ES2587608T3

ES2587608T3 - Disposición de un engranaje planetario y un engranaje planetario

Info

Publication number: ES2587608T3
Application number: ES09700110.1T
Authority: ES
Inventors: Petri Lahtinen; Ari Ryymin
Original assignee: Moventas Gears Oy
Current assignee: Moventas Gears Oy
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2009-01-02
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2029-01-02
Also published as: EP2227643B1; BRPI0907259B1; EP2227643A1; CN101918733A; KR101562077B1; KR20100116596A; EP2227643B2; DK2227643T3; JP2011508860A; US8241172B2; FI122381B; US20100292044A1; DK2227643T4; WO2009083657A9; FI20085006A0; WO2009083657A1; EP2227643A4; FI20085006A; ES2587608T5; JP5493079B2

Abstract

Una disposición de un engranaje planetario donde la disposición incluye: - un engranaje planetario (14) que incluye al menos tres ruedas planetarias (18) teniendo cada una de las ruedas planetarias (18) un canal interior (26), un conjunto del cojinete (32) que tiene al menos un cojinete (36) que soporta el canal interior (26) de la rueda planetaria (18), y adicionalmente un árbol (20) que soporta el conjunto del cojinete (32), - un portador (22) para el engranaje planetario (14) que incluye una primera brida (24) conectada a un árbol de entrada (46) y una segunda brida (25) en el lado opuesto, y cada árbol (20) de la rueda planetaria (18) tiene - un primer extremo (19) que tiene un primer extremo de sujeción (62) no adaptado rotacionalmente a dicha primera brida (24) sobre una primera longitud de soporte (f), teniendo el primer extremo de sujeción (62) un diámetro D1, - un segundo extremo (21) que tiene un segundo extremo de sujeción (63) no adaptado rotacionalmente a dicha segunda brida (25) sobre una segunda longitud de soporte (g), - un área central (60) que tiene un diámetro D sobre una longitud (h), siendo el diámetro D más grueso que el diámetro D1, soportando el área central (60) el conjunto del cojinete (32), y la disposición incluye además un intervalo de flexión (a) con un primer redondeo suave (57) en las inmediaciones del primer extremo del árbol (20) y un segundo intervalo de flexión (b) con un segundo redondeo suave (58) en las inmediaciones del segundo extremo (21) del árbol (20) permitiendo flexión en cada árbol (20) para adaptar dinámicamente la geometría de malla de varias ruedas planetarias (18) a la elasticidad de una construcción, caracterizada por que el primer intervalo de flexión (a) con el primer redondeo suave (57) se forma de manera continua entre la primera longitud de soporte (f) y la longitud (h) del área central más gruesa (60); y el segundo intervalo de flexión (b) con el segundo redondeo suave (58) se forma de manera continua entre la segunda longitud de soporte (g) y la longitud (h) del área central más gruesa (60).

Description

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DESCRIPCION

Disposicion de un engranaje planetario y un engranaje planetario

La invencion se refiere a una disposicion de un engranaje planetario como se describe en el preambulo de las reivindicaciones 1 y 8. La invencion tambien se refiere a un engranaje planetario que acciona la disposicion.

Las partes mas esenciales del engranaje planetario son una rueda solar, una corona dentada y un engranaje planetario entre estas. La corona dentada tambien se refiere a un conjunto de coronas dentadas que se compone de componentes conectados entre sf. El engranaje planetario que incluye al menos tres ruedas planetarias es concentrico con la rueda solar y la corona dentada. Las ruedas planetarias se montan con cojinetes a un portador planetario, que incluye una primera brida y una segunda brida conectadas entre sf. El arbol de entrada de potencia se conecta al portador planetario, de forma mas precisa a su primera brida, es decir lleva la maxima fuerza de torsion. La rueda solar o la corona dentada pueden bloquearse, en cuyo caso dos de los otros, la rueda solar, corona dentada o portador, rotan alrededor del eje central de la rueda solar.

Cada rueda planetaria tiene un arbol que esta firmemente atado al portador por ambos de sus extremos. La rueda planetaria se adapta para rotar alrededor del arbol por medio de al menos un cojinete, normalmente con dos cojinetes.

El arbol se flexiona con relacion a la construccion permitiendo flexion que se situa en conexion con el primer extremo para adaptar dinamicamente la geometna de malla. En esta publicacion el termino 'adaptacion dinamica' se utiliza para referirse a que la carga de las ruedas planetarias esta equilibrada a pesar de diversas inexactitudes de fabricacion y deformaciones del arbol debidos a la carga. Cuando un arbol flexible o elastico adapta la geometna de malla dinamicamente, se pueden permitir deformaciones del portador mas grandes que antes. En otras palabras, el arbol se utiliza para compensar errores de alineamiento provocados por la torsion del portador.

La publicacion WO 2006/053940 divulga un engranaje planetario de una planta de energfa eolica. En tales engranajes planetarios, los ajustes generalmente se han mejorado corrigiendo el perfil de dentado. El perfil de dentado puede corregirse con una modificacion del angulo de helice, abombamiento de los dientes y/o rebajado de los extremos. Sin embargo, un problema con la correccion de perfil de dentado es que debe dimensionarse adecuadamente a un cierto intervalo de salida relativamente estrecho. En una planta de energfa eolica, el engranaje planetario debena operar en un intervalo de salida amplio. Sin embargo, esto no puede conseguirse mediante la correccion del perfil de dentado.

A su vez, la solicitud de patente WO 2005/038296 divulga un equipo en el que el arbol de la rueda planetaria se dimensiona para desviarse. Un arbol que se desvfa puede hacer que las ruedas planetarias se ajusten mejor en el engranaje planetario. El ajuste es necesario ya que los componentes del engranaje planetario siempre tiene una ligera inexactitud.

Las soluciones propuestas en las solicitudes de patentes WO 2007/016336 y GB 2413836 para la adaptacion dinamica de la geometna de malla tambien se basan en el desvfo de un arbol largo. Con esto, la geometna de malla de varias ruedas planetarias coloca en su lugar a cada rueda planetaria cuando sus arboles se doblan adecuadamente corrigiendo el efecto de la inexactitud de fabricacion.

