專利名稱：用于風(fēng)輪機的齒輪箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪機的齒輪箱。
尤其地，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪機的齒輪箱，該齒輪箱包括設(shè)置在外殼內(nèi)的環(huán)形輪單元；設(shè)計成聯(lián)接到風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子的驅(qū)動軸；和單個主軸承或一對主軸承，其支撐驅(qū)動軸，使得該驅(qū)動軸能夠在外殼中旋轉(zhuǎn)，從而環(huán)形輪單元由太陽輪、行星輪、以不旋轉(zhuǎn)方式固定到外殼的環(huán)形輪和剛性地固定到驅(qū)動軸的行星架形成。
背景技術(shù)：
用于風(fēng)輪機的齒輪箱是公知的，從而驅(qū)動軸聯(lián)接到風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)子，而齒輪單元的太陽輪驅(qū)動例如發(fā)電機。
在現(xiàn)有實施例中，齒輪箱的外殼由多個件制成，從而外殼的第一部分例如是支撐結(jié)構(gòu)的一部分，在該支撐結(jié)構(gòu)中一對主軸承直接設(shè)置在座中，而外殼的第二部分被擰到支撐結(jié)構(gòu)上，該第二部分包括實際環(huán)形輪單元。
還已知的是，將主軸承以及環(huán)形輪嵌入單獨的殼體中，然后將該單獨的外殼設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上。
這些是被稱作集成式主軸承。
在進(jìn)一步集成的情況下，僅用單個主軸承(例如對頂圓錐軸承)替換該主軸承對。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，主軸承或主軸承對吸收由于空氣動力風(fēng)力載荷以及轉(zhuǎn)子重量所引起的驅(qū)動軸上的載荷，并將這些載荷直接地或通過齒輪箱的外殼傳輸?shù)斤L(fēng)輪機的支撐結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有實施例的缺點是當(dāng)風(fēng)輪機運轉(zhuǎn)的時候，主軸承在轉(zhuǎn)子載荷的影響下經(jīng)受一定的彈性變形，這不可避免地導(dǎo)致在主軸承中一定的間隙，所述間隙將引起在環(huán)形輪單元處的對準(zhǔn)誤差，該對準(zhǔn)誤差妨礙了環(huán)形輪單元良好地工作。
這是因為，上述對準(zhǔn)誤差的原因是在齒輪的齒的齒腹之間的間隙能夠在一些情況下被限制或者能夠完全消除，或者相反地可增加。
所有缺點是獲得齒輪的不均勻載荷，并干擾了齒輪之間力的正常相互作用，這將導(dǎo)致行星輪的齒輪和軸承超載。
此外，本發(fā)明的目的在于補救上述的和其它缺點中的一個或多個。
為此，本發(fā)明涉及一種用于上述類型的風(fēng)輪機的齒輪箱，設(shè)置了輔助軸承，從而相對于外殼以旋轉(zhuǎn)方式支撐行星架或驅(qū)動軸，并且在主軸承設(shè)置于其中的外殼部分與輔助軸承和環(huán)形輪設(shè)置在其中的外殼部分之間，設(shè)置有彈性部分，該彈性部分一方面具有相對的扭轉(zhuǎn)剛度，另一方面對于沿軸向方向的載荷和/或沿徑向方向的載荷是相對柔性的。
根據(jù)本發(fā)明用于風(fēng)輪機的這種齒輪箱的優(yōu)點在于，因為外殼的彈性部分使得環(huán)形輪和輔助軸承已設(shè)置在其中的外殼的部分能夠相對于主軸承嵌入其中的外殼的部分沿軸向或徑向方向運動，所以能夠吸收或補償由于主軸承、行星架、驅(qū)動軸和/或外殼的變形，或者由于間隙而出現(xiàn)的上述對準(zhǔn)誤差。
