CN218913603U - 一种风电齿轮箱箱体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电齿轮箱箱体，包括一级内齿圈，一级内齿圈外侧设有多个一级外花键，还包括箱体；箱体内侧设有多个与一级外花键相对应的一级内花键，一级外花键与一级内花键之间采用间隙配合；还设有限位件，限位件设有多个并设于箱体内，多个限位件分别设于一级内齿圈的两侧，并能限制一级内齿圈轴向移动。上述的风电齿轮箱箱体能隔离了挠曲变形给行星机构带来的齿轮啮合情况变化。

Description

一种风电齿轮箱箱体

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组集成式传动链的设计的技术领域，具体涉及一种风电齿轮箱箱体。

背景技术

随着风电市场竞争，风电设备价格不断降低，风电机组制造商必须在确保性能满足要求的前提下不断降低制造成本。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。

提高市场竞争力，风电机组传动链的发展趋势是将主轴、主轴承、主轴承座、齿轮箱、发电机紧密集成为整体结构，取消部分联轴器或轴承，前后部件共享箱体结构，以此来减少零部件数量，和缩短传动链长度来减轻重量，从而实现降低成本的目的。此种结构的机组通常称为全集成传动链风电机组。在常规全集成传动链中，增速齿轮箱输入轴与主轴后端用螺栓(或螺栓+销)刚性连接为一体，实现主轴的扭矩传递给齿轮箱；而齿轮箱箱体同时与主轴轴承座用螺栓刚性连接为整体结构。

现有的全集成传动链中主轴部件与风电齿轮箱的连接结构存在以下缺点：由于风轮重力及工作载荷的影响，主轴工作中将产生挠曲变形。由于齿轮箱第一级行星架以螺栓(或螺栓+销)刚性连接于主轴尾端，主轴挠曲变形将直接传递到一级行星架，导致一级行星架轴心线发送偏斜和位移变形，进而破坏行星机构的齿轮啮合关系。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种风电齿轮箱箱体，以解决上述背景技术中提到的主轴的挠曲变形破坏行星机构的齿轮啮合关系的技术问题。

为解决该技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种风电齿轮箱箱体，包括一级内齿圈，所述一级内齿圈外侧设有多个一级外花键，还包括箱体；

所述箱体内侧设有多个与所述一级外花键相对应的一级内花键，所述一级外花键与所述一级内花键之间采用间隙配合；

还设有限位件，所述限位件设有多个并设于所述箱体内，多个所述限位件分别设于所述一级内齿圈的两侧，并能限制所述一级内齿圈轴向移动。

进一步地，所述一级内花键一体成型于所述箱体内。

进一步地，所述箱体为回转结构。

进一步地，所述限位件包括限位台阶和限位挡板；所述限位台阶一体成型于所述箱体内，所述限位挡板可拆卸地设于所述箱体内，所述一级内齿圈位于所述限位台阶和所述限位挡板之间，所述限位台阶和所述限位挡板均能限制所述一级内齿圈轴向移动。

进一步地，所述限位台阶和所述限位挡板呈圆周分布。

进一步地，所述箱体两侧分别设有前安装法兰和后安装法兰，所述箱体外部设有筋板支撑。

进一步地，所述前安装法兰和所述后安装法兰相互平行。

与现有技术相比，本申请的进步之处在于：

当主轴的挠曲变形带动一级行星架产生径向位移和角度变换后，一级行星架上的行星轮带着一级内齿圈发生相应的移动，由于一级内齿圈外侧设有外花键，箱体内侧设有内花键，且内外花键之间采用间隙配合，一级行星架、行星轮、太阳轮和一级内齿圈将一同在该间隙范围内移动，其内部的齿轮啮合情况不变，由此隔离了挠曲变形给行星机构带来的齿轮啮合情况变化。

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为本实用新型一实施例提供的一种风电齿轮箱箱体在风电齿轮箱中的连接示意图；