La publicacion DE 102004023151 propone un engranaje planetario que tiene una brida en conexion con el arbol. Esta construccion ayuda a compensar los defectos de fabricacion, por ejemplo. Sin embargo, estas soluciones no proporcionan un beneficio extraordinario rebajando del portador ya que el tamano combinado del arbol y la brida aumenta extraordinariamente. En una version equipada con una brida, una gran parte del beneficio conseguido rebajando del portador se pierde por lo tanto.

Mas cercanas a la invencion estan las soluciones propuestas en las publicaciones de patentes EP 1435475 y US 5.102.379 donde un portador de doble brida se utiliza para soportar los arboles de la rueda planetaria en ambos extremos. En estos, la longitud de desviacion del arbol se forma dentro de la parte central mas gruesa, ya que se ha mecanizado una cavidad axial profunda en la parte central. La publicacion EP muestra el preambulo de las reivindicaciones 1 y 8, divulga adicionalmente la construccion asimetrica del arbol, que es necesaria para proporcionar una adaptacion dinamica perfecta. En el engranaje planetario de reduccion de velocidad de la publicacion EP, la fuerza de torsion se transmite a la rueda solar con lo que la fuerza de torsion que actua sobre la primera brida del portador es proporcionalmente mucho mas baja que en un engranaje planetario que aumenta la velocidad de rotacion. El efecto de entalladura de la cavidad circunferencial no es significativo debido a la insignificancia de la fuerza de torsion.

Las anteriores soluciones conocidas son adecuadas principalmente para engranajes planetarios que reducen la velocidad de rotacion. Las soluciones conocidas son diffciles de utilizar en aplicaciones de turbinas eolicas pesadas en las que la fuerza de torsion esta hoy en dfa en un intervalo de 1-10 millones de Nm. En motores de motor a reaccion la fuerza de torsion maxima es solo una fraccion de esta ya que la velocidad de rotacion de una turbina es

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de 3000-6000 RPM y en un engranaje planetario de reduccion de velocidad la fuerza se transmite a la rueda solar con lo que la fuerza de torsion del portador se mantiene baja de forma natural. Los engranajes planetarios de turbinas eolicas hoy en dfa son muy grandes y se utilizan para transmitir grandes potencias de salida a partir de un rotor que rota lentamente. Por lo tanto, los engranajes planetarios utilizados en turbinas eolicas tienen muchas caractensticas especiales. Una caractenstica especial significativa es que se utilizan para aumentar la velocidad de rotacion mientras que los engranajes planetarios habitualmente se utilizan en cualquier otro sitio para reducir la velocidad de rotacion. Ademas, el tamano del engranaje planetario es crucial ya que se desea limitar la masa levantada en lo alto de un mastil. Sin embargo, es diffcil reducir el tamano de un engranaje planetario de alto rendimiento ya que ya se han utilizado todos los metodos de disenos de maquinas convencionales.

Con respecto a la reduccion de tamano de un engranaje planetario, sena ventajoso aumentar el numero de ruedas planetarias pero, de acuerdo con tecnica anterior, es necesario aumentar las cargas dimensionales cuando el numero de ruedas planetarias es mas de tres, debido a la carga desigual asumida (Germanischer Lloyd, Gma para la Certificacion de Turbinas Eolicas, Edicion 2003). A medida que las cargas dimensionales aumentan, habitualmente se pierde una parte importante de los beneficios logrados mientras se aumenta el numero de ruedas planetarias a mas de tres con metodos convencionales.

El objeto de la invencion es proporcionar una disposicion de un engranaje planetario y un engranaje planetario activador para la disposicion que puede fabricarse mas ligero en peso que antes para turbinas eolicas de alta fuerza de torsion, particularmente en un intervalo de 2-10 millones de Nm (Nm = newton metro). Las caractensticas de la disposicion de acuerdo con esta invencion se exponen en la reivindicacion anexa 1.

En una realizacion, la primera brida incluye un chaflan en el interior, que cubre esencialmente dicha construccion permitiendo flexion. Entonces la primera brida puede tener de otra manera un grosor que es igual a la dimension del primer extremo del arbol de modo que no existe la necesidad de comprometer la rigidez de la primera brida y se logra una construccion compacta.

En una realizacion, el primer extremo del arbol incluye un agujero axial que se extiende al area central y que tiene un diametro del 25-60 %, ventajosamente del 35-45 % del diametro del primer extremo del arbol.

En una realizacion, una segunda construccion que permite flexion, la flexibilidad de la cual es sustancialmente mas pequena que el primer extremo, se incluye en las inmediaciones del segundo extremo del arbol. En consecuencia, se logra suficiente flexibilidad en este extremo mediante el adelgazamiento del arbol en una longitud corta. Cuando el arbol se dobla tambien en las inmediaciones del segundo extremo, se pueden compensar los errores de tolerancia. Los errores de tolerancia incluyen, por ejemplo, error de inclinacion, excentricidad y desalineacion del arbol o del dentado. Una diferencia extraordinaria de la construccion de acuerdo con la invencion comparada con soluciones conocidas se refiere al hecho de que una parte importante de la flexibilidad (habitualmente un 15-50 %) viene de la deformacion de esfuerzo cortante y no solo de la desviacion, a diferencia de las soluciones conocidas.

Cuando el portador se rebaja para reducir la masa del engranaje planetario, las bridas del portador pueden girar relativas entre sf. Entonces el arbol se somete a tension de esfuerzo cortante, cuyos efectos perjudiciales pueden eliminarse cuando el arbol se dobla mas en las inmediaciones de su primer extremo.

El area central del arbol lleva uno o dos cojinetes segun se desee y las deformaciones tienen lugar en los intervalos de flexion. Los efectos de la torsion entre las bridas del portador en la geometna de malla se corrigen dinamicamente particularmente en el primer intervalo de flexion. Los errores de tolerancia se corrigen en ambos intervalos de flexion. Cuando se corrigen simples errores de tolerancia, los valores de flexibilidad senan, en el transcurso del tiempo, igual en promedio en ambos intervalos de flexion.