結(jié)果是，改善了環(huán)形輪、行星架、行星輪和太陽輪之間的對準(zhǔn)，使得避免了由于不良對準(zhǔn)所引起的負(fù)面效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱的優(yōu)選實施例，環(huán)形輪、行星輪和太陽輪沿軸向方向被設(shè)置在輔助軸承和主軸承之間。
在該實施例中，輔助軸承將行星架支撐在上述對準(zhǔn)誤差較大并且相對于彈性部分較大的軸向距離的位置處。
從而，能夠較容易地克服在對準(zhǔn)誤差影響下，由彈性部分施加以反抗環(huán)形輪和輔助軸承位于其中的外殼的部分的運動的阻力。
這是因為，由于彈性部分的彈性和該彈性部分和輔助軸承之間的較大距離，僅僅通過輔助軸承上的受限制載荷就能夠消除對準(zhǔn)誤差。
如此，行星輪、環(huán)形輪和太陽輪能夠重新以有效的方式正確地對準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱的另一優(yōu)選實施例，在相對于齒輪單元的外殼支承行星架的輔助軸承上的載荷主要取決于上述彈性部分的軸向和徑向剛度。
該實施例的優(yōu)點是，例如借助于在計算機模型中的計算或通過試驗所建立所述剛度，通過設(shè)計具有合適的徑向或軸向剛度的彈性部分，就能夠限制在輔助軸承上的載荷，使得能夠保證該輔助軸承的最大使用壽命或者能夠限制輔助軸承的尺寸。
通常，應(yīng)指出的是，輔助軸承上的載荷取決于彈性部分的彈性，取決于彈性部分到輔助軸承的距離，而且取決于主軸承的彈性。
這是因為，主軸承的剛度越大，在輔助軸承處的對準(zhǔn)誤差將越小，彈性部分必須變形以便補償對準(zhǔn)誤差得越少，從而輔助軸承將經(jīng)受越少的載荷。


為了更好地說明本發(fā)明的特征，參考附圖，將根據(jù)本發(fā)明用于風(fēng)輪機的齒輪箱的優(yōu)選實施例僅僅描述成不會以任何方式限制的實例，其中圖1作為剖面圖，示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱的第一實施例，其中驅(qū)動軸通過單個主軸承支撐，該單個主軸承與在單獨外殼中的環(huán)形輪單元的其余部分結(jié)合在一起；圖2示出根據(jù)圖1的齒輪箱的工作；圖3類似于圖1，表示了根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱的實施例，轉(zhuǎn)子由直接設(shè)置在渦輪支架中的兩個主軸承支撐；圖4表示圖1和3的實施例的組合的實施例，兩個主軸承支撐轉(zhuǎn)子設(shè)置在渦輪支架中的第一主軸承和與在單獨外殼中的環(huán)形輪單元的其余部分結(jié)合在一起的第二主軸承；圖5表示用于圖1、2和4的實施例的替代性實施例，彈性部分設(shè)置在渦輪支架中；圖6表示用于圖1的實施例的替代性實施例，輔助軸承已設(shè)置成較靠近主軸承；圖7按較大比例表示圖1中由F7指示的部分；圖8表示用于圖7的所述部分的替代性實施例；圖9和10示出圖8的實施例的工作；并且圖11和12表示用于圖7的所述部分的又一實施例。
具體實施例方式
圖1中描繪的根據(jù)本發(fā)明用于風(fēng)輪機2的齒輪箱1包括設(shè)置在外殼4中的環(huán)形輪單元3(ring wheel unit)；聯(lián)接到風(fēng)輪機2的轉(zhuǎn)子6的驅(qū)動軸5；和主軸承5，該主軸承5在外殼4中以旋轉(zhuǎn)方式支撐驅(qū)動軸或轉(zhuǎn)子軸5。
環(huán)形輪單元3包括上面已設(shè)置有行星輪9的行星架8，在本例中，總共有3個行星輪9，從而這些行星輪9和太陽輪10及環(huán)形輪11一起工作，其中該環(huán)形輪11以不旋轉(zhuǎn)的方式固定至齒輪箱1的外殼4。
