ES2218392T3 - Unidad de engranaje. - Google Patents

Unidad de engranaje.

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Abstract

Una unidad de engranajes para un conjunto de generador eólico, comprendiendo dicha unidad de engranajes una etapa de engranaje planetario en la que un engranaje planetario (33) está soportado de manera giratoria en un soporte de planetario (33) por medio de dos cojinetes (32) separados axialmente en relación al eje de rotación del engranaje planetario, siendo al menos uno de dichos cojinetes un cojinete cónico y comprendiendo dicho engranaje planetario al menos una región superficial (36) para contacto con los rodillos (38) de dicho cojinete cónico.

Description

Unidad de engranaje.
La necesidad de reducir peso en las transmisiones mecánicas, por ejemplo en conjuntos de engranaje, y especialmente en aquellos utilizados en generadores eólicos, han llevado en el pasado a un incremento en el uso de unidades de engranajes planetarios.
En una serie de aplicaciones, se han introducido cada vez más diseños con características de ligereza. La transmisión de engranajes de un generador eólico es una aplicación para la cual es especialmente beneficioso un diseño ligero, porque la reducción en peso de la unidad de engranajes montada en el extremo superior de una torre permite una reducción de la resistencia requerida de la torre.
La construcción de engranajes planetarios, como el que se muestra en la Figura 1 o el descrito en el documento US-A-5 876 181, debe mantener un compromiso adecuado entre los requisitos en conflicto como, por ejemplo:
el grosor de la corona de cada engranaje planetario, que es importante tanto para la resistencia como para la rigidez, y que afecta al rendimiento tanto del engranaje como del cojinete.
el diámetro interior del aro interior del cojinete, que determina la resistencia y la deflexión de los pernos portadores del planetario.
el tamaño y la sección de cojinete, con su efecto importante sobre la vida del cojinete y el guiado del contacto del engranaje planetario.
En este compromiso difícil, los grosores de la corona del engranaje planetario relativamente pequeños son utilizados a menudo en etapas de planetarios del estado de la técnica. Sin embargo, en algunas circunstancias, el aro exterior del cojinete puede como consecuencia girar o deslizar en relación al engranaje planetario. Para prevenir o inhibir cualquier movimiento de este tipo y para minimizar el desgaste a largo plazo y la corrosión por fricción, se requiere un diseño cuidadoso y el tratamiento de la superficie de la interfaz del engranaje planetario con el cojinete.
Una característica particular de un conjunto de transmisión a engranajes usado en un generador eólico es que está sujeto a grandes variaciones en las fuerzas aplicadas debido a las cargas de viento que actúan sobre los rotores del generador eólico que a menudo varían rápidamente, en especial durante condiciones de viento turbulentas. La gran variación en las fuerzas aplicadas provoca deformaciones elásticas significativas en los componentes de la unidad de engranajes, incluyendo el conjunto formado por el planetario y el aro exterior del cojinete. Esto conduce a un riesgo significativo de deslizamiento de los aros exteriores del cojinete.
En algunos casos, las unidades de engranajes del estado de la técnica tienen parcialmente integrado el cojinete con el engranaje planetario. Debido a las presiones de contacto relativamente más bajas y a la topografía de pistas cilíndricas simples, esto ha sido una solución satisfactoria para la integración de los aros exteriores de los cojinetes cilíndricos o de agujas con el engranaje planetario, como se muestra en el ejemplo dado en la Figura 2a, en la que cada uno de los engranajes planetarios 20 sirven también como aro exterior de cojinete en contacto con los rodillos de cojinete 21. De esta manera, no sólo se podía conseguir un equilibrio diferente en los requisitos de diseño citados más arriba, sino que el deslizamiento y el giro fueron eliminados. Sin embargo, esta construcción tiene también desventajas si se adopta para un generador eólico.
Otra propuesta anterior comprende la característica de integración de la Figura 2a descrita previamente con la provisión de una sección central 25, integrada del engranaje planetario (véase la Figura 2b) que se extiende radialmente hacia adentro entre los cojinetes 26 espaciados axialmente. El documento US-A-5 876 181 muestra además una disposición de cojinete para soportar el portador de planetario con tal sección central dispuesta entre cojinetes cónicos. En esta propuesta se necesita un cuidado especial para evitar puntos de concentración de esfuerzos indeseables. En algunos casos se proveen entalladuras 27 de alivio de tensiones en las zonas de esquina, pero sigue existiendo un riesgo potencial de problemas de fatiga y tensión.
La invención presente busca proporcionar una unidad de engranaje para un generador eólico, un conjunto de transmisión de engranajes para un generador eólico y un conjunto de generador eólico con el que se pueden conseguir mejoras adicionales.
De acuerdo con la invención presente se proporciona una unidad de engranajes para un conjunto de transmisión de un generador eólico, comprendiendo dicha unidad de engranajes una tapa de engranajes planetarios en la cual un engranaje planetario está soportado de manera giratoria en un portador o soporte de planetario por medio de dos cojinetes separados axialmente en relación con el eje de rotación del engranaje planetario, siendo al menos uno de dichos cojinetes un cojinete cónico.