Se puede hacer una modificacion de la realizacion descrita anteriormente de acuerdo con la reivindicacion 8, donde los cojinetes se colocan en ambas bridas llevando de forma rotatoria los extremos del arbol, y el arbol lleva la rueda planetaria de forma fija. El arbol se dobla exactamente de la misma manera que en la disposicion descrita anteriormente.

La invencion se describe en detalle a continuacion haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran algunas de las realizaciones de la invencion, en los que

la Figura 1

la Figura 2

la Figura 3 la Figura 4

la Figura 5a la Figura 5b

es una seccion transversal de la parte superior del arbol del engranaje planetario de acuerdo con la invencion,

muestra el arbol de la rueda planetaria de acuerdo con la invencion, sujeto a un portador, asf como sus dimensiones,

muestra el arbol de la rueda planetaria de acuerdo con la invencion en una condicion de carga, y muestra el portador girado con un pasador de acuerdo con la invencion colocado entre las bridas del portador.

es una vista basica de un arbol descargado cuya rigidez es igual en toda la distancia, es una vista basica de un arbol cargado cuya rigidez es igual en toda la distancia, y

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la Figura 5c es una vista basica de un arbol cargado cuya rigidez vana en la direccion longitudinal del arbol.

El engranaje planetario 100 de acuerdo con la invencion mostrado en la Figura 1 incluye como las partes mas esenciales una rueda solar 12, una corona dentada 10, y un engranaje planetario 14. La rueda solar 12, la corona dentada 10 y el engranaje planetario 14 tienen todos el mismo eje central 16. En otras palabras, la corona dentada 10 se situa alrededor del eje central 16 de la rueda solar. El engranaje planetario 14 se situa entre la rueda solar 12 y la corona dentada 10 en contacto con ambas, y esta funcionalmente conectada, es decir se engrana con el dentado del engranaje interno y el dentado de la rueda solar. El numero de ruedas planetarias en el engranaje planetario es al menos tres. El engranaje planetario 14 tiene el mismo eje central 16 que la rueda solar 12. Cada rueda planetaria 18, a su vez, tiene un arbol 20 propio sobre el que la rueda planetaria rota. La rueda planetaria tiene un canal interior 26 y un canal exterior 28. De estos, el canal exterior 28 tiene el dentado 30 de la rueda planetaria 18. El portador22 del engranaje planetario 14 incluye una primera brida 24 y una segunda brida 25 conectadas entre sf tan ngidamente como sea posible. Un arbol de entrada 46 se sujeta a la primera brida 24.

Cada rueda planetaria 18 tiene un arbol 20 que tiene un primer extremo 19 y un segundo extremo 21. La rueda planetaria 18 se adapta para rotar alrededor del arbol 20. El primer extremo 19 del arbol 20 de la rueda planetaria 18 se sujeta a la primera brida 24 del portador 22 en el primer extremo de sujecion 62 del arbol 20 sobre una longitud de soporte f, y correspondientemente, el segundo extremo 21 (diametro D2) del arbol 20 de la rueda planetaria 18 se sujeta a la segunda brida 25 del portador 22 en el segundo extremo de sujecion 63 sobre una longitud de soporte g (Figura 2). Ademas, este extremo se bloquea a la brida 25 con elementos espedficos, tal como un pasador de bloqueo, para que no se pueda rotar (no mostrado).

El engranaje planetario 100 incluye al menos un cojinete 32 entre el canal interior 26 de cada rueda planetaria y el arbol 20 de la rueda planetaria 18, soportados de forma fija al arbol 20 de la rueda planetaria 18. Cada cojinete 32 tiene un anillo interior 34, elementos de rodillo 36, y un anillo exterior 38. Ademas, una construccion 40 que permite flexion se situa entre el primer extremo de sujecion 62 del arbol 20 de la rueda planetaria 18 y el cojinete 32 mas cercano para adaptar dinamicamente la geometna de malla (Figura 2). Por lo tanto, el portador puede fabricarse mas ligero que antes ya que la torsion que tiene lugar entre las bridas del portador puede compensarse con la construccion permitiendo la flexion. Por otro lado, cuando se rebaja el portador, debe ser posible encargarse de las deformaciones generadas debido a la torsion entre las bridas del portador mientras se mantiene la geometna de malla. Las bridas del portador pueden girar relativas entre sf en un mayor grado que antes ya que el arbol de la rueda planetaria cambia su forma compensando la torsion que tiene lugar entre las bridas. Por lo tanto, la geometna de malla se ajusta dinamicamente. La desviacion de la construccion que permite la flexion puede ser tanto como sobre un uno por ciento del grosor del arbol.

En el engranaje planetario de acuerdo con la invencion, el arbol de la rueda planetaria se utiliza para compensar la torsion que tiene lugar en el portador. Un ejemplo de rebajar el portador puede ser un engranaje con una potencia nominal de 1500 kW, cuyo el portador tradicionalmente pesa muy por encima de los 2000 kg. El portador puede rebajarse mejor de forma que su peso permanezca tan bajo como 1500-1600 kg. Por lo tanto, el rebajado sena aproximadamente del 25 %. Es posible que un rebajado del portador tan significativo provoque una flexion excesiva. Por lo tanto, puede decirse que el portador puede rebajarse de forma segura probablemente al menos en un 10 % siendo este incluso un cambio significativo a la vista del dimensionamiento tradicional. Ademas, es posible compensar simultaneamente errores de tolerancia, que incluyen, por ejemplo, error de inclinacion, excentricidad y desalineacion del arbol o del dentado.

En conexion con un portador con un solo lado, tal como se ha propuesto en la publicacion de patente WO 2005/038296, por ejemplo, utilizar un dentado helicoidal es un reto. Sin embargo, un dentado helicoidal es crucial en lo que se refiere al funcionamiento de engranajes uniformes. Cuando el angulo de helice de los diente se aumenta, se puede reducir la vibracion que se produce en el engranaje. Por otro lado, el angulo de helice tampoco debe ser muy grande; ya que las fuerzas actuando en el cojinete aumentan a medida que el angulo de helice aumenta. Con un arbol flexible el angulo de helice puede ser de 0,5°-4°, ventajosamente de 1°-2°. Por lo tanto, las cargas sometidas a los cojinetes pueden establecerse en niveles adecuados simultaneamente con un funcionamiento suave y sin vibraciones. El funcionamiento sin vibraciones, a su vez, es esencial para que el engranaje funcione silenciosamente. Esto es importante particularmente en plantas de energfa eolica en lo que respecta a la vida util de los engranajes y la reduccion del ruido ambiental.

