專利名稱：將風輪機的低速主軸連接到輸入軸的方法及該連接的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將風輪機的低速主軸連接到該風輪機的傳動 齒輪箱的輸入軸的方法。
背景技術：
主軸與傳動齒輪箱的輸入軸之間的這種連接的目的是將扭矩從主 軸傳遞到傳動齒輪箱的輸入軸，該主軸連接到風輪機的轉子轂，并且 通常通過風在轉子葉片上的作用來以低速驅動。
因此，將輸入軸的緩慢旋轉在傳動齒輪箱中轉換成傳動齒輪箱的 輸出軸處的快速旋轉，該輸出軸通常驅動發(fā)電機。
根據現(xiàn)有技術狀態(tài)，許多用于將風輪機的主軸連接到傳動齒輪箱 的輸入軸的不同方法是公知的。
然而，本發(fā)明限于這種類型的連接方法，其中扭矩通過連接的傳 遞基于材料之間的摩擦的原理來實現(xiàn)。
在近來的發(fā)展中，存在一種設計具有增長尺寸的多兆瓦，例如
3MW的風輪機的趨勢。
為解決這種具有大尺寸的風輪機上的負載，在集成風輪機的不同 部件方面投入了許多努力，以便減小風輪機的重量和尺寸。
特別是，在新的設計中，整個傳動系統(tǒng)是越來越集成的類型的。與更加集成的設計結合的增長尺寸使扭矩從主軸向輸入軸的傳遞 成為問題。
實際上，風輪機的尺寸越大，要傳遞的扭矩就越高，另一方面， 集成設計的限制尺寸，特別是對用于低速主軸與齒輪箱的輸入軸之間 的連接的直徑的限制也限制了所能傳遞的最大扭矩。
特別地，這是基于摩擦原理在主軸與齒輪箱的輸入軸之間使用連 接的現(xiàn)有傳動系統(tǒng)的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于一種用于將風輪機的低速主軸連接到該風輪機 的齒輪箱的輸入軸的方法，該方法不表現(xiàn)上述和其它缺點中的一個或 多個。
為此目的，本發(fā)明涉及一種用于將風輪機的低速主軸連接到該風 輪機的傳動齒輪箱的輸入軸的方法，該方法包括在主軸上提供連接 表面以及在輸入軸上提供對應的連接表面；將摩擦增強裝置放置在所 述連接表面中的至少一個上；以及通過預張緊裝置將兩個連接表面牢 固地彼此連接，由此在連接表面上施加永久載荷。
根據本發(fā)明的這種用于連接風輪機的主軸和輸入軸的方法的重要 優(yōu)點在于摩擦增強裝置將顯著地增加連接表面之間的摩擦系數(例如 通常為0.5的摩擦系數)，從而能通過該連接傳遞多個軸之間所需的扭 矩，該連接具有落在風輪機的集成設計的限度之內的尺寸。
實際上， 一方面，風輪機變得越大，轉子葉片就越大，必須要通 過主軸與齒輪箱的輸入軸的連接傳遞的扭矩也越大。
另一方面，扭矩是距離與力的乘積，從而只能通過增加傳遞的力
5或距離，特別是轉子軸線與力的作用點之間的徑向距離來傳遞更大的 扭矩。
然而，這些設計是集成式的，沒有太多的空間可用于增加所述距 離，即連接的直徑。
由此，需要增加傳遞力。
但是，當主軸與輸入軸之間的連接基于材料之間的摩擦原理時， 所能傳遞的力也是有限的。
實際上，在基于摩擦的連接中基本涉及兩個參數，即取決于接觸 表面本身(表面的粗糙度、材料的硬度、表面的材料類型、...)的連接表 面的摩擦系數和施加在待連接部件的連接表面上的正常負載，而此正 常負載由材料強度限制。
利用公知的用于將風輪機的主軸連接到齒輪箱的輸入軸的方法， 所述連接表面的此摩擦系數總是非常小，例如通常在0.15的數量級， 為了在新近設計的尺寸的有限限度之內傳遞所需負載，此摩擦系數是 不夠的。
這意味著需要連接表面的良好的摩擦系數，這通過由本發(fā)明提出 的方法來獲得。
按照根據本發(fā)明的用于將風輪機的低速主軸連接到該風輪機的傳 動齒輪箱的輸入軸的方法的優(yōu)選實施例，所述摩擦增強裝置由墊片構 成，該墊片涂有摩擦增強粉末并置于連接表面之間。
因為在安裝期間墊片的布置是容易的，同時它還允許連接的有效 拆除，所以此方法是特別有利的。
6按照根據本發(fā)明的用于將風輪機的低速主軸連接到該風輪機的傳 動齒輪箱的輸入軸的方法的又一更加優(yōu)選的實施例，上述摩擦增強粉 末含有金剛石顆粒。