El aro exterior (copa) del cojinete cónico, o de cada uno de los cojinetes cónicos está integrado con el engranaje planetario. Es decir, una superficie del engranaje planetario actúa como aro exterior de un cojinete cónico, para contacto directo de los rodillos cónicos del cojinete.
Preferiblemente la etapa de engranaje planetario comprende una pluralidad de engranajes planetarios, de los que al menos algunos, y más preferiblemente todos, son engranajes helicoidales.
Una zona de superficie del engranaje planetario puede estar tratada especialmente, mediante lo cual se adapta para actuar como aro exterior de cojinete (copa).
Preferiblemente, cada uno de dichos dos cojinetes es un cojinete cónico. El eje de rotación de los rodillos del cojinete cónico, o de cada uno de los cojinetes cónicos, está preferiblemente inclinado de manera que corte al eje de rotación del engranaje planetario o bien en una posición entre los cojinetes separados axialmente o bien en una posición más allá del otro cojinete del par.
La invención proporciona también un conjunto de transmisión para generador eólico, y un generador eólico que comprende una unidad de engranajes de acuerdo con la invención presente.
Una realización de la invención presente será descrita a continuación, solamente a modo de ejemplo, mediante referencia a la Figura 3, en la que, en común con las Figuras 1 y 2, se muestra parte de una unidad de engranajes en sección en un plano que contiene el eje de rotación de un soporte de engranaje planetario.
Un pasador o perno 30 de soporte de un engranaje planetario de la unidad de engranaje epicíclica de un conjunto de transmisión de generador eólico soporta los aros 31 interiores de cojinete de un par de cojinetes 32 de rodillos cónicos espaciados axialmente. Los cojinetes 32 proporcionan soporte radial y axial a un engranaje planetario 33, en el que la sección 34 del mismo, exterior en sentido radial, está provista de dientes de engranaje que se extienden helicoidalmente para engranar con el aros de engranaje.
La superficie 35 del engranaje planetario 33, interior en sentido radial, comprende dos zonas de superficie de cojinete 36 troncocónicas y una zona central 37 que en esta realización se extiende radialmente hacia dentro de los rodillos 38 del cojinete hasta una posición cercana a, pero separada de, la superficie exterior del pasador 30. En caso de que las zonas se corten, la zona 37 se puede reducir a cero.
Los rodillos de cojinete 38 contactan directamente con las zonas de superficies troncocónicas 36 del engranaje planetario. Así, el engranaje planetario puede ser considerado como integrado con los aros exteriores de los dos cojinetes de rodillos cónicos. Los cojinetes están orientados además de manera que en cada cojinete 32 los rodillos se reducen en diámetro en una dirección hacia el otro cojinete del par. En esta realización el eje de rotación X de cada rodillo 38 del cojinete está inclinado para cortar el eje Y de rotación del engranaje planetario en una posición más allá del otro cojinete del par.
El pasador 30 de soporte planetario está provisto de un tope que se extiende hacia fuera radialmente (no mostrado) para permitir la fijación axial de uno de los cojinetes, y el otro cojinete está situado axialmente mediante una grupilla ajustable (no mostrada) montada sobre el pasador 30 y de un tipo en sí conocido, permitiendo de esta manera un ajuste preciso de la precarga del cojinete.
La Figura 3 muestra un único engranaje planetario 33, pero el portador para pasador de soporte 30 está provisto de al menos tres pasadores en cada uno de los cuales está montado un engranaje planetario y un par de cojinetes correspondientes a los ilustrados.
Como consecuencia de la existencia de cojinetes de rodillos cónicos en una unidad de engranaje que tiene engranajes planetarios del tipo helicoidal se ha descubierto que es posible conseguir al menos algunas de las siguientes ventajas, a saber:
la presión de contacto de los contactos de rodillos individuales está mejor distribuida que en las construcciones de la técnica anterior gracias a la dirección inclinada de la carga (compárense las líneas A y A' en la Figuras 2a y la Figura 3), lo que incrementa la cantidad de material disponible (compárense las longitudes C y C' en las Figuras 2a y 3) para distribuir la carga en la interacción con las cargas provenientes de los engranajes.
distancia de trabajo aumentada (B y B' en las Figuras 2a y 3) gracias a que las líneas de trabajo inclinadas A' en la disposición en anillo de los dos cojinetes cónicos proporcionan mejor estabilidad, por ejemplo frente a los momentos creados por la presencia de fuerzas axiales inherentes al uso de engranajes helicoidales.
se consiguen masa (volumen) y estabilidad máximas de la sección de corona sin entalladuras de alivio de tensión local o con mínimas entalladuras de alivio de tensión local, como se ejemplifica mediante la comparación de las Figuras 2a,b y Figura 3.
se puede ajustar la holgura de la disposición de cojinete (Figura 3) para un guiado óptimo del contacto del engranaje y para la distribución de la carga en los cojinetes.
el ajuste de holgura mínima o incluso de precarga, junto con rigidez incrementada, conduce a un nivel de precisión alto al posicionar el eje de salida tanto bajo condiciones sin carga como bajo condiciones de carga, lo que puede ser muy importante en aplicaciones en generadores eólicos.
La Figura 4 ilustra un generador eólico 40 que comprende una caja de engranajes 41 que actúa como un conjunto de transmisión para transmitir par desde las aspas 42 del rotor hasta el generador 43, comprendiendo la caja de engranajes 41 una unidad de engranajes epicíclica que tiene una etapa de engranajes planetarios como la descrita anteriormente mediante referencia a la Figura 3.