Comparado con el engranaje planetario con un solo lado de la tecnica anterior, las dos bridas en el portador hacen mas ngida a la construccion, lo que posibilita una entidad que se controla mejor en lo que respecta al resto de la construccion. En otras palabras, el arbol se puede soportar mejor a un portador con dos bridas que a uno con una sola brida con lo que las cargas sometidas al portador son menores y la tension puede controlarse de una mejor manera que en una construccion con una sola brida. Ademas, las tensiones se distribuyen de forma mas homogenea entre los cojinetes. En general las dos bridas posibilitan una distribucion de la tension mas ventajosa que una construccion con una sola brida.

El engranaje planetario 100 de acuerdo con la invencion mostrado en la Figura 1 puede utilizarse en un engranaje planetario de dos etapas de una planta de energfa eolica como el primer engranaje planetario. Un engranaje

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planetario de una sola etapa tambien puede conectarse directamente a un generador. Un conjunto de aspas se sujeta al arbol de entrada 46. Un conducto hueco 48 a traves del cual se entregan comandos de control al conjunto de aspas se situa en el centro del arbol de entrada 46 y la rueda solar 12 para ajustar los angulos de las aspas del conjunto de aspas, por ejemplo. Por otro lado, los engranajes planetarios pueden combinarse de muchas otras formas, tambien, para lograr una relacion de engranaje deseada para el engranaje. Un engranaje planetario se refiere en este punto a un engranaje planetario de una sola etapa tal que pueda combinarse segun se desee durante el montaje de los engranajes planetarios.

En el engranaje planetario 100 de acuerdo con la invencion mostrado en la Figura 1, el anillo interior 34 del cojinete 32 y el arbol 20 de la rueda planetaria 18 se sujetan entre sf con un ajuste con apriete 64. Un pasador de bloqueo 44 a traves del cual puede ser llevado aceite lubricante al cojinete 32 se coloca entre el arbol 20 de la rueda planetaria 18 y el cojinete 32. El cojinete puede ser un cojinete estandar. El material del portador es habitualmente hierro fundido. Las otras partes, a su vez, por ejemplo los arboles, bridas, engranajes interiores, rueda solar y ruedas planetarias, habitualmente son de acero de construccion.

En el engranaje planetario 100 mostrado en la Figura 1, una primera construccion 40 que permite flexion se incluye en las inmediaciones del primer extremo 19 del arbol 20 de la rueda planetaria 18, y una segunda construccion 41 que permite flexion se incluye en las inmediaciones del segundo extremo 21, para adaptar dinamicamente la geometna de malla. Esta construccion es particularmente util cuando las ruedas planetarias son cuatro o mas en numero. Mas precisamente, el numero de ruedas planetarias es 4-12, ventajosamente 4-7. En este caso, incluso pequenos errores de tolerancia provocan una diferente carga entre las ruedas planetarias. Cuando se utiliza un arbol de acuerdo con la invencion con las construcciones 40, 41 que permiten flexion en asociacion con cuatro o mas ruedas planetarias, se acentua el beneficio, ya que tres ruedas planetarias corrigen ligeramente los errores de tolerancia que existen en las mismas.

En el engranaje planetario 100 de acuerdo con la invencion mostrado en la Figura 1, el canal interior 26 de la rueda planetaria 18 se forma directamente como el anillo exterior 38 del cojinete. En lo que respecta a esta invencion, la rueda planetaria es ngida en inflexible como tal. Esta realizacion es ventajosa ya que la construccion puede hacerse mas resistente cuando el canal interior 26 es directamente el anillo exterior 38. Ademas, cuando solo hay un componente a fabricar en vez de dos, se reducen los errores de tolerancia. En general, puede afirmarse que cuando el canal interior es directamente el anillo exterior, una construccion mas resistente y con mayor capacidad de transmision de potencia, comparada con una construccion separada, puede equiparse en el mismo espacio.

Tambien se puede contemplar fabricar un caso especial en el que el anillo interior del cojinete es el arbol (no mostrado). Esta realizacion posibilita reducir en numero de componentes a fabricar. Sin embargo, en lo que respecta al conjunto, esta realizacion tiene algunos retos espedficos.

El engranaje planetario de acuerdo con la invencion mostrado en la Figura 1 esta disenado de tal forma que la potencia nominal mayor transmitida a traves del engranaje planetario es 1-15, ventajosamente 3-10 megavatios. La mejor ventaja de la invencion se logra cuando la potencia a transmitirse esta por encima de 250 kW, ventajosamente 500-1500 kW por rueda planetaria. Entonces el arbol de la rueda planetaria se desvfa de manera medible con una gran carga. La desviacion (y junto con la deformacion de esfuerzo cortante) esta en una clase del 1 %. Cuando potencias de salida tan altas se transmiten a traves de este engranaje planetario, una flexion extraordinaria tiene lugar en el portador. Por lo tanto, aparece elasticidad en la construccion aunque esta disenada considerablemente ngida como tal. El portador puede rebajarse en comparacion con lo conocido. Ademas, a medida que la clase del tamano del engranaje planetario es tan alta, se logra una ventaja significativa del aumento del numero de ruedas planetarias, ya que el numero de ruedas planetarias permite transmitir la misma potencia de salida de antes a traves de un engranaje planetario que es mas pequeno que antes. Como se ha mencionado anteriormente, cuando se aumenta el numero de ruedas planetarias de tres, se pierde algo de la tolerancia para los errores dimensionales de la construccion. La reduccion del tamano de un engranaje planetario se basa en dos cosas, como se ha descrito anteriormente. En primer lugar, cuando al portador se le permite flexion, el portador puede rebajarse. En segundo lugar, cuando el arbol compensa los errores de tolerancia, el numero de ruedas planetarias puede aumentarse.

