ES2266163T3 - Etapa de engranaje planetario. - Google Patents
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Abstract
Una unidad de engranajes que comprende una etapa planetaria que tiene al menos una construcción de rodamiento, que sitúa una portasatélites (4) en rotación respecto de una corona dentada (3), en el cual un primer anillo de rodamiento (A) de dicha construcción de rodamiento es sometido a deformaciones locales cuando el portasatélites gira respecto de la corona dentada (3), en el cual dicha construcción de rodamiento comprende un segundo anillo de rodamiento (B), que puede girar síncronamente con el portasatélites, caracterizada porque dicho segundo anillo de rodamiento (B) está precompensado con lo cual, en comparación con un segundo anillo de rodamiento no precompensado, se reduce la compresión radial de los miembros rodantes del rodamiento o las concentraciones de carga o la descarga local de los miembros rodantes del rodamiento, en el cual dicho segundo anillo de rodamiento (B) comprende una superficie no cilíndrica para la puesta en contacto con elementos rodantes de rodamiento, en el cual dicho segundo anillo de rodamiento (B) comprende una serie de zonas de superficie de forma cilíndrica que se alternan con una serie de zonas espaciadas circunferencialmente, las cuales descansan desviadas radialmente respecto de dicha superficie cilíndrica, siendo el número de zonas espaciadas circunferencialmente igual al número de posiciones de engranajes planetarios.
Description
Etapa de engranaje planetario.
La invención se refiere a una unidad de
engranajes que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1 y que
se describe en el documento WO 96/11338 de la técnica anterior más
reciente.
En una serie de aplicaciones, se están
introduciendo cada vez más diseños ligeros y de integración. Esto
conduce a una mayor importancia de los defectos y de las
deformaciones locales. Esto se aplica particularmente, en el caso
de una unidad de engranajes para usar en una turbina eólica y par
cuya aplicación se ha propuesto opcionalmente utilizar una corona
dentada para actuar como soporte directamente para un anillo de
rodamiento interior o exterior.
La invención se dirige a la consecuencia sobre
el rendimiento del rodamiento de la deformación local de la corona
dentada de una etapa de engranaje planetario por el paso de los
satélites en el movimiento relativo del sistema de engranaje.
Como se muestra esquemáticamente en la figura 1,
la fuerza de engranaje resultante (Fn) que actúa en el contacto de
engranaje entre un engranaje planetario 10 y una corona dentada 11
incluye una componente radial (Fr) y tangencial (Ft). Se pueden
producir también fuerzas axiales por ejemplo cuando se usan
engranajes helicoidales 10.
Aunque la presente invención busca considerar
todos los componentes de las fuerzas que se producen, se ha de
entender que por ejemplo la fuerza radial puede conducir a
considerables deformaciones elásticas locales de la corona dentada.
Cuando la unidad de engranajes está en funcionamiento se producirá
esta deformación a través de la corona dentada a una velocidad que
es síncrona con los satélites móviles, es decir, con el
portasatélites 12
La magnitud de la deformación dependerá de las
fuerzas y de la rigidez estructural circundantes.
En las unidades de engranaje planetario del
estado de la técnica, el portasatélites (20) véase la figura 2)
está montado sobre rodamientos 21 que se centran en la corona
dentada 23 gracias a un reborde o alojamiento intermedio 23.
Esto significa que cualquier deformación local
de la corona dentada debida al paso de los satélites estará
distribuida más regularmente por este reborde o alojamiento
intermedio. De este modo, cuando se aplica una carga a los
rodamientos, por ejemplo fuerzas externas a partir del rotor de una
turbina eólica, estarán funcionando con cargas que están
relativamente bien distribuidas sobre los diferentes rodillos de los
rodamientos.
Las figuras 3a a 3d muestran ejemplos de un
diseño más ligero e integrado; donde la aplicación, tal como un
rotor de turbina eólica, puede estar, directamente o a través de un
reborde, conectada al portasatélites (figuras 3a, 3b, 3c) o a la
corona dentada (figura 3d). Igualmente unas fuerzas externas que
pueden proceder de la aplicación conectada deberán estar soportadas
por la construcción.
