JP2020518770A

JP2020518770A - ノイズに関して最適化された遊星歯車段ｉ

Info

Publication number: JP2020518770A
Application number: JP2019546904A
Authority: JP
Inventors: レイマンディルク
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN110998149A; WO2018158017A1; DE102017203214A1; EP3589865A1

Abstract

本発明は、内歯車（１０３）と、太陽歯車（１１１）と、第１遊星歯車（１０５）と、第２遊星歯車（１０７）と、を備えた遊星歯車段（１０１）に関する。第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）は、前記内歯車（１０３）及び前記太陽歯車（１１１）と噛み合う。第１遊星歯車（１０５）の歯先円直径は、第２遊星歯車（１０７）の歯先円直径よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の遊星歯車段に関する。

風力発電設備の出力が高くなるにつれて、入力部に直列接続された２つの遊星歯車段と、伝動装置出力部に１つの平歯車段と、を備えた三段型伝動装置へと移行する傾向がある。特に、第２遊星歯車段は回転数がより高いために、ノイズ放出に関して重要な意味をもつ。

遊星歯車段におけるノイズを低減するために、ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２０１５００９０７０Ａ１号公報では、遊星歯車の特別な配置が推奨されている。遊星歯車は、太陽歯車の回転軸の周方向に、不規則に相互に間隔を空けて配置されている。この結果、遊星歯車の歯は、異なる時間で、単一噛合から二重噛合へと移行する。そのためにノイズ発生が低減する。

しかしながら、不規則に相互に間隔を空けた遊星歯車には張力が伴う。摩耗が増加し、極端な場合には動かなくなる。バックラッシュを大きくすることによって、限定的にのみ、この問題に対処することができる。その場合でも、負荷の分散に悪影響があるために、性能低下が予想される。

ドイツ特許出願公開ＤＥ１０２０１５００９０７０Ａ１号

本発明の課題は、従来技術から既知の解決策に内在する欠点を除去することである。特に、遊星歯車段の耐久性と性能を損なうことなく、遊星歯車段のノイズ放出を低減させることを目的とする。

この課題は、請求項１に記載の遊星歯車段によって解決される。好適な発展実施形態は、従属請求項に含まれる。

遊星歯車段は、太陽歯車と、遊星キャリアと、１つ又は複数の遊星歯車と、内歯車と、を備えた伝動装置に属するアセンブリ、と定義される。遊星歯車は、それぞれ、遊星キャリアに対して固定された回転軸を中心にして遊星キャリア上に支承されている。遊星歯車は、それぞれ、太陽歯車及び／又は内歯車と噛み合う。３つの構成要素である太陽歯車、遊星キャリア、及び内歯車のうちの２つの構成要素は、共通の中心軸を中心に回転可能に支承されている。第３構成要素は、回転不能に、好適には位置固定されて配置されている。

本発明による遊星歯車段は、内歯車及び太陽歯車に加えて、第１遊星歯車及び第２遊星歯車を備える。第１遊星歯車及び第２遊星歯車は、それぞれ、内歯車及び太陽歯車と噛み合う。

本発明によれば、第１遊星歯車の歯先円直径は、第２遊星歯車の歯先円直径よりも大きい。例えば、第１遊星歯車の歯先円直径は、第２遊星歯車の歯先円直径よりも、少なくとも０．２％大きくすることができる。好適には、第１遊星歯車の歯先円直径は、第２遊星歯車の歯先円直径よりも、少なくとも０．４％大きい。

歯先円直径は、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯の側面の境界を、外側に向かって定義する。歯面の外側境界によって、第１遊星歯車と太陽歯車、第１遊星歯車と内歯車、第２遊星歯車と太陽歯車、及び第２遊星歯車と内歯車の、歯の噛み合いの噛合経路の長さが決定される。

第１遊星歯車の歯先円直径がより大きいために、第１遊星歯車の噛合経路は、第２遊星歯車の対応する噛合経路よりも長くなる。これにより、プロファイルの噛み合い率が異なる。

プロファイルの噛み合い率は、単一噛合及び二重噛合の比率に影響する。したがって、第１遊星歯車における単一噛合対二重噛合の比率が、第２遊星歯車における対応する単一噛合対二重噛合の比率と異なるように、本発明によって達成される。

これは、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の噛合ショックの時間的相関が広がる、という結果をもたらす。これによって、調性、つまり伝動機のノイズ放出の周波数スペクトルにおける個々のピークが、低減される。結果として生じる周波数スペクトルは、ノイズに対応する。

上述のノイズ挙動に起因して、本発明による遊星歯車段は、特に、風力伝動装置における使用に適している。特に本発明による遊星歯車段は、上述の従来技術から既知の三段型風力伝動装置の、第２遊星歯車段として適している。

歯先円直径が異なることを除けば、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯の残余の歯形パラメータが一致することが好適である。そのため、好適な発展実施形態において、第１遊星歯車及び第２遊星歯車は、その基礎円直径が一致するインボリュート歯車である。