La Figura 2 muestra un arbol 20 de acuerdo con la invencion para una rueda planetaria 18 sujeta en ambos de sus extremos a un portador 22, mas precisamente a las bridas 24 y 25. El arbol 20 de la rueda planetaria 18 incluye un area central 60 (longitud h), un primer extremo de sujecion 62 (longitud f), un segundo extremo de sujecion 63 (longitud g) e intervalos de flexion a y b en ambos lados del area central 60. Los intervalos de flexion a y b tienen redondeos 57, 58 que son tan suaves como el dimensionamiento estructural permita dejando sin embargo una longitud de deformacion suficiente en el intervalo de flexion a. El area central 60 soporta cojinetes 32, que son dos en este punto. Un anillo separador 50 se coloca entre los anillos interiores 34 de los cojinetes. El arbol 20 de la rueda planetaria 18 se soporta a la primera brida 24 en el primer extremo de sujecion 62 y a la segunda brida 25 en el segundo extremo de sujecion 63.

El intervalo de flexion a esta entre el primer extremo de sujecion 62 y el area central 60 para permitir deformaciones del arbol 20. En otras palabras, las deformaciones del arbol tienen lugar principalmente dentro de este intervalo de flexion a. Cuando la flexion tiene lugar fuera del area central, se puede minimizar la tension dirigida al cojinete.

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La Figura 2 muestra un engranaje planetario de acuerdo con la invencion en el que la rigidez EI1 del intervalo de flexion a es menor del 60 %, ventajosamente menor del 50 % de la rigidez EI2 del area central 60. A medida que la rigidez EI cambia, el modulo de elasticidad habitualmente permanece igual y el momento de inercia I cambia. La rigidez del intervalo de flexion quiere decir la rigidez media del intervalo de flexion. Correspondientemente, la rigidez del area central significa que la rigidez media del area central. Los perfiles en el arbol en el intervalo de flexion y el area central crean diferentes momentos de inercia y adicionalmente diferente rigideces parar el intervalo de flexion y el area central.

El segundo intervalo de flexion b se situa entre el segundo extremo de sujecion 63 y el area central 60. El primer intervalo de flexion a y el segundo intervalo de flexion b funcionan juntos formando un arbol que permite errores dimensionales y deformaciones mientras se disenan. La rigidez del segundo intervalo de flexion es menor del 75 %, ventajosamente menor del 60 % de la rigidez del area central. La rigidez del segundo intervalo de flexion es ventajosamente mayor que la rigidez del primer intervalo de flexion. En la aplicacion de la Figura 2, la longitud del primer intervalo de flexion es 1,1-2, ventajosamente 1,6 veces el segundo intervalo de flexion b. Esta construccion es ventajosa de utilizar ya que ambos intervalos de flexion compensar los errores dimensionales. Sin embargo, la torsion que se produce entre las bridas del portador se compensa particularmente mediante el intervalo de flexion a. Por esta razon, el intervalo de flexion a es mas largo que el intervalo de flexion b. Ambos intervalos de flexion, por lo tanto, permiten la correccion de errores de tolerancia. El primer intervalo de flexion compensa la desviacion entre las bridas del portador mientras que sea mas largo que el segundo intervalo de flexion.

En la Figura 2, un chaflan 56 se ha realizado en el intervalo de flexion a en la primera brida 24 del portador 22 posibilitando la flexion del arbol sin que el arbol toque el portador en el intervalo de flexion.

La Figura 2 ilustra el dimensionamiento de un arbol de la rueda planetaria. El area central 60 del arbol 20 tiene una longitud h. El conjunto del cojinete 32 tiene un ancho H. Ademas, la longitud h del area central 60 es el 85-100 %, ventajosamente el 90-99 % del ancho H del cojinete 32. Por lo tanto, ambos cojinetes 36 se soportan firmemente por sus superficies interiores con el arbol 20. La longitud h del area central 60 es de 300-900 mm, ventajosamente de 400-700 mm.

El primer extremo de sujecion 62 tiene una longitud de soporte f y la primera brida 24 tiene un grosor F. La longitud de soporte f del primer extremo de sujecion 62 es el 50-90 %, ventajosamente el 60-80 % del grosor F de la primera brida 24 en una construccion compacta. El grosor F de la primera brida 24 es la distancia entre el extremo 19 del arbol y el cojinete 32. A su vez, el segundo extremo de sujecion 63 del arbol tiene una longitud de soporte g y la segunda brida 25 tiene un grosor G. Ademas, la longitud de soporte g del segundo extremo de sujecion 63 es el 7595 %, ventajosamente el 75-85 % del grosor G de la segunda brida 25. El grosor G de la segunda brida 25 es la distancia entre el otro extremo 21 del arbol y el cojinete 32.

En la entidad formada por el arbol 20 y el portador 22 en la Figura 2, la longitud de soporte g del segundo extremo de sujecion 63 cubre la mayor parte del grosor G de la segunda brida 25 de forma similar que la longitud de soporte f del primer extremo de sujecion 62 cubre la mayor parte del grosor F de la primera brida 24. Por lo tanto, el arbol se mantiene fuertemente unido a las bridas 24 y 25 por medio de ajustes con apriete.

El primer extremo 19 del arbol 20 de la rueda planetaria 18 incluye un orificio de flexion 66 para aumentar la flexion del primer extremo del arbol. En este punto debena entenderse ampliamente que el orificio comprende diferentes tipos de aberturas. Un agujero axial 66 se extiende desde el extremo al area central. A su vez, el diametro d del orificio de flexion 66 es 30-70 mm.

Con estas dimensiones el orificio de flexion se diferencia claramente de los agujeros que tienen un diametro considerablemente mas pequeno. Un orificio disenado para suministrar un lubricante no tiene un efecto similar en la rigidez del arbol que un orificio de flexion. En cuanto a la longitud, a su vez, los orificios lubricantes se extienden a lo largo del arbol. Un lubricante puede llevarse a traves de los orificios lubricantes pero los orificios de flexion se incluyen ventajosamente.