Debido a la integración, las rigideces
estructurales del sistema cambian y las fuerzas que actúan en el
contacto de los engranajes entes los satélites y la corona dentada
pueden conducir ahora a deflexiones locales considerables de o los
rodamientos.
- -
- En la figura 3a, 3c y 3 d, la corona exterior 30 del o los rodamientos se deformará localmente al paso de los satélites 31.
- -
- En la figura 3b, una variante de la figura 3a, la corona interior 32 del rodamiento se deformará localmente al paso de los satélites 34.
Como se puede observar a partir de los ejemplos
en la figura 3, siempre es el anillo de rodamiento conectado a o
integrado a la corona dentada 35 que experimenta el tipo anterior
de deformación local. Por definición en la presente memoria
descriptiva, este anillo de rodamiento se denomina A, mientras que
el otro anillo de rodamiento que gira síncronamente (incluido
cuando está parado) con el portasatélites se denomina anillo de
rodamiento B.
La presente invención busca proporcionar una
unidad de engranajes que comprende una etapa planetaria en la cual
las dificultades anteriormente mencionadas son mitigadas o
solucionadas. Tal unidad de engranajes es proporcionada por la
materia objeto de la reivindicación 1.
La presente invención proporciona de este modo
una construcción de anillo de rodamiento B que compensa los cambios
locales de geometría del anillo de rodamiento A. Cuando el anillo
de rodamiento B gira (o e mantiene parado (como en la figura 3d)
síncronamente con el portasatélites, las ondas de deformación
causadas por los satélites girarán síncronamente con el anillo de
rodamiento B precompensado. Por lo tanto la precompensación funciona
en todas las posiciones de rotación del sistema de engranajes.
Ahora se hace referencia a la vista en sección
transversal en la figura 4 (que es una vista en sección transversal
de la figura 3b), y el apéndice A que es una explicación de la
figura 4, para describir, a título de ejemplo únicamente, una
realización de la invención. Esta se describe respecto de la
construcción anteriormente mencionada de la figura 3b, Si la
construcción de precompensación no se emplea, los elementos rodantes
6 del rodamiento comprimido entre el contorno exterior deformado b
de la corona dentada 3 y el contorno (c) del anillo 5 exterior de
rodamiento. La construcción con precompensación da como resultado un
contorno (d) del anillo 5 exterior de rodamiento, evitando de este
modo una compresión no deseable de los elementos rodantes 6 y que da
como resultado una mejor distribución de la carga aplicada al
rodamiento.
Esto conduce a ventajas tales como un mejor peso
de la corona dentada 5 debido a la rigidez reducida requerida y a
la selección de rodamiento(s) de menor coste. Igualmente, se
puede controlar mejor la rigidez estructural global, lo cual da
como resultado el potencial para un comportamiento dinámico mejorado
del sistema de aplicación total.
La invención considera por lo tanto una etapa de
engranaje planetario con al menos un rodamiento que sitúa el
portasatélites respecto de la corona dentada y donde el anillo de
rodamiento A, que puede ser el anillo interior o exterior de dicho
o dichos rodamientos, se forma localmente debido al efecto del paso
de los satélites en la corona dentada, con lo cual el anillo de
rodamiento B, que gira síncronamente con el portasatélites
(incluyendo cuando está parado), está precompensado de tal manera
que se evita la compresión de los elementos rodantes o las
concentraciones de cargas o la descarga local (como sería el caso en
las figuras 3a, 3c y 3d) causadas por la deformación local del
anillo de rodamiento A.
Las opciones para conseguir las
precompensaciones incluyen:
- -
- la precompensación por adaptación de la geometría del anillo de rodamiento interior B,
- -
- la precompensación por adaptación de la geometría de la superficie exterior del anillo de rodamiento B,
- -
- la precompensación por adaptación de la geometría de soporte por ejemplo por una guía de centrado del anillo de rodamiento B,
- -
- la precompensasión por adaptación de la estructura de soporte del anillo de rodamiento B proporcionando a la estructura de soporte una rigidez que permite que la estructura de soporte compense elásticamente los movimientos planetarios,
- -
- la precompensación por adaptación de la estructura de soporte sobre o en la cual el anillo de rodamiento B está situado con precarga.