图2为图1所示的箱体在一级内齿圈处的连接结构示意图；

图3为一级内齿圈在限位件间的局部示意图；

图4为一级内齿圈向左偏摆时箱体的局部示意图；

图5为一级内齿圈向右偏摆时箱体的局部示意图；

图6为箱体的结构示意图。

附图标记：

1-轮毂；

2-主轴本体；21-主轴前轴承；22-主轴轴承座；23-主轴后轴承；24-螺栓(或螺栓和销)；

3-一级行星组件；31-一级行星架；32-一级太阳轮；321-二级内花键；33-一级行星轮本体；331-一级行星轮轴承；34-一级内齿圈；341-一级外花键；

4-箱体；41-一级内花键；42-前安装法兰；43-箱体壁板；44-限位挡板固定螺栓螺纹孔；45-筋板；46-限位台阶；47-轴承孔；48-后安装法兰；

5-二级行星架组件；51-二级行星架本体；52-二级外花键；

61-限位挡板；62-限位台阶；

7-输出轴；

8-发电机转子；

9-发电机定子。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

请一并参阅图1-图6，本实施例提供了一种风电齿轮箱箱体4，包括一级内齿圈34，一级内齿圈34外侧设有多个一级外花键341，还包括箱体4。应理解的是，主轴轴承包括主轴前轴承21和主轴后轴承23.

箱体4内侧设有多个与一级外花键341相对应的一级内花键41，一级外花键341与一级内花键41之间采用间隙配合。应理解的是，一级外花键341沿一级内齿圈34的轴向设置，多个一级外花键341沿一级内齿圈34的周向设置。当主轴的挠曲变形带动一级行星架31产生径向位移和角度变换后，一级行星架31上的行星轮带着一级内齿圈34发生相应的移动，由于一级内齿圈34外侧设有外花键，箱体4内侧设有内花键，且内外花键之间采用间隙配合，一级行星架31、行星轮、太阳轮和一级内齿圈34将一同在该间隙范围内移动，其内部的齿轮啮合情况不变，由此隔离了挠曲变形给行星机构带来的齿轮啮合情况变化。

在其他方案中，一级内花键41一体成型于箱体4内。本申请的箱体4结构简化了齿轮箱结构及加工要求，并改善了行星级的齿向载荷分布和降低行星传动的不均载系数。由于一级内花键41直接加工于箱体4内部，与箱体4为一体结构，充分利用了箱体4的材料，避免采用单独的花键套而增加成本。同时，一级内齿圈34采用花键将扭矩传递到箱体4，则一级内齿圈34两端和箱体4上不再需要以数十颗高强度螺栓和定位销结构来传递扭矩。因此，本申请的箱体4结构可大幅度简化箱体4本身以及配合齿圈的加工要求。另，利用本申请箱体4的一级内花键41与一级内齿圈34的一级外花键341实现浮动连接，当一级行星轮受主轴本体2和一级行星架31的变形影响而发生径向位移时，一级内齿圈34可以跟随行星轮产生径向位移，以保持齿轮副的啮合处于正常状态，也同时避免一级行星轮与一级齿圈的距离变动过大引起行星轮轴承承担额外的有害载荷，从而改善了齿圈与行星轮啮合齿面的齿向载荷分布和降低行星传动的不均载系数。

应理解的是，一级行星组件3包括一级行星架31、一级太阳轮32、二级内花键321、一级行星轮本体33、级行星轮轴承和一级内齿圈34；

在其他方案中，箱体4为回转结构。

还设有限位件，限位件设有多个并设于箱体4内，多个限位件分别设于一级内齿圈34的两侧，并能限制一级内齿圈34轴向移动。通过设置限位件能限制一级内齿圈34移动超过所设置的范围。即，限位件在一级内齿圈34轴向投影上与一级内齿圈34有重合部分。

在其他方案中，限位件包括限位台阶62和限位挡板61；限位台阶62一体成型于箱体4内，限位挡板61可拆卸地设于箱体4内，一级内齿圈34位于限位台阶62和限位挡板61之间，限位台阶62和限位挡板61均能限制一级内齿圈34轴向移动。作为优选，在一级内齿圈34的左侧有限位挡板61进行轴向限位，限位挡板61用螺钉固定在箱体4内侧，但限位挡板61与一级内齿圈34端面之间预留有齿圈的浮动间隙，该间隙值用于一级内齿圈34的轴向位移及偏摆浮动。一级内齿圈34右侧有限位台阶62，限位台阶62与箱体4为一体结构，用于对齿圈的右侧轴向限位。