En la Figura 2 la profundidad e del orificio de flexion 66 es el 80-150 %, ventajosamente el 100-130 % del grosor F de la primera brida 24. Por lo tanto, se puede hacer que la flexion tenga lugar como se desea en el primer intervalo de flexion a. Por otro lado, la profundidad e del orificio de flexion 66 es el 100-300 %, ventajosamente el 105-200 % de la longitud de soporte f del primer extremo de sujecion 62.

El diametro D del arbol 20 es 100-240 mm, ventajosamente 130-200 mm. El diametro D1 del primer extremo es en este punto el 67 % (ventajosamente el 55-75 %) del diametro D de la parte central 60. El diametro d del orificio de flexion 66, a su vez, es el 20-50 %, ventajosamente el 30-40 % del arbol diametro D. Por lo tanto, el orificio de flexion tiene un efecto significativo sobre la flexion del arbol. Un orificio de flexion tiene una importancia particular ya que suma la deformacion de esfuerzo cortante y la desviacion provocada por la misma. La flexibilidad del portador determina de forma natural la flexion requerida en cada arbol. La Figura 3 muestra un arbol elastico 20 de acuerdo con la invencion de una rueda planetaria, en un estado de carga. Por lo tanto, las fuerzas que actuan sobre el arbol elastico hacen que se doble. El eje central geometrico 54 del arbol 20 se ha desviado. Entonces el eje central 52 del

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cojinete 32 es divergente del eje central 54 del arbol 20 en los extremos 19, 21 del arbol 20. La condicion mostrada en la Figura se ha exagerado para mostrar en principio operativo del arbol. Cuando el arbol compensa la flexion entre las bridas del portador, el cojinete permanece sustancialmente en la misma posicion que en un estado de descarga en el que la flexion del portador no se ha producido. La condicion mostrada en la Figura es solo una condicion de carga en la que el arbol se desvfa en ambos extremos debido a errores de tolerancia y adicionalmente en su primer extremo para compensar la torsion de las bridas del portador relativa entre sr

La Figura 4 muestra un portador 22 utilizado en un engranaje planetario de acuerdo con la invencion con la primera brida 24 y la segunda brida 25 del mismo habiendose girado relativas entre sf. Ademas de corregir errores de tolerancia, la invencion posibilita compensar desalineamientos provocados por el portador torsion. Los cuellos 42 entre las bridas 24, 25 tambien se han girado. La torsion de las bridas 24, 25 y los cuellos 42 han provocado la distorsion de las bridas 24, 25. La torsion y distorsion mostrada en la Figura se han exagerado para que la Figura pudiera mostrar mejor como la construccion elastica de un arbol de acuerdo con la invencion corrige los efectos de torsion y distorsion. Los arboles centrales 52 de los anillos interiores 34 del cojinete son paralelos con el eje central 16 del portador 22 y al mismo tiempo de la rueda solar. El eje central 52 de los anillos interiores 34 es teorico y en practica el arbol 20 en el estado descargado (Figura 2) corresponde al mismo. Los anillos interiores 34 de los cojinetes estan, por lo tanto, todavfa en el estado cargado sustancialmente paralelos con el eje central 16 del portador y adicionalmente de la rueda solar de la misma manera que en el estado descargado.

Aunque el arbol se desvfa en las inmediaciones de los extremos (lmea central 54), el punto central del arbol forma el eje central 52 para los anillos interiores 34 de los cojinetes y al mismo tiempo para las ruedas planetarias 18 (Figura 5). El eje central 52 de los anillos interiores 34 del cojinete es sustancialmente paralelo con el eje central 16 del portador 22 incluso en el estado cargado. Por lo tanto, la distorsion del arbol debido a la torsion del portador no provoca desalineamientos extraordinarios en las ruedas planetarias. El arbol 20 de la rueda planetaria (Figura 1) tambien puede ser ligeramente inicialmente divergente del eje central 16 de la rueda solar debido a la precision de fabricacion. El arbol de acuerdo con la invencion permite el giro de los anillos interiores del cojinete y por lo tanto, de las ruedas planetarias debido al efecto de fuerzas. Como beneficio final, con el intervalo de flexion de acuerdo con la invencion, un arbol elastico logra un comportamiento de malla optimo con lo que las cargas se distribuyen mejor entre las ruedas planetarias. Ademas, las cargas se distribuyen uniformemente en cada rueda planetaria y se engranan incluso cuando se utiliza un portador novedoso que es mas ligero de peso que antes.

La Figura 5a muestra el principio del arbol 20 cuya rigidez EI1 es la misma durante toda la distancia, es decir la dimension del arbol 20. El arbol 20 esta en un estado de descarga. Cuando el arbol esta en un estado de descarga, las fuerzas no se dirigen al arbol debido a la torsion del portador o la malla de rueda planetaria.

La Figura 5b muestra el principio del arbol 20 de acuerdo con la Figura 5a en una condicion de carga. El arbol 20 se sujeta a una primera brida 24 por su primer extremo 19 y a una segunda brida 25 por su segundo extremo 21. La rigidez EI1 del arbol 20 es la misma durante toda la dimension del arbol. Como consecuencia de una distorsion Vb debido al movimiento relativo de las bridas 24 y 25, es decir la torsion del portador, el arbol se deforma. Entonces las fuerzas F-ib y F2b se transmiten al arbol desde el cojinete. Los subrndices b y c se refieren a las Figuras 5b y 5c. Un error Ab se produce en el arbol entre los puntos del cojinete o fuerzas F1b y F2b. Debido a la deformacion, aparecen problemas en el comportamiento de malla de la rueda planetaria conectada al arbol. La fuerza F1b dirigida al arbol 20 desde el cojinete es considerablemente mayor que otra fuerza F2b dirigida al arbol 20 desde el cojinete. Las fuerzas estan extraordinariamente desequilibradas.

En la Figura 5b el arbol 20 se divide en areas a', 60, y b'. En la Figura 5c, a su vez, el arbol se divide en areas a, 60, y b. Cuando se comparan las Figuras 5b y 5c, se puede observar que el area a corresponde al area a' en la direccion longitudinal del arbol y el area b corresponde al area b'. Sin embargo, el area a' no es un area de flexion real ya que la rigidez del area a' es la misma que la rigidez del area central 60.

