CN102265029B - 行星齿轮系 - Google Patents

Abstract

一种行星齿轮系(10)，其包括固定齿圈(30)、可旋转的行星齿轮架(40)和太阳轮(60)，该行星齿轮架具有偶数个且至少是四个镜像对称布置的行星轮(50a，50b，50c，50d)，其特征在于，行星齿轮系(10)包括与太阳轮(60)相对设置并布置在行星齿轮(50a，50b，50c，50d)之间的两个轴承(80a，80b)，所述轴承使行星齿轮系(10)的输入元件或输出元件在行星齿轮架(40)的中间平面(M)连接到行星齿轮架(40)，轴承(80a，80b)形成假想的对称轴线，且至少两个行星齿轮(50a，50b)彼此之间的距离小于所述行星齿轮(50a，50b)中的一个行星齿轮到另一行星齿轮(50c，50d)的距离。

Description

行星齿轮系

技术领域

本发明涉及一种带有固定齿圈、具有至少两个行星齿轮的可旋转的行星齿轮架以及太阳轮的行星齿轮系。

本发明尤其涉及一种用于风力发电设备的齿轮系。

背景技术

对于风力发电设备来说构造相对紧凑和轻质单元的持续趋势导致安装于风力发电设备内的部件中，甚至是在载荷传递部件中遭受越来越大的变形。尤其在动态负荷的情况下，主要在轴承和齿轮部件中的较大变形导致产生在某些位置部分强到不被允许的局部过压，这又导致部件寿命的显著减短。对于轴承与传动齿轮，由于外部的力和力矩产生的倾斜而造成的小至10至25μm的滚动元件的滚道偏离和啮合偏差会导致部件甚至在非常短的时间后就失效的过载，并因此导致相当大的经济损失。

此外，风力发电设备由于传动齿轮不均匀地彼此啮合而具有较高的噪声等级，而这种噪声级在居住区是不期望的。

尤其对于2.5至6MW级的风力发电设备，行星齿轮系的齿圈和转子轴承具有约2.5至3.5米的外径和约350至500毫米的宽度，尤其当外部载荷作用于该部件时，较大的齿宽会产生在齿的整个宽度上均匀啮合的问题。因此，有必要使行星齿轮能够避开作用于这些行星齿轮的变形，主要是围绕垂直于行星齿轮的旋转轴线的轴线的倾斜，从而使齿轮在所有载荷状况下可最优地，即均匀地在齿宽上啮合。

由于经行星齿轮的单侧扭矩传递，行星齿轮架被扭转。这导致行星齿轮的旋转轴线移位，并因此导致齿轮啮合载荷在整个齿宽上不太均匀，因而齿轮不再能以平均分布的方式来传递力。这导致在已知的行星齿轮中部分通过齿形修正会碰到的局部过载和啮合齿的磨损。

另一种补救方式是例如从DE 103 18 945 B3已知的行星齿轮系，其中，行星轴固定地连接到行星齿轮系壁，且行星齿轮摆动地安装于行星轴上。

为了支承行星齿轮，还可使用从US 2008/0153657 A1中作为“柔性销(Flexpin)”已知的元件。

然而，尽管制造容差增大，但这种设计的行星齿轮系还伴有增加的组装耗费，这是因为每个行星齿轮必须精确地装配并检验其功能性，即行星齿轮与齿圈和太阳轮均匀啮合。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种行星齿轮系，其中，齿轮不均匀啮合的可能性和在强负荷时产生的噪声等级与现有技术中已知的行星齿轮相比减小，而行星齿轮应也能更简单地制造和安装。

根据本发明，通过具有权利要求1特征的行星齿轮系来实现该目的。附属权利要求规定本发明有利的设计方案。

本发明的基本构思是将输入元件或输出元件的扭矩在支承盘之间的的中间位置施加到行星齿轮架。如果力在行星齿轮架的支承盘之间由中间从转子传递到行星齿轮系，则可防止行星齿轮架的扭转。由此，本发明设计的行星齿轮系使行星齿轮的齿面接触区(contact pattern)均匀。