根據本發(fā)明的方法的此特定實施例具有優(yōu)點在于摩擦系數能明 顯地增加，由此所獲得的連接的質量非常好，因為金剛石顆粒很堅硬 并且在扭矩傳遞期間經過一段時間之后將不會如一些其它材料那樣容 易磨損。
而且，因為金剛石顆粒很堅硬，所以在通過預張緊裝置施加到所 述連接表面上的永久正常負載下，它們能刺入連接表面中。
本發(fā)明不僅涉及一種用于將風輪機的主軸連接到輸入軸的方法， 而且涉及通過這種方法獲得的連接。
特別地，本發(fā)明還涉及風輪機的低速主軸和所述風輪機的傳動齒 輪箱的輸入軸的連接，其中該連接包括位于低速主軸上的連接表面和 位于輸入軸上的對應的連接表面，所述連接表面通過預張緊裝置彼此 連接，由此在連接表面上施加永久載荷，并且在連接表面之間設有摩 擦增強裝置。
這種連接將在連接表面之間具有增加的摩擦系數，并因此比已知 的連接適合于更高扭矩的傳遞，這在例如更加集成類型的風輪機中是 非常有用的。


為了更好地顯示本發(fā)明的特征，在下文中，作為沒有任何限制特 性的示例，參照附圖來描述根據本發(fā)明的連接的實施例的一些優(yōu)選形 式，該連接通過根據本發(fā)明的方法獲得，其中
7圖1示意性示出了典型風輪機的側視圖，在該風輪機中集成了根
據本發(fā)明的連接，該連接通過根據本發(fā)明的方法實現(xiàn)；
圖2和圖3分別以較大的比例示出了在根據本發(fā)明的連接實現(xiàn)之
前和之后風輪機的由圖1中的F2指示的部分；以及
圖4以較大的比例示出了由圖3中的F4指示的連接部分。
具體實施例方式
圖1中所示的典型風輪機1由靜支撐結構2構成，短艙3可繞垂 直軸線旋轉地安裝在該靜支撐結構2上，這允許調節(jié)風輪機1對于風 向的位置。
具有轉子轂5和轉子葉片6的轉子4設置在短艙3中，由此轉子 轂5通過傳動齒輪箱8連接到發(fā)電機7。
如圖2和圖3中所示，分別在將轉子轂5連接在傳動齒輪箱8上 之前和之后，齒輪箱8在此情形中包含行星齒輪級。
齒輪箱8的輸入軸9安裝在行星齒輪級的行星架10上，行星架 10具有行星軸11，行星輪12通過行星軸承13可旋轉地安裝在行星軸 11上。
行星架10還通過行星架軸承15相對于齒輪箱8的機架14和風輪 機l可旋轉地安裝。
環(huán)形輪16通過螺栓或其它連接裝置固定地安裝在機架14中。
齒輪箱8的輸出軸17連接到發(fā)電機7(圖2和圖3中未示出)或例 如齒輪箱的下一級并且例如通過輸出軸軸承18可旋轉地安裝在機架14 中。
8此外，輸出軸17設有太陽輪19。
公知的是通過行星輪12 —方面與環(huán)形輪16以及另一方面與太陽 輪19的相互作用，行星架10和輸入軸9的緩慢旋轉轉換成輸出軸17 的快速旋轉。
因此，當應用于如圖1到圖3中所示的風輪機1中時，轉子葉片 6的緩慢旋轉轉換成齒輪單元8的輸出軸17處的足夠快速的旋轉，用 于執(zhí)行發(fā)電機7的合適功能。
由此，轉子轂5通過轉子軸承20可旋轉地安裝在機架14中，轉 子轂5表示風輪機1的慢速主軸5。
明顯的是需要轉子轂5或慢速主軸5與傳動齒輪箱8的輸入軸9 之間的連接以便能夠將扭矩從轉子葉片6傳遞到輸出軸17。
本發(fā)明提供一種用于連接這些部件的方法，這種方法相對于現(xiàn)有 技術狀態(tài)是增強的，因為它允許更高的扭矩傳遞，從而能將風輪機傳 動系統(tǒng)的尺寸保持在特定的限度之內。
根據本發(fā)明的方法能夠以最普遍的措辭來描述如下。
第一步在于在低速主軸5上提供連接表面21以及在齒輪箱8的輸 入軸9上提供對應的連接表面22。
在根據本發(fā)明的方法的另一步驟中，將摩擦增強裝置23放置在所 述連接表面21或22中的至少一個上。
在根據本發(fā)明的方法的又一步驟中，兩個連接表面21和22通過 預張緊裝置24彼此連接，由此在連接表面21和22上施加永久載荷。在圖2和圖3的特定情形中，連接表面21和22是相對面，分別 位于設置在低速主軸5的軸向最內側處的法蘭25上以及在朝著轉子4 的軸向側處的輸入軸9上的軸環(huán)26上。
由此，法蘭25和軸環(huán)26形成彼此的補充，法蘭25是陽部件，而 軸環(huán)26是陰部件，從而通過法蘭25和軸環(huán)26沿軸向方向AA'彼此相 向地簡單移動，陽部件能滑入陰部件中。
