一種風電齒輪箱柔性軸的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種風電齒輪箱柔性軸，包括輪軸和心軸，輪軸設有中心安裝腔，一個心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應設置的錐面接觸；心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。根據(jù)柔性銷軸在風電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設有錐環(huán)，使其形成近似浮動懸臂式的支撐結(jié)構，達到更好吸收載荷、減小變形量，實現(xiàn)均載的目的。利用該柔性銷軸制成的風電齒輪箱，能夠有效提高風機傳動系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風機裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
【專利說明】
一種風電齒輪箱柔性軸
技術領域
[0001]本實用新型設計風力發(fā)電機制造技術領域，尤其涉及一種用于大型風力發(fā)電機主傳動齒輪箱上的柔性軸。
【背景技術】
[0002]主傳動齒輪箱是風力發(fā)電機組重要組成部分，是整個風機傳動系統(tǒng)動力匹配和扭轉(zhuǎn)振動的反映突出部位。由于風機裝置的特殊性，要求齒輪箱在低轉(zhuǎn)速、變扭矩等復雜工作環(huán)境下具有較長的工作壽命及高可靠性，因此其在設計與制造上存在較大難度。
[0003]近年來，隨著風力發(fā)電項目的迅速發(fā)展，其對更大掃風面積、更大匹配功率齒輪箱的需求越來越迫切，但采用行星輪剛性支撐的行星系統(tǒng)，以及浮動太陽輪或行星架進行均載已經(jīng)越來越不能滿足實際需求，行星輪柔性銷軸均載技術最為一個發(fā)展趨勢，能較好的滿足這種需求。
[0004]應用柔性銷軸均載技術是目前大功率以及超大功率風電齒輪傳動裝置的一個重要發(fā)展趨勢。柔性銷軸建立在雙懸臂軸理論基礎上，由單壁行星架擴展而來。在假設行星架完全剛性的條件下，銷軸受載變形后使行星輪產(chǎn)生平移運動，一方面起到均載作用，另一方面可以保證各齒輪軸線平行，提高單位齒寬承載能力，克服跨坐式行星架由于扭轉(zhuǎn)變形而導致的齒輪軸線歪斜問題。除此之外，由于風場載荷的復雜多變，風機傳動鏈長期受沖擊載荷的作用。如果系統(tǒng)剛性過大，風力發(fā)電機的機械傳動鏈由于受瞬間沖擊載荷，可能需要承受幾倍額定載荷的沖擊。而柔性軸結(jié)構增加了系統(tǒng)的柔性，從而可避免瞬間載荷過大對系統(tǒng)的沖擊，增加系統(tǒng)的承受沖擊載荷的能力，有利于改善整個傳動鏈結(jié)構件的使用壽命。事實上，這種構想早在1967年就已出現(xiàn)，Hicks展示了一種發(fā)明專利，用一種套筒式的雙懸臂銷軸作為一種懸臂類型的行星架，并提出這種專利技術可以改善行星齒輪之間的均載情況，但Hicks沒有對這種專利進行學術上的相關分析，把這種方法僅作為一種技術嘗試應用在工業(yè)技術上，由于缺乏理論研究及當時加工水平限制，沒有顯現(xiàn)出其優(yōu)越性能。在2006年，F(xiàn)ox和JalIat擴展了Hicks的設想，他們在柔性銷軸上切出一個凹槽，進一步減少銷軸的支撐剛度，但是以增加銷軸的彎曲應力為代價;但由于后續(xù)優(yōu)化工作中幾何和原理上的合理設計，使作用在銷軸中心的彎矩為零，因此這種懸臂式銷軸可以被用在減少柔性支撐類型的行星架。但需要指出的是，在這種懸臂類型的行星架中，由于斜齒行星齒輪傳遞扭矩時產(chǎn)生軸向方向運動，所以不合適采用斜齒行星齒輪。
[0005]在實際條件下懸臂銷軸式行星架很難滿足大剛度要求，而且行星輪安裝結(jié)構本己很緊湊，柔性銷軸的結(jié)構又較復雜，在設計上存在較多制約因素，必然以犧牲一定的疲勞強度和可靠性為代價。另外，目前國內(nèi)大功率風電齒輪箱自主創(chuàng)新研發(fā)能力薄弱，缺乏自主知識產(chǎn)權的核心技術；國內(nèi)的風電齒輪箱制造企業(yè)主要依靠引進國外技術或與國外企業(yè)及國外專業(yè)風電齒輪箱設計機構開展聯(lián)合設計來開發(fā)新產(chǎn)品，以成本優(yōu)勢換取技術和海外市場。因此，國內(nèi)采用柔性銷均載技術研制更大功率風電齒輪箱還存在兩個不利條件，一是柔性銷軸只能應用在直齒輪傳動上，限制了傳動性能的進一步提高；二是對柔性銷軸技術缺乏相應研究，導致國內(nèi)風電齒輪箱制造企業(yè)要向國外先進企業(yè)負擔高額的技術轉(zhuǎn)讓費用。為此，國家發(fā)展自己的大功率風電齒輪箱柔性銷軸式均載技術日益迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術缺陷，提高風電齒輪箱的使用壽命及效率，本實用新型提出一種用于大型風力發(fā)電機主傳動齒輪箱上的柔性軸。
