成一体,主轴20置于箱体 轴线上,所述主轴20前端通过轴承13与主轴套前端2a配合连接,而主轴20后端则通过轴 承13支撑于中箱体5上,另管轴的后端通过轴承13支撑于后箱体上,从主轴前端到主轴后 端,依次地设置输入行星轮系和第二行星轮系,输出齿轮副安装于上箱体19和下箱体18之 间,而润滑系统的机械泵22传动装置则安装在下箱体18内。
[0023] 输入行星轮系,包括输入行星架1、第一级行星轴17、第一级行星轮15、第一级内 齿圈3以及第一级太阳轮4,所述输入行星架1与主轴过盈连接,第一级太阳轮4与主轴同 轴心设置,且第一级太阳轮4浮动套接于管轴上,而第一级内齿圈3固定安装于主轴套后端 2b和中箱体5之间,另外,第一级太阳轮4输出端部上设置有第一花键,而所述主轴套后端 2b面通过弹性体支撑,所述弹性体包括至少三个蝶形弹簧28,所述的蝶形弹簧28以环形阵 列分布的方式安装在主轴套后端2b面上,所述弹性体包括二十四个蝶形弹簧28,同时,如 图3所示,输入行星架1包括输入行星架长轴la、输入行星架短轴Ib以及输入行星架辐板 lc,输入行星架辐板Ic的两端分别与输入行星架长轴Ia和输入行星架短轴Ib过盈配合连 接,第一级行星轮15轴的两端分别安设于输入行星架长轴Ia和输入行星架短轴Ib对应开 设的轴孔内。另外,输入行星架辐板Ic与输入行星架长轴Ia形成的过盈配合连接面通过 锁紧圆螺母24紧固,该锁紧圆螺母24通过螺栓25以及锁定扣26将行星架辐板与行星架 长轴连接成一体,且所述锁紧圆螺母24通过定位销23定位,即定位销23紧靠着锁紧圆螺 母24安装于行星架辐板内,且定位销23安装面与锁紧螺母安装面相垂直,而行星架辐板与 行星架短轴形成的过盈配合连接面通过卡圈27紧固,卡圈27套接于行星架辐板上,且卡圈 27通过定位销23定位安装,即定位销23紧靠着卡圈27安装于行星架辐板内,且定位销23 安装面与卡圈27套接面垂直。
[0024] 第二级行星轮系,包括第二级行星架6、第二级行星轴14、第二级行星轮12、第二 级内齿圈7以及第二级太阳轮8,所述第二级行星架6通过第一花键与第一级太阳轮4输出 端部相啮合,第二级太阳轮8与主轴同轴心设置,且第二级太阳轮8浮动套接于管轴上,而 第二级内齿圈7固定安装于中箱体5和后箱体之间,另外,第二级太阳轮8输出端部设置有 第二花键,该第二花键与一内花键轴9相啮合,且内花键轴9与主轴平行设置。
[0025] 输出齿轮副,包括大齿轮10以及与大齿轮10相啮合的输出齿轮轴11,该大齿轮 10配合套接在内花键轴9上,输出齿轮轴11安装于后箱体内,且输出齿轮轴11的输出轴端 穿过后箱体放置。
[0026] 润滑系统,包括相互独立工作的机械泵22和电动泵21、油泵齿轮、与油泵齿轮相 啮合的油泵齿轮轴、油路分配器以及润滑油道,油泵齿轮固定安装在内花键轴9端部,而油 泵齿轮轴则与机械泵22输入轴同轴连接,箱体、输入行星架1以及行星轮轴上分别设有通 往各自对应支撑轴承16安装点的润滑油道,该机械泵22和电动泵21并联,机械泵22和电 动泵21的输出端通过同一油路分配器与各个润滑油道连接。
[0027] 所述输入行星架1周边以环形阵列方式分布至少三根第一级行星轴17,且每一根
6第一级行星轴17上皆通过轴承13配合连接有第一级行星轮15,本实用新型中,输入行星架 1周边均勻地分布了四个第一级行星轮15,而第二级行星架6上也以环形阵列方式分布至 少三根第二级行星轴14,且每一根第二级行星轴14上皆通过轴承13配合连接有第二级行 星轮12,本实用新型中,第二级行星架6周边均勻地分布了三个第二级行星轮12,另外,本 实施例中的第一级行星轮15和第二级行星轮12所用的支撑轴承,可以采用短圆柱滚子轴 承,或满圆柱滚子轴承,或双列圆锥滚子轴承;行星级速比为5〜6。
[0028] 输出齿轮轴11通过三组轴承配置安装于上箱体19内,主轴与主轴套2结合处以 及输出齿轮轴11与上箱体19、下箱体18结合处均分别设有密封装置。