此外，在圖示的情形中，摩擦增強裝置23由墊片23構成，該墊 片23涂有摩擦增強粉末并置于連接表面21與22之間。
孔27穿過法蘭25設置，孔27圍繞法蘭25的周邊均勻地分布。
與這些孔27對應，在軸環(huán)26中也設有螺紋孔28。
螺栓29能穿過孔27設置，螺栓29能擰入軸環(huán)26中的螺紋孔28中。
優(yōu)選，墊片23也設有孔30，從而螺栓29也能穿過墊片23，由此 為墊片23的定位提供引導以及通過防止墊片23相對于連接表面21和 22旋轉來提供額外的保護。
螺栓29以及孔27和28形成預張緊裝置24，通過該預張緊裝置 24能獲得栓接預張緊接頭，以便將連接表面21和22連接，由此在連 接表面21和22上施加永久載荷。
根據本發(fā)明，不排除許多不同的實現(xiàn)連接表面21與22之間的預 張緊接頭的其它方式。
10例如，可使用螺母來代替螺紋孔26。而且不排除柱螺栓或任意其
它預張緊裝置24的使用。
圖3中示出了根據本發(fā)明的風輪機1的低速主軸5與風輪機1的傳動齒輪箱8的輸入軸9之間的連接31，該連接31已通過應用根據本發(fā)明的上述方法實現(xiàn)。
連接31包括低速主軸5上的連接表面21和輸入軸9上的對應的連接表面22,所述連接表面21和22通過預張緊裝置24壓在一起，由此摩擦增強裝置23設置在連接表面21與22之間。
如在圖4中更詳細示出的，摩擦增強裝置23由墊片23構成，墊片23安裝在連接表面21與22之間，墊片23設有涂層31。
在此示例中，墊片23是具有足夠大內徑的圓盤形的，以便使法蘭25的陽部件能穿過墊片23。
然而，不排除其它形狀。
按照根據本發(fā)明的連接31的優(yōu)選實施例，墊片23由金屬制成，而涂層32由涂敷到墊片23表面上的基質33,例如鎳合金構成，由此基質33保持摩擦增強粉末的顆粒34,在墊片23上提供粗糙的表面。
優(yōu)選所述摩擦增強粉末含有金剛石顆粒34。
根據本發(fā)明的連接的此實施例是特別令人感興趣的，因為金剛石顆粒34很堅硬并且在通過預張緊裝置24連接和預張緊之后，能夠刺入表面21和22。
這樣在表面21與22之間獲得非常好的摩擦系數。良好的摩擦系數與由預張緊裝置24在表面21和22上施加的充足正常負載的組合增加了傳遞沿平面VV'中的方向作用的力F的連接31的能力，該平面VV'平行于連接表面21和22，且處于所述連接表面21和22之間。
如在引言中說明的，繞風輪機1的旋轉軸線AA'的扭矩是所述平面VV'中的特定力F與力的作用線和旋轉軸線AA'之間的距離D的乘積。
由于在根據本發(fā)明的連接30中，傳遞平面VV'中的力F的能力增加，所以傳遞扭矩的能力也增加。
例如，對于根據本發(fā)明的連接31，在表面21與22之間的固定施加的正常負載下，連接將由于缺乏摩擦而失效之前，在具有特定平均直徑D的連接表面21與22之間能傳遞的繞旋轉軸線AA'的最大扭矩將遠大于沒有應用摩擦增強裝置23的已知的連接。
或者，從涉及連接的尺寸的觀點來說明，對于擬通過連接傳遞的相同最大扭矩，與沒有摩擦增強裝置23的已知連接相比，根據本發(fā)明的連接31能以連接表面21和22的更小平均直徑D進行設計。
因此，根據本發(fā)明的連接31更加適合于更集成類型的風輪機1的應用，因為在這種設計中，優(yōu)選保持連接的尺寸盡可能的小。
圖1到圖4中所示的示例不是限制性的。
例如，不排除使用根據本發(fā)明的方法，即將涂層32直接涂敷在連接表面21或22中的至少一個上，涂層32含有摩擦增強粉末34。根據本發(fā)明，也不排除使用含有除金剛石顆粒外的其它顆粒34的摩擦增強粉末。
連接表面21和22的特定形狀也能是完全不同的。
例如可能的是將分別位于主軸5和輸入軸9上的法蘭25和軸環(huán)26實施為互補形狀，法蘭25是陰部件，而軸環(huán)26是陽部件。
而且不必提供法蘭25和/或軸環(huán)26;不排除其它形狀。