La Figura 5c muestra el principio de una condicion de carga de un arbol 20 de acuerdo con la invencion. El arbol se divide en tres areas a, 60, y b, con rigideces EI2, EI1 y EI3, respectivamente. El arbol 20 se soporta en una primera brida 24 por su primer extremo 19 y a una segunda brida 25 por su segundo extremo 21. La rigidez EI2 del intervalo de flexion a entre la primera brida 24 y el area central 60 es menor del 60 %, ventajosamente del 50 % de la rigidez EI1 del area central 60. Por lo tanto, el area de flexion se dobla como se desea como consecuencia de la distorsion vc que se debe a la torsion de las bridas del portador. El arbol tiene un error Ac entre los puntos del cojinete, es decir se provoca un error Ac entre fuerzas F1c y F2c. En otras palabras, el error Ac se provoca en el area central 60 que se situa entre las fuerzas F1c y F2c y de forma fija se soporta al cojinete. Entonces las fuerzas F1c y F2c se transmiten al arbol desde el cojinete situado alrededor del arbol. La distorsion Ac provocada a un arbol con un intervalo de flexion es mas pequena que la distorsion Ab provocada a un arbol sin un intervalo de flexion. En otras palabras, un arbol con un intervalo de flexion no tiende a girar la rueda planetaria a una posicion equivocada tan intensivamente como un arbol sin un intervalo de flexion. La rigidez de un arbol sin un intervalo de flexion es la misma durante toda la dimension del arbol.

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Cuando se comparan las Figuras 5b y 5c, puede observarse que en ambas Figuras las bridas del portador se han movido relativas entre sf una distancia v, mas precisamente una distancia Vb en la Figura 5b y una distancia Vc en la Figura 5c. Entonces el arbol debe acomodarse a la deformacion v del portador. Cuando la rigidez EI2 del area de flexion a del arbol 20 es menor del 60 %, ventajosamente menor del 50 % de la rigidez EI1 del area central 60, el error Ac puede hacerse casi cero en un intervalo de carga amplio. En otras palabras, el error Ac es considerablemente mas pequeno que el error Ab.

Cuando la rigidez de los arboles disminuye, los arboles evitan el movimiento entre las bridas del portador en un grado menor que antes. Entonces el portador puede deformarse ligeramente mas en el caso de la Figura 5c que en el caso de la Figura 5b. En otras palabras Vc puede ser ligeramente mayor que Vb. Sin embargo, la torsion del portador aumentada no provoca problemas cuando las areas de flexion a y b en el arbol compensan la torsion del portador. Entonces, a pesar de la torsion del portador aumentada, se reduce el error entre los puntos del cojinete.

Las areas de flexion en el arbol compensan la torsion del portador de tal manera que el portador puede incluso rebajarse y el error entre los puntos del cojinete es todavfa menor que el de la construccion original.

En el arbol 20 mostrado en la Figura 5c, hay un segundo intervalo de flexion b entre el segundo extremo 21 y el area central 60. La rigidez EI3 del segundo intervalo de flexion b es menor del 75 %, ventajosamente menor del 60 % de la rigidez EI1 del area central 60. Esto posibilita adicionalmente reducir el error V en un intervalo de carga mas amplio que antes. Formar el arbol es mas simple que fabricar el arbol de nuevos materiales con diferentes modulos elasticos. Por lo tanto, el arbol se forma de tal manera que a medida que la rigidez cambia, el momento de inercia cambia mientras el modulo de elasticidad permanece igual.

En el arbol mostrado en la Figura 5c, la rigidez EI2 del primer intervalo de flexion a es menor de 0,9, ventajosamente menor de 0,7 veces la rigidez EI3 del segundo intervalo de flexion b.

Para lograr la flexion mostrada en la Figura 5c, el primer extremo de sujecion 62 del arbol de la rueda planetaria 20 incluye un orificio de flexion 66 mostrado en la Figura 4. El orificio de flexion posibilita calcular la rigidez del arbol en el area de flexion comparada con el area central. Si la rigidez se redujera correspondientemente con solo el diseno del arbol externo, el arbol deberia hacerse considerablemente mas fino en el area de flexion.

Para lograr la flexion mostrada en la Figura 5c, el primer extremo de sujecion 62 del arbol 20 tiene una longitud de soporte f y el orificio de flexion 66 tiene una profundidad e, como se muestra en la Figura 2. La profundidad del orificio de flexion 66 es el 100-300 %, ventajosamente el 105-200 % del grosor f del primer extremo de sujecion 24.

Para lograr la flexion mostrada en la Figura 5c, el primer extremo 19 del arbol 20 tiene un diametro D1, la parte central 60 tiene un diametro D, y el orificio de flexion 66 tiene un diametro d, como se muestra en la Figura 4. El diametro del orificio de flexion es el 20-50 %, ventajosamente el 30-40 % del diametro D del arbol 20. El diametro D1 del primer extremo es el 67 % (ventajosamente el 55-75 %) del diametro D de la parte central 60.

Cuando se aumenta el numero de ruedas planetarias de tres, se provoca tambien movimiento para corregir errores dimensionales. Este aspecto puede ilustrase de una manera correspondiente como la distorsion provocada por la torsion del portador, es decir el movimiento entre las bridas, se ha ilustrado en las Figuras 5b y 5c.