附图说明

使用关于风力发电设备的尤其较佳的示例性实施例并参见附图来详细解释本发明。附图中：

图1示出风力发电设备的机舱、塔架和转子的示意侧视图；

图2示出根据本发明的行星齿轮系的剖切立体图；

图3是图2的行星齿轮系的分解图；

图4示出根据尤其较佳的示例性实施例的本发明的行星齿轮系的俯视图；

图5示出行星齿轮架的立体图；

图6示出沿E-E线剖过图4的行星齿轮系的剖视图；以及

图7示出沿F-F线剖过图4的行星齿轮系的略微修改过的剖视图。

具体实施方式

图1示出特别紧凑设计的风力发电设备的立体图。风力发电设备100具有塔架110、设置在塔架上的头部支承件120和与其连接的发电机外壳130、齿轮外壳140和附连于齿轮外壳的毂150。头部支承件120、发电机外壳130和齿轮外壳140较佳地设计成载荷传递部件，如从WO 2008/113318 A2中已知那样。

图2以立体图示出根据本发明的安装于风力发电设备100的齿轮外壳140内并呈较佳设计的行星齿轮系，而图3以分解图示出同一示例性实施例。行星齿轮系10具有带有外座圈20a和内座圈20b的转子轴承20。在此，风力发电设备的毂150连接到内座圈20b。行星齿轮系的齿圈30牢固地连接到齿轮系外壳。四个行星齿轮50a、50b、50c、50d借助螺钉可旋转地安装于行星齿轮40，并向外与固定的齿圈30啮合且向内与太阳轮60啮合。

此外还可看到在图4的剖面中详细示出的轴承80a、80b，其在所示实施例中设计成具有矩形横截面的弹性衬套80b，以及设计成球形滑动轴承80a，轴承80a、80b的这两个元件设置在一根轴线上，位于行星齿轮架40的与太阳轮60相对的两侧，并在行星齿轮50a和50b或者行星齿轮50b和50c之间。当然，滑动轴承80a和弹性衬套80b还可彼此交替使用。

球形滑动轴承80a的特征在于，由于较大的滑动面而造成的较大的径向刚度和当由于无阻碍的可旋转性而在倾斜时产生的较低的回复力矩。使用弹性衬套80b的特征在于，微小的径向可修正性。两个轴承元件80a、80b允许整个行星齿轮架横向于它们的旋转轴线而倾斜，因此，它们毫无问题地适应于变形，而且部件不会受到较大的部件负荷或不会发生带有上述缺点的齿轮啮合的不均匀的齿面接触。

图4中引人注目的是，行星齿轮50a、50b、50c、50d虽然位于一个假想的圆上，但并不均匀分布。更确切地可看到，行星齿轮50a和50b或50c和50d之间的距离小于行星齿轮50a和50d或50c和50b之间的距离。然而，行星齿轮50a、50b和50c、50d相对于彼此镜像对称，而轴承80a、80b的元件所在的轴线是假想的对称轴线。

这种设计在行星齿轮系用于带有双叶转子的风力发电设备的传动系的情况下尤其有利。在这种情况下，内座圈20b直接连接到双叶片转子的毂，且轴承结构80a、80b与转子叶片的轴线垂直定向，由此，从转子中间引出的、作用于行星齿轮50a、50b、50c、50d的各螺钉的力对行星齿轮50a、50b、50c、50d与太阳轮60或齿圈30的啮合的影响尽可能的小，并确保有齿轮啮合。

图5示出本发明的行星齿轮系10的行星齿轮架40。行星齿轮架具有借助连接元件46、48互连的前支承盘和后支承盘42、44。现对于本发明重要的是，在所示实施例中构造两个连接元件48作为用于螺钉80的接纳件，这些连接元件使行星齿轮系的输入或输出元件与行星齿轮架连接，而力在支承盘42、44之间对中地引入接纳件。