更に好適な発展実施形態において、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯数、ピッチ円直径、及び／又はプロファイル変位若しくはプロファイル変位係数は、一致する。特に、第１遊星歯車及び第２遊星歯車のモジュールは一致することが好適である。一致することが好適な、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の更なるパラメータは、それらの基準円直径、歯底円直径、ピッチ円上の歯厚、ピッチ円上のピッチ、歯幅、ピッチ円上の歯溝幅である。これに対して、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯の歯先高さは、歯先円直径が異なるために、相互に異なる。

更に好適な発展実施形態において、第１遊星歯車及び第２遊星歯車は円筒歯車である。これは、全ての歯先円、基礎円、及びピッチ円の全体が、それぞれ１つのシリンダを構成することを意味する。第１遊星歯車及び第２遊星歯車は、歯が直線又は斜めであってよい。

さらに、遊星歯車段の太陽歯車及び遊星キャリア、太陽歯車及び内歯車、又は遊星キャリア及び内歯車は、好適には、中心軸とも称される共通の回転軸を中心に回転可能に構成されている。

遊星キャリアに対して固定された第１回転軸、及び遊星キャリアに対して固定された第２回転軸は、更に好適な発展実施形態において、中心軸に対して等間隔で配置されている。第１遊星歯車は、第１回転軸を中心に回転可能に遊星キャリア上に支承されている。第２遊星歯車は、第２回転軸を中心に回転可能に遊星キャリア上に支承されている。特に、第１回転軸、第２回転軸、及び中心軸は、好適には、相互に平行して延在する。

遊星歯車段は、２つを超える遊星歯車を備えてよい。特に、遊星歯車段は、内歯車及び太陽歯車と噛み合う第３遊星歯車を更に備えて構成されてよい。第３遊星歯車の歯先円直径は、第２遊星歯車の歯先円直径よりも小さく、したがって第１遊星歯車の歯先円直径よりも小さい。第３遊星歯車の残余の歯形パラメータは、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯形パラメータと一致することが好適である。これは特に、上述の歯形パラメータに適用されるものであり、上述の歯形パラメータにおいて、第１遊星歯車及び第２遊星歯車の歯が一致する。

本発明の好適な実施形態を図１に示す。

遊星歯車段の図である。

図１に示す遊星歯車段１０１は、内歯車１０３、第１遊星歯車１０５、第２遊星歯車１０７、第３遊星歯車１０９、及び太陽歯車１１１を備える。第１遊星歯車１０５、第２遊星歯車１０７、及び第３遊星歯車１０９は、それぞれ、内歯車１０３及び太陽歯車１１１と噛み合う。

第１遊星歯車１０５の歯先円直径（ｄ_ａ１）、第２遊星歯車１０７の歯先円直径（ｄ_ａ２）、及び第３遊星歯車１０９の歯先円直径（ｄ_ａ３）に対して、以下が成り立つ。
ｄ_ａ１≠ｄ_ａ２≠ｄ_ａ３

１０１遊星歯車段
１０３内歯車
１０５第１遊星歯車
１０７第２遊星歯車
１０９第３遊星歯車
１１１太陽歯車

Claims

内歯車（１０３）と、太陽歯車（１１１）と、第１遊星歯車（１０５）と、第２遊星歯車（１０７）と、を備え、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）は、前記内歯車（１０３）及び前記太陽歯車（１１１）と噛み合う遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）の歯先円直径は、前記第２遊星歯車（１０７）の歯先円直径よりも大きいことを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）がインボリュート歯車であり、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）の基礎円直径は一致することを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１又は２に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）の歯数は一致することを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜３の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）のピッチ円直径は一致することを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜４の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）のプロファイル変位は一致することを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜５の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）及び前記第２遊星歯車（１０７）が円筒歯車であることを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜６の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
遊星キャリアを備え、
前記太陽歯車（１１１）及び前記遊星キャリア、前記太陽歯車（１１１）及び前記内歯車（１０３）、又は前記遊星キャリア及び前記内歯車（１０３）は、共通の中心軸を中心に回転可能である、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜７の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
前記第１遊星歯車（１０５）は、前記遊星キャリアに対して固定された第１回転軸を中心に回転可能に前記遊星キャリア上に支承され、
前記第２遊星歯車（１０７）は、前記遊星キャリアに対して固定された第２回転軸を中心に回転可能に前記遊星キャリア上に支承され、
前記第１回転軸と前記第２回転軸の前記中心軸に対する間隔が一致することを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。
請求項１〜８の何れか一項に記載の遊星歯車段（１０１）であって、
第３遊星歯車（１０９）を備え、
前記第３遊星歯車（１０９）は、前記内歯車（１０３）及び前記太陽歯車（１１１）と噛み合い、
前記第２遊星歯車（１０７）の歯先円直径は、前記第３遊星歯車（１０９）の歯先円直径よりも大きいことを特徴とする、遊星歯車段（１０１）。