行星輪9能夠相對于行星架8旋轉(zhuǎn)。
為此，在給出實例中的行星架8包括第一部分12和第二部分13，所述兩個部分通過軸14而相互連接起來。
作為選擇，這種通常所說的“籠”型行星架8還能夠通過在模具中鑄造而成的單一件制成。
在這些軸14上，行星輪9通過軸承15和16而被支承安裝。
太陽輪10設(shè)置在從動軸17上，該從動軸17通過行星架8的第二部分13中的開口18而突出。
通過軸承19，從動軸17還被相對于齒輪箱1的外殼4以旋轉(zhuǎn)的方式支撐，這在附圖中示意性地描繪出，但僅僅以簡單的方式示出本發(fā)明的原理。
實踐中，當(dāng)從動軸17驅(qū)動第二行星級(step)時，常常獲得從動軸17的這種支撐，從而在外殼4中支撐所述級的行星架的軸承也設(shè)置用于從動軸17的支撐。
在其它實施例中，從動軸17驅(qū)動例如空心軸和齒輪的傳動，從而，實踐中，在外殼4中從動軸17的支撐不得又直接由軸承19提供。
當(dāng)然，可能有許多可選擇實施例。
此外，行星架8剛性地連接到轉(zhuǎn)子軸5，使得轉(zhuǎn)子軸5和行星架8一起形成齒輪單元3的實際入口。
當(dāng)然，其目的在于通過環(huán)形輪單元3，將在風(fēng)力影響下的轉(zhuǎn)子軸5或驅(qū)動軸5的相對慢的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成從動軸17的相對快的旋轉(zhuǎn)，從而以便于例如驅(qū)動發(fā)電機或在齒輪傳動中后面的級。
在給出的實施例中，齒輪箱1通過螺栓22而被設(shè)置在風(fēng)輪機2的支撐結(jié)構(gòu)21上，特別地設(shè)置在渦輪支架上，從而實現(xiàn)齒輪箱1和支撐結(jié)構(gòu)21之間的直接剛性連接。
在該情況下，轉(zhuǎn)子軸5僅僅通過單個主軸承7而被支承安裝在齒輪箱1的外殼4中。
由于外殼4和支撐結(jié)構(gòu)21及轉(zhuǎn)子軸5的結(jié)合軸承7之間的剛性連接，因此根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱1的運轉(zhuǎn)不同于齒輪箱，從而轉(zhuǎn)子軸5通過一對主軸承而被支承安裝在支撐結(jié)構(gòu)21中，并且彈簧/阻尼器系統(tǒng)已設(shè)置在齒輪箱1和支撐結(jié)構(gòu)之間。
主軸承7是這樣的，即使得在轉(zhuǎn)子軸5上由于轉(zhuǎn)子重量所引起的彎矩和力主要由該軸承7吸收，并傳遞到外殼4和支撐結(jié)構(gòu)21，從而主軸承7還設(shè)置用于驅(qū)動軸5在外殼4中的軸向和徑向定位。
本發(fā)明的第一方面在于還提供了輔助軸承22，該輔助軸承22相對于齒輪箱1的外殼4以旋轉(zhuǎn)的方式支撐行星架8。
本發(fā)明的另一方面在于在外殼4中設(shè)置了彈性部分23，其一方面具有相對的扭轉(zhuǎn)剛度，另一方面在軸向方向AA’和/或徑向方向RR’上對載荷是相對柔性的。
該彈性部分23被這樣放置，即使得在外殼4的部分24中，輔助軸承22、環(huán)形輪11以及從動軸17被設(shè)置成使得它們相對于外殼4的部分25能夠稍微運動，在該外殼4的部分25中已設(shè)置了主軸承7。
根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱1的原理較簡單，下面通過圖2示出。
齒輪箱1的主軸承7尺寸被設(shè)置大得足以吸收在轉(zhuǎn)子軸5上由轉(zhuǎn)子重量和風(fēng)載荷所引起的彎矩和力，并將所述彎矩和力傳遞到外殼4和支撐結(jié)構(gòu)21。
但是，由于作用在轉(zhuǎn)子軸5上上述力的大小，所以主軸承7、轉(zhuǎn)子軸5、行星架8和/或齒輪箱1的外殼4遭受一定程度的變形是不可避免的。