在其他方案中，限位台阶62和限位挡板61呈圆周分布。圆周分布能良好地限制一级内齿圈34的轴向移动。

作为优选，箱体4内设有螺纹孔，限位挡板61通过螺栓螺接于螺纹孔内。

本申请的箱体4结构上的限位台阶62及限位挡板61固定螺栓螺纹孔结构简单可靠，限位台阶62还能提高箱体4刚性。限位台阶62环形分布于箱体4壁上，可对一级内齿圈34进行全圆周限位。结构简单，易于加工，并与箱体4为一体结构，具有加强箱体4刚性、减小变形的作用。箱体4上的限位挡板61固定螺栓螺纹孔由多颗构成，共同作用，并圆周分布于箱体4内部开口的环形平台上，螺纹孔可均匀分布，也可非均匀分布。由限位台阶62和限位挡板61共同对齿圈进行轴向限位并预留轴向浮动间隙，因此齿圈可以很容易实现偏摆并跟随行星轮产生相同的角度偏斜的效果。从而保证齿轮副的啮合处于良好状态，进一步改善齿面的齿向载荷分布；也避免行星轮轴承滚子受载不均匀发生损坏，最终改善了齿轮副和行星轮轴承的可靠性。

在其他方案中，箱体4两侧分别设有前安装法兰42和后安装法兰48，箱体4外部设有筋板45支撑。

在其他方案中，前安装法兰42和后安装法兰48相互平行。

通过箱体4结构的前后法兰与箱体4外侧的筋板45共同作用，提高了箱体4的刚度，减小了箱体4受载变形。箱体4的前安装法兰42可与集成传动链的主轴轴承座22连接，实现箱体4与主轴部件的刚性集成，箱体4的后安装法兰48与齿轮箱第二级齿圈的安装连接。前后安装法兰48面相互平行，与箱体4表面圆周分布的筋板45共同提高了箱体4刚性，减小了箱体4工作中的变形，确保齿轮箱内部齿轮副和轴承工作良好。

另外，一级行星架31的一级太阳轮32内侧设有二级内花键321，二级行星架本体51输入端插入一级太阳轮32内并在其外部设有二级外花键52，二级内花键321和二级外花键52间留有间隙，当一级太阳轮32随一级行星架31本体而变动时，二级内花键321在与一级外花键341间的间隙内移动，故其移动后仍能通过花键副带动二级行星架本体51转动，从而将扭矩传递在二级行星架本体上51。应理解的是，二级行星架本体51和二级外花键组成了二级行星架组件5。

上述的箱体4在风电齿轮箱内的连接关系为：箱体4前端法兰面与主轴承座通过螺栓24或螺栓销连接为整体，实现齿轮箱与主轴轴承座22的刚性连接；一级行星架31的左端面依靠螺栓(或螺栓+销)与主轴本体2实现刚性连接；箱体4的一级内花键41与一级内齿圈34外部的一级外花键341采用间隙相配合，实现浮动连接；限位挡板61依靠螺栓固定在箱体4内部，并对一级内齿圈34左侧进行轴向定位，箱体4设计有限位凸台可对一级内齿圈34右侧进行限位；一级太阳轮32依靠二级内花键321浮动连接在二级行星架本体51上；一级行星轮本体33与一级行星轮轴承331通过行星销安装在一级行星架31上。

应理解的是，上述的风电齿轮箱的齿圈连接机构中，来自风轮产生的载荷通过轮毂1传递到主轴本体2，并引起主轴本体2的挠曲变形。一级行星架31本体由于与主轴本体2刚性连接，因此，主轴本体2的挠曲变形也直接传递给一级行星架31本体，引起一级行星架31本体产生径向位移和角度偏斜。一级行星轮本体33与一级行星轮轴承331由于通过行星销轴安装在一级行星架31上，将发生相应的径向位移和角度偏斜。一级内齿圈34由于采用鼓形花键浮动定位于箱体4内部，由于花键间隙的径向浮动，以及鼓形齿沿齿宽对称中心的偏摆转动效果，一级内齿圈34在与一级行星轮本体33啮合时，将跟随产生相同的径向位移和角度偏斜。而一级太阳轮32由于是通过花键浮动连接于二级行星架本体51，在与一级行星轮本体33啮合时，也将跟随产生相同的径向位移和角度偏斜。因此，一级行星轮本体33与一级内齿圈34、一级行星轮与一级太阳轮32的啮合齿面都将处于良好状态，同时还确保一级行星轮轴承331受载均匀，避免产生有害的附加力引起轴承滚道应力超标并提前失效。而花键副外齿齿形采用鼓形齿设计，则可避免该齿部的齿面由于边缘接触而损坏。通过以上设计，从而保证齿轮箱的使用寿命及可靠性。