本發(fā)明決不限于上文所述和附圖中所示的實施例，而是在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，這種連接31可使用根據本發(fā)明的與上述不同的方法以不同的形狀和尺寸來實現(xiàn)。
權利要求
1. 用于將風輪機(1)的低速主軸(5)連接到所述風輪機(1)的傳動齒輪箱(8)的輸入軸(9)的方法，其特征在于所述方法包括在所述主軸(5)上提供連接表面(21)并在所述輸入軸(9)上提供對應的連接表面(22)；將摩擦增強裝置(23)放置在所述連接表面(21、22)中的至少一個連接表面上；以及通過預張緊裝置(24)將兩個連接表面(21、22)牢固地彼此連接，由此在所述連接表面(21、22)上施加永久載荷。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于:所述摩擦增強裝置(23) 由墊片(23)構成，所述墊片涂有摩擦增強粉末(33)，并且所述墊片置于 所述連接表面(21、 22)之間。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于將涂層(31)直接 涂敷在所述連接表面(21、 22)中的至少一個連接表面上，所述涂層(31) 含有摩擦增強粉末(34)。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于所述摩擦增強粉 末含有金剛石顆粒(34)。
5. 根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于所述連 接表面(2K 22)通過栓接預張緊接頭彼此連接，所述栓接預張緊接頭包 括螺栓(29)和/或螺母和/或柱螺栓和/或任何預張緊裝置(24)。
6. 根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于所述低 速主軸(5)是所述風輪機(1)的轉子轂(5)。
7. 根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于所述風 輪機(1)的所述傳動齒輪箱(8)包括具有行星架(10)的行星齒輪系統(tǒng)，所 述行星架形成所述傳動齒輪箱(8)的所述輸入軸(9)。
8. 風輪機(1)的低速主軸(5)與所述風輪機(1)的傳動齒輪箱(8)的輸 入軸(9)的連接(31)，其特征在于所述連接包括位于所述低速主軸(5)上 的連接表面(21)和位于所述輸入軸(9)上的對應的連接表面(22)，所述連 接表面(21、22)通過預張緊裝置(24)壓在一起，由此在所述連接表面(21、 22)上施加永久載荷，并且在所述連接表面(21、 22)之間設有摩擦增強 裝置(23)。
9. 根據權利要求8所述的連接(31)，其特征在于所述摩擦增強裝 置(23)包括含有摩擦增強粉末(34)的涂層，所述涂層直接涂敷在所述連 接表面(21、 22)中的一個連接表面上或者涂敷在墊片(23)上，所述墊片 安裝在所述連接表面(21、 22)之間。
10.根據權利要求8或9所述的連接(31)，其特征在于所述低速 主軸(5)是所述風輪機(1)的轉子轂(5)，而所述輸入軸(9)是所述風輪機(1) 的所述傳動齒輪箱(8)中的行星系統(tǒng)的行星架(10)。
全文摘要
用于將風輪機的低速主軸連接到該風輪機的傳動齒輪箱的輸入軸的方法及該連接，該方法包括在主軸上提供連接表面以及在輸入軸上提供對應的連接表面；將摩擦增強裝置放置在所述連接表面中的至少一個上；以及將兩個連接表面牢固地彼此連接，由此在連接表面上施加永久載荷。摩擦增強裝置將顯著地增加連接表面之間的摩擦系數，從而能通過該連接傳遞多個軸之間所需的扭矩，該連接具有落在風輪機的集成設計的限度之內的尺寸。
文檔編號F03D1/00GK101476535SQ20081018950
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者巴拉尼亞諾·艾特克瑟巴里亞·哈維爾, 拉埃蒂 維姆·德, 薩恩斯·德·烏加特·帕特里克 申請人:漢森傳動系統(tǒng)國際公司;加美薩創(chuàng)新科技有限公司