此外，一般而言，在主軸承7中還存在一定的間隙。
圖2借助于轉(zhuǎn)子軸5的角位移B以非常簡化的方式并按放大比例表示了所述變形和間隙。
當(dāng)然，實踐中的情形將復(fù)雜得多。
如果沒有設(shè)置輔助軸承22或彈性部分23(如在公知的齒輪箱中通常的那樣)，則由于上述作用，在施加載荷之后，驅(qū)動軸或轉(zhuǎn)子軸5將不再對稱地與從動軸17對準(zhǔn)，使得在驅(qū)動軸5和從動軸17之間將出現(xiàn)一定的對準(zhǔn)誤差B。
由于這種對準(zhǔn)誤差B，行星輪9將不再相對于環(huán)形輪11和太陽輪10良好地對準(zhǔn)，這將妨礙環(huán)形輪單元3良好的正常工作順序。
但是，由于根據(jù)本發(fā)明的行星架8在外殼4中由軸承22輔助地支撐，并且由于彈性部分23在外殼4中設(shè)置于上述部分24和25之間，所以外殼4的部分24將能夠相對容易地跟隨轉(zhuǎn)子軸5的運動。
圖2通過使部分24相對于外殼4的另一部分25位移一個角度B，以簡化方式再次表示齒輪箱。
顯然，以這種方式，環(huán)形輪單元3的不同齒輪9、10和11，以及驅(qū)動軸5和從動軸17相對于彼此重新良好地對準(zhǔn)，這是本發(fā)明的目的之一。
圖3至6表示用于根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)輪機的齒輪箱1的其他實施例。
圖3的替代性實施例在于轉(zhuǎn)子軸5不是僅僅由一個主軸承9支撐，而是由一對主軸承26和27支撐。
此外，所述主軸承26和27沒有被結(jié)合在齒輪箱1的單獨外殼4中(環(huán)形輪單元3也設(shè)置在其中)，而是所述主軸承26和27直接設(shè)置在風(fēng)輪機2的支撐結(jié)構(gòu)21中。
換句話說，齒輪箱1的外殼4被部分地結(jié)合在風(fēng)輪機2的支撐結(jié)構(gòu)21中。
當(dāng)然，這不會以任何方式改變齒輪箱1的工作，并且通過該實施例也能夠補償對準(zhǔn)誤差B。
圖4表示中間形式，也設(shè)置了兩個主軸承26和27，但一個主軸承26被結(jié)合在齒輪箱1的外殼4中，而另一主軸承被結(jié)合在支撐結(jié)構(gòu)21中。
再一次，用其它方式，齒輪箱1的外殼4被部分地結(jié)合在風(fēng)輪機2的支撐結(jié)構(gòu)21中。
當(dāng)然，該實施例的工作完全類似于前述實施例。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的又一變體，這次的彈性部分23沒有設(shè)置在齒輪箱1的外殼4中，而是設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)21中。
再一次，在該情況下，齒輪箱1的外殼4的一部分被結(jié)合在支撐結(jié)構(gòu)21中。
這不會改變本發(fā)明的原理，只要保證部分24能夠相對于支撐結(jié)構(gòu)21的部分25跟隨驅(qū)動軸5的運動就行，其中所述部分24由齒輪箱1的外殼4和彈性部分23和外殼4之間的支撐結(jié)構(gòu)21的部分29形成，環(huán)形輪11和輔助軸承2被保持在該外殼4中，主軸承26和27已設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)21的部分25中。
此即為所示的實施例中清楚顯示的情況。
在迄今討論的所有實施例中，環(huán)形輪11、行星輪9和太陽輪10在輔助軸承22和主軸承7、26或27之間沿軸向方向AA’放置。
但是，在圖6的實施例中，輔助軸承22已設(shè)置在環(huán)形輪單元3和支撐結(jié)構(gòu)21之間。