上述的风电齿轮箱箱体4的优点在于：

1、本申请的箱体4结构简化了齿轮箱结构及加工要求，并改善了行星级的齿向载荷分布和降低行星传动的不均载系数。由于一级内花键41直接加工于箱体4内部，与箱体4为一体结构，充分利用了箱体4的材料，避免采用单独的花键套而增加成本。同时，一级内齿圈34采用花键将扭矩传递到箱体4，则一级内齿圈34两端和箱体4上不再需要以数十颗高强度螺栓和定位销结构来传递扭矩。因此，本申请的箱体4结构可大幅度简化箱体4本身以及配合齿圈的加工要求。另，利用本申请箱体4的一级内花键41与一级内齿圈34的一级外花键341实现浮动连接，当一级行星轮受主轴本体2和一级行星架31的变形影响而发生径向位移时，一级内齿圈34可以跟随行星轮产生径向位移，以保持齿轮副的啮合处于正常状态，也同时避免一级行星轮与一级齿圈的距离变动过大引起行星轮轴承承担额外的有害载荷，从而改善了齿圈与行星轮啮合齿面的齿向载荷分布和降低行星传动的不均载系数。

2、本申请的箱体4结构上的限位台阶62及限位挡板61固定螺栓螺纹孔结构简单可靠，限位台阶62还能提高箱体4刚性。限位台阶62环形分布于箱体4壁上，可对一级内齿圈34进行全圆周限位。结构简单，易于加工，并与箱体4为一体结构，具有加强箱体4刚性、减小变形的作用。箱体4上的限位挡板61固定螺栓螺纹孔由多颗构成，共同作用，并圆周分布于箱体4内部开口的环形平台上，螺纹孔可均匀分布，也可非均匀分布。由限位台阶62和限位挡板61共同对齿圈进行轴向限位并预留轴向浮动间隙，因此齿圈可以很容易实现偏摆并跟随行星轮产生相同的角度偏斜的效果。从而保证齿轮副的啮合处于良好状态，进一步改善齿面的齿向载荷分布；也避免行星轮轴承滚子受载不均匀发生损坏，最终改善了齿轮副和行星轮轴承的可靠性。

3、通过箱体4结构的前后法兰与箱体4外侧的筋板45共同作用，提高了箱体4的刚度，减小了箱体4受载变形。箱体4的前安装法兰42可与集成传动链的主轴轴承座22连接，实现箱体4与主轴部件的刚性集成，箱体4的后安装法兰48与齿轮箱第二级齿圈的安装连接。前后安装法兰48面相互平行，与箱体4表面圆周分布的筋板45共同提高了箱体4刚性，减小了箱体4工作中的变形，确保齿轮箱内部齿轮副和轴承工作良好。

4、本申请能降低传动链主轴部件的设计成本。采用该种结构后，由于能够对主轴部件在工作中产生的有害变形进行补偿，大幅度改善一级行星部套齿轮箱的啮合状态，并改善了一级行星轮轴承331的受力均匀性。因此对主轴部件的刚度要求得以显著降低，主轴部件仅仅满足自身的疲劳设计即可。最终可以大幅度降低主轴和主轴轴承座22的结构重量，降低了设计成本，提高了机组竞争力。

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 (7)

1.一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，包括一级内齿圈，所述一级内齿圈外侧设有多个一级外花键，还包括箱体；

所述箱体内侧设有多个与所述一级外花键相对应的一级内花键，所述一级外花键与所述一级内花键之间采用间隙配合；

还设有限位件，所述限位件设有多个并设于所述箱体内，多个所述限位件分别设于所述一级内齿圈的两侧，并能限制所述一级内齿圈轴向移动。

2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述一级内花键一体成型于所述箱体内。

3.根据权利要求2所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述箱体为回转结构。

4.根据权利要求3所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述限位件包括限位台阶和限位挡板；所述限位台阶一体成型于所述箱体内，所述限位挡板可拆卸地设于所述箱体内，所述一级内齿圈位于所述限位台阶和所述限位挡板之间，所述限位台阶和所述限位挡板均能限制所述一级内齿圈轴向移动。

5.根据权利要求4所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述限位台阶和所述限位挡板呈圆周分布。

6.根据权利要求5所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述箱体两侧分别设有前安装法兰和后安装法兰，所述箱体外部设有筋板支撑。

7.根据权利要求6所述的一种风电齿轮箱箱体，其特征在于，所述前安装法兰和所述后安装法兰相互平行。

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