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REIVINDICACIONES

1. Una disposicion de un engranaje planetario donde la disposicion incluye:

- un engranaje planetario (14) que incluye al menos tres ruedas planetarias (18) teniendo cada una de las ruedas planetarias (18) un canal interior (26), un conjunto del cojinete (32) que tiene al menos un cojinete (36) que soporta el canal interior (26) de la rueda planetaria (18), y adicionalmente un arbol (20) que soporta el conjunto del cojinete (32),

- un portador (22) para el engranaje planetario (14) que incluye una primera brida (24) conectada a un arbol de entrada (46) y una segunda brida (25) en el lado opuesto, y

cada arbol (20) de la rueda planetaria (18) tiene

- un primer extremo (19) que tiene un primer extremo de sujecion (62) no adaptado rotacionalmente a dicha primera brida (24) sobre una primera longitud de soporte (f), teniendo el primer extremo de sujecion (62) un diametro D1,

- un segundo extremo (21) que tiene un segundo extremo de sujecion (63) no adaptado rotacionalmente a dicha segunda brida (25) sobre una segunda longitud de soporte (g),

- un area central (60) que tiene un diametro D sobre una longitud (h), siendo el diametro D mas grueso que el diametro D1, soportando el area central (60) el conjunto del cojinete (32),

y la disposicion incluye ademas un intervalo de flexion (a) con un primer redondeo suave (57) en las inmediaciones del primer extremo del arbol (20) y un segundo intervalo de flexion (b) con un segundo redondeo suave (58) en las inmediaciones del segundo extremo (21) del arbol (20) permitiendo flexion en cada arbol (20) para adaptar dinamicamente la geometna de malla de varias ruedas planetarias (18) a la elasticidad de una construccion, caracterizada por que el primer intervalo de flexion (a) con el primer redondeo suave (57) se forma de manera continua entre la primera longitud de soporte (f) y la longitud (h) del area central mas gruesa (60); y el segundo intervalo de flexion (b) con el segundo redondeo suave (58) se forma de manera continua entre la segunda longitud de soporte (g) y la longitud (h) del area central mas gruesa (60).
2. Una disposicion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el diametro D1 del primer extremo (19) del arbol (20) es un 55-75 % del diametro D de la parte central (60).
3. Una disposicion de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que el primer extremo (19) del arbol (20) incluye un agujero axial (66) que se extiende al area central (60) cuyo diametro (d) es un 25-60 %, ventajosamente un 35-45 % del diametro D1 del primer extremo (19) del arbol (20).
4. Una disposicion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada por que la primera brida (24) incluye un chaflan (56) en el interior que cubre sustancialmente la construccion (40) permitiendo flexion.
5. Una disposicion de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizada por que la longitud del primer intervalo de flexion (a) es al menos 1,1 veces, ventajosamente 1,6 veces el segundo intervalo de flexion (b).
6. Una disposicion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada por que la rigidez media (EI2) del intervalo de flexion (a) es menor del 60%, ventajosamente menor del 50% de la rigidez (EI1) del area central (60).
7. Una disposicion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada por que la longitud de soporte (f) del primer extremo de sujecion (62) en la primera brida (24) que lo soporta es un 50-90 %, ventajosamente un 60-80 % del grosor (F) de dicha brida (24).
8. Una disposicion de un engranaje planetario donde la disposicion incluye:

- un engranaje planetario (14) que incluye al menos tres ruedas planetarias (18) donde cada rueda planetaria (18) tiene un canal interior (26) y un arbol (20) que lo soporta y teniendo dicho arbol (20) un primer extremo de sujecion (62) y un segundo extremo de sujecion (63) para soportar el arbol (20),

- un portador planetario (22) que incluye una primera brida (24) conectada a un arbol de entrada (46) y una segunda brida (25) en el lado opuesto, y dichos extremos de sujecion de cada arbol (20) estan soportados por cojinetes en cada brida (24, 25) y cada arbol de la rueda planetaria (20) tiene

- un primer extremo (19) que tiene el primer extremo de sujecion (62) adaptado a dicho cojinete de la primera brida (24) sobre una primera longitud de soporte (f), teniendo el primer extremo de sujecion (42) un diametro D1,

- un segundo extremo (21) que tiene el segundo extremo de sujecion (63) adaptado a dicho cojinete de la segunda brida (25) sobre una segunda longitud de soporte (g),

- un area central (60) que es mas gruesa que el primer extremo de sujecion y que tiene un diametro D sobre una longitud (R), siendo el diametro D mas grueso que el diametro D1, soportando el area central (60) la rueda planetaria (18),

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y la disposicion incluye ademas un intervalo de flexion (a) con un primer redondeo suave (57) en las inmediaciones del primer extremo del arbol (20) y un segundo intervalo de flexion (b) con un segundo redondeo suave (58) en las inmediaciones del segundo extremo del arbol (20), permitiendo flexion en cada arbol (20) para adaptar dinamicamente la geometna de malla de varias ruedas planetarias (18) a la elasticidad de una construccion, caracterizada por que el primer intervalo de flexion (a) con el primer redondeo suave (57) se forma de manera continua entre la primera longitud de soporte (f) y la longitud (h) del area central mas gruesa (60); y el segundo intervalo de flexion (b) con el segundo redondeo suave (58) se forma de manera continua entre la segunda longitud de soporte (b) y la longitud (h) del area central mas gruesa (60).
9. Un engranaje planetario para aumentar la velocidad de rotacion donde el engranaje planetario incluye:

- una rueda solar (12) que tiene un eje central (16),

- una corona dentada (10) situada alrededor de la rueda solar (12), y teniendo la corona dentada (10) el mismo eje central (16) que la rueda solar (12),

- un engranaje planetario (14) que incluye al menos tres ruedas planetarias (18) con un conjunto de rueda planetaria (14) que se situa entre la rueda solar (12) y la corona dentada (10) en contacto con ambas y siendo concentrica con la rueda solar (12) y la corona dentada (10), y teniendo cada rueda planetaria (18) un canal interior (26),

- un arbol de entrada de potencia (46),

- un portador (22) de engranaje planetario (14) que incluye una primera brida (24) en el lado del arbol de entrada (46) y una segunda brida (25) en el lado opuesto,

caracterizado por que el engranaje planetario incluye una disposicion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8.
10. Un engranaje planetario de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizado por que la potencia nominal del engranaje planetario es de 1-5 MW.
11. Un engranaje planetario de acuerdo con la reivindicacion 9 o 10, caracterizado por que el momento dimensional que entra en el engranaje planetario esta en el intervalo de 2-10 millones de Nm.
12. Un engranaje planetario de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, caracterizado por que el numero de ruedas planetarias es 4-12, ventajosamente 4-7.