如果彈性部分23設(shè)置正確，則保證外殼4的部分24仍然能夠相對于外殼4的部分25運動，使得仍然保持本發(fā)明的原理，其中外殼4的部分24包含所述輔助軸承22以及齒輪單元3，主軸承7結(jié)合在外殼4的部分25中。
顯然，在圖1至5的實施例中，輔助軸承22設(shè)置在對準(zhǔn)誤差B可能是最大的地方并且是在距彈性部分23足夠的軸向距離L處。
結(jié)果，與轉(zhuǎn)子軸5的小偏離對輔助軸承22有較大影響，而且在輔助軸承22上沒有超載的任何迫切威脅的情況下，能夠容易地克服在變形或間隙B的影響下，由彈性部分23施加、以反抗外殼4的部分24或支撐結(jié)構(gòu)21的運動的阻力。
在圖6的實施例中，輔助軸承22處的偏離以及力矩臂L’小得多。
這意味著為了能夠補償相同的對準(zhǔn)誤差B，并假定在所有的實施例中，彈性部分23具有同樣大的徑向和軸向彈性，如圖1至5所示作用在輔助軸承22上的力將比在圖6中的情況下小。
輔助軸承22上的負(fù)載主要取決于彈性部分23的軸向和徑向剛度和力矩臂L或L’，但也取決于主軸承7的剛度。
但是，通過調(diào)整彈性部分23的特性，對于不同的實施例都能夠獲得期望的效果。
例如，能夠選擇根據(jù)圖6的實施例以便于安裝等。
圖7以較大比例表示彈性部分23，在該實施例中，通過給予此部分以不同于外殼4的圍繞部分24和25的尺寸，獲得彈性部件23的彈性。
特別地，彈性部分23的厚度D小于外殼4的圍繞部分24和25的厚度D’。
圖8表示用于彈性部分23的優(yōu)選的替代性實施例，其中彈性部分23設(shè)置有U形的橫截面。
如圖9所示，當(dāng)彈性部分23經(jīng)受沿軸向方向AA’的力Fax時，或如圖10所示，經(jīng)受沿徑向方向RR’的力Frad時，該彈性部分23是非常柔性的，所以該實施例是特別引起關(guān)注的。
結(jié)果，能夠容易地補償上述對準(zhǔn)誤差B。
另一方面，彈性部分23具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，使得該彈性部分23能夠沒有任何問題地吸收作用在環(huán)形輪11上的反作用彎矩。
圖11表示用于彈性部分23的又一實施例，這次該部分23通過設(shè)置具有一定造型的外殼4而形成。
這種造型通過省略外殼4的某些部分，從而獲得所需的軸向和徑向柔韌性，并且它例如在外殼4的整個周長上不需要均勻。
在用于圖12所示彈性部分23的替代性實施例中，通過使外殼4的部分23由比外殼4的圍繞部分24和25更具彈性的材料(例如合成材料等)制成來獲得彈性。
根據(jù)本發(fā)明，彈性部分23在周長上不必需均勻。
本發(fā)明決不限于作為實例描述并在附圖中表示的實施例；相反，根據(jù)本發(fā)明的用于風(fēng)輪機的齒輪箱能夠制成不同的形狀和尺寸，而仍然保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)輪機(2)的齒輪箱(1)，該齒輪箱(1)包括設(shè)置在外殼(4、21)中的環(huán)形輪單元(3)；設(shè)計成聯(lián)接到所述風(fēng)輪機(2)轉(zhuǎn)子(6)的驅(qū)動軸(5)；以及單個主軸承(7)或一對主軸承(26、27)，它們支撐所述驅(qū)動軸(5)，使得該驅(qū)動軸能夠在所述外殼(4、21)中旋轉(zhuǎn)，從而所述環(huán)形輪單元(3)由太陽輪(10)、行星輪(9)、以不旋轉(zhuǎn)方式固定到所述外殼(4、21)的環(huán)輪(11)和剛性地連接到所述驅(qū)動軸(5)的行星架(8)形成，其特征在于，設(shè)置有輔助軸承(22)，以相對于所述外殼(4、21)以旋轉(zhuǎn)方式支撐所述行星架(8)或所述驅(qū)動軸(5)，并且在所述主軸承(7)或所述主軸承(26、27)設(shè)置于其中的所述外殼(4、21)的部分(24)和所述輔助軸承(22)和所述環(huán)輪(11)設(shè)置于其中的所述外殼(4、21)的部分(25)之間，設(shè)置有彈性部分(23)，該彈性部分一方面具有相對的扭轉(zhuǎn)剛度，另一方面對于沿軸向方向(AA’)的載荷(Fax)和/或沿徑向方向(RR’)的載荷(Frad)是相對柔性的。