CN215927661U - 风力发电机组齿轮箱输入轴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电机组齿轮箱输入轴，包括输入轴本体，输入轴本体的端面设有与轮毂直接连接的输入法兰，输入轴本体朝远离输入法兰的方向直径逐渐减小，输入轴本体设有安装输入主动轮的环形凸台，输入轴本体设有用于安装轴承的第一轴颈及第二轴颈，第一轴颈和第二轴颈分别位于环形凸台的相对两侧，第一轴颈位于输入法兰和环形凸台之间。上述风力发电机组齿轮箱输入轴，简化了风电机组传动链结构，减少了零部件数量，缩短了传动链长度，降低了机组重量，减轻了机组总装及现场吊装难度，从而提高了风电机组的可靠性，降低了机组成本，最终提高了机组的竞争力。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组齿轮箱输入轴。
背景技术
随着风电市场平价，要求风电机组制造商不断降低整机制造成本，并对机组性能提出了更高要求。在机组构成中，传动链的成本及性能直接决定了机组的成本及性能。
目前传统的风电机组中传动链包含轮毂、主轴、主轴轴承、轴承座、齿轮箱、发电机、联轴器等部件，而齿轮箱是其中动力传递及转换的关键。常规风电机组中，风轮轮毂直接安装在主轴一端，主轴上有一组或两组轴承进行支撑，并通过轴承座与机架相连，主轴另一端与齿轮箱输入端通过输入联轴器连接，齿轮箱通常为多级行星增速结构，齿轮箱输出轴通过输出联轴器与发电机连接。
工作过程为：由轮毂端传来的风轮推力、重力、横向载荷、扭矩等各种载荷均传递给主轴，并作用于主轴部件；主轴将风轮推力、重力、横向载荷通过主轴轴承、轴承座传递到机架，将扭矩传递到齿轮箱；齿轮箱则将主轴传递的低转速大扭矩增速到高速小扭矩后传递给发电机，以满足发电机的工作要求。
但是，现有风力发电机组存在以下缺点：1、来自轮毂的风轮推力、重力、横向载荷需要通过单独主轴部件传递到机架，导致机组传动链零部件数量多、结构复杂、安装调试困难、重量大、成本高；2、齿轮箱输入轴与主轴通过联轴器刚性联结，导致传动链轴向几何尺寸加长，系统柔性大，易导致传动链存在动力学风险，降低了机组可靠性；3、主轴与齿轮箱输入轴必须采用专用的联轴器联结，而低速大扭矩联轴器安装要求高，重量大，既增加了失效风险，也增加了成本。
实用新型内容
基于此，有必要针对由于存在独立主轴部件带来的机组传动链尺寸长、零部件数量多、重量大、安装调试困难、成本高的问题，提供一种风力发电机组齿轮箱输入轴。
一种风力发电机组齿轮箱输入轴，包括输入轴本体，所述输入轴本体的端面设有与轮毂直接连接的输入法兰，所述输入轴本体朝远离所述输入法兰的方向直径逐渐减小，所述输入轴本体设有安装输入主动轮的环形凸台，所述输入轴本体设有用于安装轴承的第一轴颈及第二轴颈，所述第一轴颈和所述第二轴颈分别位于所述环形凸台的相对两侧，所述第一轴颈位于所述输入法兰和所述环形凸台之间。
在其中一个实施例中，所述输入法兰开设有用于连接所述轮毂的连接孔。
在其中一个实施例中，所述连接孔设有两排，两排所述连接孔沿圆周方向均匀分布，且两排所述连接孔相互错开布置。
在其中一个实施例中，所述输入法兰靠近所述轮毂的表面设有定位凸台。
在其中一个实施例中，所述输入轴本体上设有第一定位轴肩，所述第一定位轴肩位于所述第一轴颈靠近所述输入法兰的一侧。
在其中一个实施例中，所述输入轴本体上设有第二定位轴肩，所述第二定位轴肩位于所述第二轴颈靠近所述输入法兰的一侧。
在其中一个实施例中，所述环形凸台设有用于安装输入主动轮的螺栓孔，多个所述螺栓孔沿所述环形凸台的周向方向均匀分布。
在其中一个实施例中，所述输入轴本体设有用于定位所述输入主动轮的定位凸环。
在其中一个实施例中，所述输入轴本体包括依次连接的第一轴段、第二轴段、过度轴段及第三轴段，所述输入法兰设置于所述第一轴段上，所述第一轴段圆弧曲线过度与所述第二轴段连接，所述第一轴颈设置于所述第二轴段上，所述过度轴段呈圆锥状，所述环形凸台和所述第二轴颈设置于所述第三轴段上。
在其中一个实施例中，所述输入轴本体为空心轴。
上述风力发电机组齿轮箱输入轴至少具有以下优点：