[0029] 实际使用时,风力形成的动能由主轴经输入行星架1输入,使第一级行星轮15围 绕第一级太阳轮4转动,由于第一级行星轮15同时与第一级内齿圈3、第一级太阳轮4啮 合,使第一级太阳轮4产生自转,并带动第二级行星架6同步转动,使第二级行星轮12围绕 第二级太阳轮8转动,由于第二级行星轮12同时与第二级内齿圈7、第二级太阳轮8啮合, 使第二级太阳轮8产生自转并带动大齿轮10同步转动,从而带动输出齿轮轴11高速转动, 最后由输出齿轮轴11带动发电机发电。工作中,润滑油箱中的润滑油在电动泵21及机械 泵22的作用下,为齿轮啮合和所有的轴承提供润滑油。

Claims (8)

  1. 一种风力发电机增速齿轮箱,包括箱体、主轴、管轴、行星轮系、输出齿轮副和润滑系统,其特征在于,箱体包括主轴套、中箱体和后箱体,后箱体由上箱体和下箱体组成;行星轮系包括输入行星轮系和第二级行星轮系,输入行星轮系包括输入行星架、第一级行星轴、第一级行星轮、第一级内齿圈以及第一级太阳轮,第二级行星轮系包括第二级行星架、第二级行星轴、第二级行星轮、第二级内齿圈以及第二级太阳轮;输出齿轮副包括大齿轮以及输出齿轮轴,大齿轮与一内花键轴固定连接;润滑系统包括油泵齿轮、油泵齿轮轴、油路分配器、润滑油道以及相互独立工作的机械泵和电动泵;输入行星轮系的第一级内齿圈位于主轴套和中箱体之间,第二级行星轮系位于中箱体和后箱体之间;输出齿轮副位于上箱体和下箱体之间;管轴的末端通过轴承支撑于上箱体与下箱体的结合部,主轴、第一级太阳轮、第二级太阳轮和内花键轴套装在管轴上;主轴通过轴承支撑于主轴套前端,输入行星架与主轴过盈连接,第一级太阳轮的输出端设置有第一花键并通过该第一花键与第二级行星架连接,第二级太阳轮的输出端设置有第二花键并通过该第二花键与内花键轴连接,内花键轴上的大齿轮与输出齿轮轴的齿轮啮合,输出齿轮轴的输出端穿出后箱体,且输出齿轮轴位于上箱体和下箱体的结合部;油泵齿轮固定安装在内花键轴端部,油泵齿轮与油泵齿轮轴中的齿轮啮合,油泵齿轮轴与机械泵输入轴同轴连接,机械泵和电动泵并联后输出端与油路分配器的输入端连接,由油路分配器的输出端与各润滑油道连接;主轴套后端通过弹性体经支撑与机舱连接。
  2. 2.根据权利要求1所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,所述输入行星架包括 输入行星架长轴、输入行星架短轴以及输入行星架辐板,输入行星架辐板的两端分别与输 入行星架长轴和输入行星架短轴过盈配合连接,第一级行星轮轴的两端分别安设于输入行 星架长轴和输入行星架短轴对应开设的轴孔内。
  3. 3.根据权利要求2所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,输入行星架辐板与输 入行星架长轴形成的过盈配合连接面通过锁紧圆螺母紧固,该锁紧圆螺母通过螺栓以及锁 定扣将输入行星架辐板与输入行星架长轴连接成一体,且所述锁紧圆螺母通过圆柱销定 位。
  4. 4.根据权利要求2或3所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,输入行星架辐板与 输入行星架短轴形成的过盈配合连接面通过卡圈紧固,卡圈套接于输入行星架辐板上设置 的环形开口槽内,且卡圈通过定位销定位安装。
  5. 5.根据权利要求2或3所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,所述输入行星架以 环形阵列方式分布至少三根第一级行星轴;第二行星架以环形阵列方式分布至少三根第二 行星轮轴。
  6. 6.根据权利要求1所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,输出齿轮轴通过三组 轴承支撑于后箱体。
  7. 7.根据权利要求5所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,弹性体包括至少三个 蝶形弹簧,蝶形弹簧以环形阵列分布的方式安装在主轴套后端面上。
  8. 8.根据权利要求7所述的风力发电机增速齿轮箱,其特征在于,弹性体由二十四个蝶 形弹簧以环形阵列分布的方式安装在主轴套后端面上。
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