Claims (10)

1. Una unidad de engranajes para un conjunto de generador eólico, comprendiendo dicha unidad de engranajes una etapa de engranaje planetario en la que un engranaje planetario (33) está soportado de manera giratoria en un soporte de planetario (33) por medio de dos cojinetes (32) separados axialmente en relación al eje de rotación del engranaje planetario, siendo al menos uno de dichos cojinetes un cojinete cónico y comprendiendo dicho engranaje planetario al menos una región superficial (36) para contacto con los rodillos (38) de dicho cojinete cónico.
2. Una unidad de engranajes de acuerdo con la reivindicación 1 y que comprende una pluralidad de engranajes planetarios (33) de los que al menos algunos son engranajes helicoidales.
3. Una unidad de engranajes de acuerdo con la reivindicación 2, en la que cada uno de dichos engranajes planetarios (33) es un engranaje helicoidal.
4. Una unidad de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicha región superficial (36) para contacto con los rodillos del cojinete cónico actúa como una superficie del aro exterior del cojinete.
5. Una unidad de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que cada uno de dichos dos cojinetes (32) es un cojinete de rodillos cónicos, y el engranaje planetario comprende un par de superficies troncocónicas (36) separadas axialmente entre sí para contacto de los rodillos de cojinete (38) de dichos dos cojinetes.
6. Una unidad de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que eje (X) de rotación de los rodillos del o de cada uno de los cojinetes cónicos está inclinada para cortar el eje (Y) de rotación del engranaje planetario en una posición entre los cojinetes separados axialmente, o en una posición axialmente más allá del otro cojinete del par.
7. Una unidad de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el engranaje planetario (33) comprende una zona central (37) que se extiende radialmente hacia el interior de los rodillos de cojinete (38) del o de cada uno de los cojinetes cónicos.
8. Una unidad de engranajes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el soporte de planetario (30) comprende medios de posicionamiento del cojinete ajustables para ajustar la holgura del cojinete, o precarga del cojinete, o de cada uno de los cojinetes cónicos.
9. Un conjunto de transmisión de un generador eólico que comprende una rueda dentada de corona anular, un engranaje solar o central, y una etapa de engranajes planetarios de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la transmisión del par entre dicha rueda dentada y el engranaje solar.
10. Un generador eólico (40) que comprende aspas de rotor (42) conectadas a un conjunto de transmisión de generador eólico (41) de acuerdo con la reivindicación 9.
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