[0007]為此，本實用新型的技術方案為:一種風電齒輪箱柔性軸，包括輪軸，其特征在于:輪軸設有中心安裝腔，一個心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應設置的錐面接觸;心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。
[0008]有益效果:
[0009]本實用新型根據(jù)柔性軸在風電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設有錐環(huán)，使其形成近似浮動懸臂式的支撐結(jié)構，達到更好吸收載荷、減小變形量，實現(xiàn)均載的目的；利用該柔性軸制成的風電齒輪箱，能夠有效提高風機傳動系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風機裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
【附圖說明】

[00?0]圖1為本實用新型的結(jié)構不意圖；
[0011 ]圖2為本實用新型的受力情況示意圖；
[0012]圖3為本實用新型的變形情況示意圖；
[0013]圖中標號為:1、輪軸;2、心軸;3、載體;4、錐環(huán)。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0015]如圖1所示，一種風電齒輪箱柔性軸，包括輪軸I和心軸2，裝配時將心軸2從中心貫穿過輪軸I;在心軸2的伸出端套裝有錐環(huán)4，將錐環(huán)4的錐面向輪軸I的端面，錐環(huán)4的錐面與輪軸I端部相應設置的錐面接觸，使用時心軸2的伸出端用于連接載體3，從而使輪軸I與載體3連接。
[0016]如圖1所示，錐環(huán)的錐面為45-90 °的圓錐面。最優(yōu)化的，錐環(huán)的錐面為60-90 °的圓錐面。
[0017]如圖2、圖3所示，描述本實用新型的工作原理:當行星輪受載時，由于行星輪系統(tǒng)的齒輪均為直齒，行星輪支撐軸受力可等價為行星齒輪軸上齒寬中心受力f =2T / ND，其中T、Ν和D分別為行星架傳遞過來的總扭矩、行星齒輪數(shù)、行星齒輪節(jié)圓直徑;對行星齒輪軸而言，在外部載荷與心軸對其反作用力及扭矩的共同作用下保持平衡;對心軸而言，其與載體連接端的彎矩Ml= f * l/2，M2=f * (1/2*1/2) *M1，因此M1=M2，即心軸在力作用下使其中心點的彎矩為零，即可看作是以心軸中心為固定支點的兩個懸臂梁，心軸發(fā)生“S”狀變形，心軸兩端在力與彎矩的耦合作用下斜度也均為零，這意味著行星齒輪軸沒有傾斜。這個特點也確保發(fā)生任何錯位使行星輪上產(chǎn)生扭矩時，扭矩會將力調(diào)節(jié)到齒寬的中心處，從而使行星齒輪在受載工作狀態(tài)下保持水平。
[0018]本實用新型根據(jù)柔性軸在風電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設有錐環(huán)，使其形成近似浮動懸臂式的支撐結(jié)構，達到更好吸收載荷、減小變形量，實現(xiàn)均載的目的。利用該柔性軸制成的風電齒輪箱，能夠有效提高風機傳動系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風機裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
[0019]以上所述僅為本實用新型的較佳可行實施例，并非用以局限本實用新型的專利范圍，故凡運用本實用新型說明書內(nèi)容所作的等效變換，均同理包含在本實用新型的范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種風電齒輪箱柔性軸，包括輪軸，其特征在于:輪軸設有中心安裝腔，一個心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應設置的錐面接觸;心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。2.根據(jù)權利要求1所述的一種風電齒輪箱柔性軸，其特征在于:錐環(huán)的錐面為45-90°的圓錐面。
【文檔編號】F03D15/10GK205715578SQ201620602123
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】李紅麗, 梅華平, 肖淑芬, 丁濤, 李玉梅, 徐剛, 徐攀
【申請人】湖北工程學院