(1)来自风轮的全部推力、重力、扭矩、横向载荷及输入齿轮副的啮合作用力全部由输入轴承担，无需额外的主轴部件，从而既大大简化了传动链。
(2)输入轴轴端集成输入法兰后，风电机组传动链中风轮轮毂可通过螺栓直接与该法兰刚性连接，无需采用联轴器安装。由于无大型输入联轴器，简化了传动链结构，降低了联轴器带来的风险，也降低了成本，简化了传动链的安装。
(3)输入轴本体朝远离输入法兰的方向直径逐渐减小，输入轴本体设有环形凸台，用于输入主动轮的安装，轮毂端的风轮扭矩通过输入法兰传递到环形凸台，并进一步传递给输入主动轮，环形凸台右侧轴段无扭矩；同时，输入主动轮的啮合轴向力通过环形凸台传递到输入轴左侧轴段，与通过输入法兰传递的风轮推力实现抵消效果，而环形凸台右侧轴段无轴向力。此外，输入轴左侧安装风轮轮毂后，风轮端的重力也大部分由左侧轴段承担。因此，采用锥形结构设计的输入轴本体能够在满足承载能力前提下，合理利用材料强度特性，降低输入轴重量，减轻材料成本。
(4)输入轴本体采用空心设计，空心设计的输入轴本体能够消除大截面轴径中心区域的缩孔、疏松、偏析等缺陷；避免壁厚过大导致的材料热处理性能下降；同时，还可以提高材料利用率，大幅度降低轴的重量，降低材料成本和安装难度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一实施方式中风力发电机组齿轮箱输入轴的结构示意图；
图2为图1所示风力发电机组齿轮箱输入轴的主视图；
图3为图1所示风力发电机组齿轮箱输入轴的剖视图；
图4为图1所示风力发电机组齿轮箱输入轴安装输入主动轮及轴承的示意图。
附图标记：
10-输入轴本体，110-第一轴段，120-第二轴段，130-过度轴段，140-第三轴段，20-输入法兰，22-连接孔，24-定位凸台，30-环形凸台，32-螺栓孔，34-定位凸环，41-第一轴颈，42-第二轴颈，43-第一定位轴肩，44-第二定位轴肩，45-安装孔，50-输入主动轮，60-左轴承，70-右轴承，80-轴承挡圈。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
请参阅图1，一实施方式中的风力发电机组齿轮箱输入轴，用于安装于齿轮箱内并直接连接风轮轮毂，承担原风力发电机组主轴的功能，取代传动链中的主轴部件。
请一并参阅图2及图3，风力发电机组齿轮箱输入轴包括输入轴本体10，输入轴本体10的端面设有与轮毂直接连接的输入法兰20。输入法兰20依靠平面摩擦力传递扭矩及承受轮毂传递的所有载荷。在一实施方式中，输入法兰20开设有连接孔22，连接孔22用于供螺纹紧固件穿设将输入法兰20与轮毂连接。具体地，螺纹紧固件可以为螺栓或者螺钉等。
在上述实施例的基础上，进一步地，连接孔22设有两排，两排连接孔22直径不同，两排连接孔22沿圆周方向均匀分布，两排连接孔22同圆心设置。并且，两排连接孔22相互错开布置，可以保证输入法兰20承受轮毂的载荷时均匀受力，避免输入法兰20具有薄弱处导致损坏。
在一实施方式中，输入法兰20的大小根据轮毂安装面的大小决定，输入法兰20靠近轮毂的表面设有定位凸台24，定位凸台24突出输入法兰20的表面，定位凸台24可以定位轮毂的位置，便于连接孔22与轮毂安装面的孔洞对位，方便输入法兰20与轮毂的连接。
请一并参阅图4，输入轴本体10朝远离输入法兰20的方向直径逐渐减小，输入轴本体10设有安装输入主动轮50的环形凸台30。在一实施方式中，环形凸台30上设有螺栓孔32，螺栓孔32用于供螺纹紧固件穿设将输入主动轮50安装于环形凸台30上。其中，螺纹紧固件可以为螺栓或者螺钉。螺栓孔32的数量为多个，多个螺栓孔32沿环形凸台30的周向方向均匀分布，保证输入主动轮50受力的均匀和安装的稳固。
其中，轮毂端的风轮扭矩通过输入法兰20传递到环形凸台30，并进一步传递给输入主动轮50，环形凸台30右侧轴段无扭矩；同时，输入主动轮50的啮合轴向力通过环形凸台30传递到输入轴左侧轴段，与通过输入法兰20传递的风轮推力实现抵消效果，而环形凸台30右侧轴段无轴向力。此外，输入轴左侧安装风轮轮毂后，风轮端的重力也大部分由左侧轴段承担。因此，采用锥形结构设计的输入轴本体10能够在满足承载能力前提下，合理利用材料强度特性，降低输入轴重量，减轻材料成本。