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪箱，其特征在于，所述環(huán)形輪(11)、所述行星輪(9)和所述太陽輪(10)沿軸向方向(AA’)被設(shè)置在所述輔助軸承(22)和主軸承(7、26、27)之間。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述輔助軸承(22)上的載荷主要取決于所述彈性部分(23)的軸向和徑向剛度。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述彈性部分(23)的彈性基于這樣的事實，即所述外殼(4、21)的所述部分(23)的尺寸不同于所述外殼(4、21)的圍繞部分(24、25)的尺寸。
5.如權(quán)利要求4所述的齒輪箱，其特征在于，所述彈性部分(23)的厚度(D)小于所述外殼(4、21)的圍繞部分(24、25)的厚度(D’)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述彈性部分(23)具有造型。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述彈性部分(23)具有U形橫截面。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述彈性部分(23)由比所述外殼(4、21)的圍繞部分(24、25)更具彈性的材料形成。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的齒輪箱，其特征在于，所述齒輪箱(1)的外殼(4)被部分地結(jié)合在所述風(fēng)輪機(2)的支撐結(jié)構(gòu)(21)中。
10.如權(quán)利要求9所述的齒輪箱，其特征在于，所述主軸承(7)或所述主軸承(7、26、27)中的至少一個被結(jié)合在所述支撐結(jié)構(gòu)(21)中。
全文摘要
一種用于風(fēng)輪機(2)的齒輪箱(1)，該齒輪箱(1)包括設(shè)置在外殼(4、21)中的環(huán)形輪單元(3)；設(shè)計成聯(lián)接到所述風(fēng)輪機(2)的轉(zhuǎn)子(6)的驅(qū)動軸(5)；和單個主軸承(7)或一對主軸承(26、27)，其支撐所述驅(qū)動軸(5)，使得該驅(qū)動軸能夠在所述外殼(4、21)中旋轉(zhuǎn)，從而所述環(huán)形輪單元(3)由太陽輪(10)、行星輪(9)、以不旋轉(zhuǎn)方式固定到所述外殼(4、21)的環(huán)形輪(11)和剛性地連接到所述驅(qū)動軸(5)的行星架(8)形成，其特征在于，設(shè)置有輔助軸承(22)，以相對于所述外殼(4、21)以旋轉(zhuǎn)方式支撐所述行星架(8)或所述驅(qū)動軸(5)，并且在所述主軸承(7)或所述主軸承(26、27)設(shè)置在其中的所述外殼(4、21)的部分(24)和所述輔助軸承(22)和所述環(huán)形輪(11)設(shè)置在其中的所述外殼(4、21)的部分(25)之間，設(shè)置有彈性部分(23)，該彈性部分一方面具有相對的扭轉(zhuǎn)剛度，另一方面對于沿軸向方向(AA’)的載荷(Fax)和/或沿徑向方向(RR’)的載荷(Frad)是相對柔性的。
文檔編號F16H57/12GK101070907SQ20071010293
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者沃倫·格雷戈里·斯穆克 申請人:漢森傳動系統(tǒng)國際公司