La adaptación para conseguir la precompensación
se efectúa preferiblemente por dimensionamiento selectivo, por
ejemplo hacer las dimensiones de los componentes más grandes o más
pequeños de lo normal. El dimensionamiento selectivo puede
conseguir la precompensación dando como resultado bien la
compensación elástica o bien la compensación geométrica.
Una unidad de engranajes 50 de la presente
invención es particularmente apropiada para su uso en una turbina
eólica (véase la figura 5) para transmitir par el par motor entre
los rotores 51 y el generador eléctrico 52 montado en la parte
superior de una torre 53.
Apéndice
A
Explicación de la figura 4
- 1.-
- Piñón planetario
- 2.-
- Engranaje planetario
- 3.-
- Corona dentada
- 4.-
- Portasatélites
- 5.-
- Anillo de rodamiento exterior (gira síncronamente con el portasatélites - véase la figura 3b)
- 6.-
- Sistema rodante de rodamiento
- a.
- Contorno exterior no deformado de corona dentada
- b.
- Contorno exterior deformado de corona dentada
- c.
- Contorno interior de anillo de rodamiento exterior sin construcción precompensada
- d.
- Contorno interior del anillo de rodamiento exterior con construcción precompensada
- e.
- Zona desviada del contorno interior del anillo de rodamiento exterior
- n_{1}
- Velocidad de giro del portasatélites
- n_{2}
- Velocidad de giro del anillo exterior de rodamiento.
Claims (7)
1. Una unidad de engranajes que comprende
una etapa planetaria que tiene al menos una construcción de
rodamiento, que sitúa una portasatélites (4) en rotación respecto de
una corona dentada (3), en el cual un primer anillo de rodamiento
(A) de dicha construcción de rodamiento es sometido a deformaciones
locales cuando el portasatélites gira respecto de la corona dentada
(3), en el cual dicha construcción de rodamiento comprende un
segundo anillo de rodamiento (B), que puede girar síncronamente con
el portasatélites, caracterizada porque dicho segundo anillo
de rodamiento (B) está precompensado con lo cual, en comparación con
un segundo anillo de rodamiento no precompensado, se reduce la
compresión radial de los miembros rodantes del rodamiento o las
concentraciones de carga o la descarga local de los miembros
rodantes del rodamiento, en el cual dicho segundo anillo de
rodamiento (B) comprende una superficie no cilíndrica para la puesta
en contacto con elementos rodantes de rodamiento,
en el cual dicho segundo anillo de rodamiento
(B) comprende una serie de zonas de superficie de forma cilíndrica
que se alternan con una serie de zonas espaciadas
circunferencialmente, las cuales descansan desviadas radialmente
respecto de dicha superficie cilíndrica, siendo el número de zonas
espaciadas circunferencialmente igual al número de posiciones de
engranajes planetarios.
2. Una unidad de engranajes según la
reivindicación 1 en la cual la precompensación se consigue por la
adaptación de la geometría de la banda de rodamiento interior
(B).
3. Una unidad de engranajes según la
reivindicación 1 en la cual la precompensación se consigue por la
adaptación de la geometría de superficie exterior del anillo de
rodamiento (B).
4. Una unidad de engranajes según la
reivindicación 1 en la cual la precompensación se consigue por
adaptación de la geometría de soporte.
5. Una unidad de engranajes según la
reivindicación 1 en la cual la precompensación se consigue
proporcionando a la estructura de soporte una rigidez como
consecuencia de lo cual dicha estructura de soporte puede compensar
elásticamente la deformación del anillo de rodamiento (B) durante el
movimiento de los engranajes planetarios.
6. Una unidad de engranajes según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la cual la
precompensación se consigue al menos en parte por precarga selectiva
de una estructura de soporte sobre o en la cual está situado el
anillo de rodamiento (B).
7. Un conjunto de transmisión por
engranajes de turbina eólica que comprende una unidad de engranajes
según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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