在一实施方式中，输入轴本体10设有用于定位输入主动轮50的定位凸环34，输入主动轮50安装于环形凸台30上时，输入主动轮50与环形凸台30相互错位贴合，可以实现输入主动轮50的轴向定位。而输入主动轮50安装时，输入主动轮50与定位凸环34相接触，定位凸环34可以实现输入主动轮50的径向定位，保证输入主动轮50的安装精度。
输入轴本体10设有用于安装轴承的第一轴颈41及第二轴颈42，第一轴颈41和第二轴颈42分别位于环形凸台30相对的两侧，第一轴颈41位于输入法兰20和环形凸台30之间。其中，左轴承60安装于第一轴颈41上，第一轴颈41可以实现左轴承60的径向定位，右轴承70安装于第二轴颈42上，第二轴颈42可以实现右轴承70的径向定位。
在一实施方式中，输入轴本体10上设有第一定位轴肩43，第一定位轴肩43位于第一轴颈41靠近输入法兰20的一侧，左轴承60可以与第一定位轴肩43贴合，第一定位轴肩43可以实现左轴承60的轴向定位，保证左轴承60的安装精度。输入轴本体10上设有第二定位轴肩44，第二定位轴肩44位于第二轴颈42靠近输入法兰20的一侧，右轴承70可以贴合第二定位轴肩44，保证右轴承70的安装精度。
在一实施方式中，输入轴本体10包括依次连接的第一轴段110、第二轴段120、过度轴段130及第三轴段140。其中，输入法兰20设置于第一轴段110上，第一轴段110圆弧曲线过度与第二轴段120连接，可以用于减缓应力集中，保证轴径疲劳强度。
第一轴颈41设置于第二轴段120上，第一定位轴肩43也设置于第二轴段120上，第一定位轴肩43具体与第一轴段110圆弧过度。过度轴段130呈圆锥状，过度轴段130的大头端连接第二轴段120，过度轴段130的小头端连接第三轴段140，过度轴段130可以实现输入轴本体10的直径快速缩径，降低输入轴本体10的成本。
环形凸台30和第二轴颈42设置于第三轴段140上，定位凸环34紧靠环形凸台30设置。其中，第二轴颈42设置于第三轴段140的末端，第三轴段140末端的端面设有安装孔45，多个安装孔45沿周向方向间隔均匀布置，安装孔45可以安装轴承挡圈80，实现右轴承70的限位固定。
在一实施方式中，输入轴本体10为空心轴，输入轴本体10采用空心设计，空心设计的输入轴本体10能够消除大截面轴径中心区域的缩孔、疏松、偏析等缺陷；避免壁厚过大导致的材料热处理性能下降；同时，还可以提高材料利用率，大幅度降低轴的重量，降低材料成本和安装难度。
上述风力发电机组齿轮箱输入轴，机组传动链中的主轴融合于齿轮箱的输入轴设计中，相关主轴轴承由齿轮箱输入轴承承担，主轴轴承座由齿轮箱箱体承担，能够取代传动链中的主轴部件，进而改变了传统风电机组传动链结构。最终简化风电机组传动链结构，减少了零部件数量，缩短了传动链长度，降低了机组重量，减轻了机组总装及现场吊装难度，从而提高了风电机组的可靠性，降低了机组成本，最终提高了机组的竞争力。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，包括输入轴本体，所述输入轴本体的端面设有与轮毂直接连接的输入法兰，所述输入轴本体朝远离所述输入法兰的方向直径逐渐减小，所述输入轴本体设有安装输入主动轮的环形凸台，所述输入轴本体设有用于安装轴承的第一轴颈及第二轴颈，所述第一轴颈和所述第二轴颈分别位于所述环形凸台的相对两侧，所述第一轴颈位于所述输入法兰和所述环形凸台之间。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入法兰开设有用于连接所述轮毂的连接孔。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述连接孔设有两排，两排所述连接孔沿圆周方向均匀分布，且两排所述连接孔相互错开布置。
4.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入法兰靠近所述轮毂的表面设有定位凸台。
5.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入轴本体上设有第一定位轴肩，所述第一定位轴肩位于所述第一轴颈靠近所述输入法兰的一侧。