图6示出沿E-E线剖切的图4的根据本发明的行星齿轮系10的基本上已知的结构关系。可清楚地看到由外座圈20a和内座圈20b构成的转子轴承20，而毂150牢固地连接到转子轴承20的内座圈20b。与其相邻布置的是安装在行星螺钉上的行星齿轮50和太阳轮60。

此处所示的行星齿轮系10设计成两级行星齿轮系。然而，对于本领域中的技术人员来说明显的是，除了两级行星齿轮系，还可根据本发明设计成单级或多级行星齿轮系。

根据本发明，尤其设置成，如图7的剖视图中所示，毂150连接到内座圈20b并且经连接元件70连接到行星齿轮架40。这例如借助图4中所示的球形滑动轴承80a或弹性衬套80b进行(与此不同的是，图2示出两个球形滑动轴承80)。

在此可清楚地看到，毂150作为发电机10的输入元件经由连接元件70和螺钉80在行星齿轮架40的中间平面M中连接到该行星齿轮架，因此，扭矩可尽可能均匀分布地引入行星齿轮架40。从图7中可看出，尤其是可将使连接元件70直接连接到行星齿轮架40由此将使毂150间接连接到行星齿轮架40的螺钉80的枢转头90设置在中间平面M上，即在行星齿轮架40的支承盘42、44之间的中间位置。

显然，行星齿轮架40可连接到输入元件，在所示实施例中为风力发电设备100的毂150。在其它情况下，根据本发明的行星齿轮系10也可如此设计并达成功能上的联系，即，将输出元件连接到行星齿轮架。

还显然的是，输入或输出元件可直接地或间接地借助其它结构，例如连接元件70，连接到行星齿轮架。

还明显的是，输入和输出元件可以例如通过连接元件70之类的结构装置直接或间接地连接于行星齿轮架。在此重要的是，在行星齿轮架的中间平面的对中地进行输入元件和行星齿轮架或者行星齿轮架和输出元件之间的力传递。

Claims (6)

1.一种行星齿轮系（10），所述行星齿轮系具有固定齿圈（30）、可旋转的行星齿轮架（40）和太阳轮（60），所述行星齿轮架具有偶数个且至少是四个镜像对称布置的行星齿轮（50a，50b，50c，50d），

其特征在于，

所述行星齿轮系（10）包括与所述太阳轮（60）相对设置并布置在所述行星齿轮（50a，50b，50c，50d）之间的两个轴承（80a，80b），所述轴承使所述行星齿轮系（10）的输入元件或输出元件在所述行星齿轮架（40）的中间平面（M）连接到所述行星齿轮架（40），

所述轴承（80a，80b）形成假想的对称轴线，以及

至少两个行星齿轮（50a，50b）彼此之间的距离小于所述行星齿轮（50a，50b）中的一个行星齿轮到另一行星齿轮（50c，50d）的距离。

2.如权利要求1所述的行星齿轮系（10），其特征在于，输入元件或输出元件与所述行星齿轮架（40）的连接件设计成摆动轴承。

3.如权利要求1所述的行星齿轮系（10），其特征在于，所述输入元件或输出元件借助螺钉连接到所述行星齿轮架（40）。

4.如权利要求3所述的行星齿轮系（10），其特征在于，螺钉与行星齿轮架（40）之间的连接件设计成球形滑动轴承（80a）。

5.如权利要求3所述的行星齿轮系（10），其特征在于，螺钉与行星齿轮架（40）之间的连接件设计成弹性衬套（80b）。

6.一种具有双叶片转子和如前述权利要求中任一项所述的行星齿轮系（10）的风力发电设备，所述双叶片转子的毂连接到所述行星齿轮架（40），且由所述轴承（80a、80b）形成的对称轴线与所述转子叶片的轴线垂直定向。

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