6.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入轴本体上设有第二定位轴肩，所述第二定位轴肩位于所述第二轴颈靠近所述输入法兰的一侧。
7.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述环形凸台设有用于安装输入主动轮的螺栓孔，多个所述螺栓孔沿所述环形凸台的周向方向均匀分布。
8.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入轴本体设有用于定位所述输入主动轮的定位凸环。
9.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入轴本体包括依次连接的第一轴段、第二轴段、过度轴段及第三轴段，所述输入法兰设置于所述第一轴段上，所述第一轴段圆弧曲线过度与所述第二轴段连接，所述第一轴颈设置于所述第二轴段上，所述过度轴段呈圆锥状，所述环形凸台和所述第二轴颈设置于所述第三轴段上。
10.根据权利要求9所述的风力发电机组齿轮箱输入轴，其特征在于，所述输入轴本体为空心轴。
Priority Applications (1)
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| CN202122619585.3U CN215927661U (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 风力发电机组齿轮箱输入轴 |
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| CN202122619585.3U CN215927661U (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 风力发电机组齿轮箱输入轴 |
Publications (1)
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ID=80404007
Family Applications (1)
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| CN202122619585.3U Active CN215927661U (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 风力发电机组齿轮箱输入轴 |
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| CN (1) | CN215927661U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023071041A1 (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 新疆金风科技股份有限公司 | 一种轴结构、风力发电机组轴系和风力发电机组 |
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2021
- 2021-10-28 CN CN202122619585.3U patent/CN215927661U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2023071041A1 (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 新疆金风科技股份有限公司 | 一种轴结构、风力发电机组轴系和风力发电机组 |
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Legal Events
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