CN104121337A - 自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自升式海洋平台行星结构升降齿轮箱，箱体包括端部箱体、前部箱体、中间箱体和底脚连接座，第一级减速为少齿差轮系，第二、三级减速级为行星轮系，少齿差轮系的中心轴穿越第三、二减速级、爬升齿轮轴和可调轴承座的中心管轴后，通过弹性联轴器与驱动马达输出轴对接，前一减速级的行星架与后一减速级的太阳轮轴通过花键连接，第三级的行星架与爬升齿轮轴通过花键连接；少齿差轮系采用销孔式Z-X-V结构；第二、三级行星轮系采用NGW结构；爬升齿轮轴通过轴承支撑于底脚连接座和可调轴承座之间；底脚连接座和可调轴承座分别与自升式海洋平台的支撑相连。

Description

自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱
技术领域
本发明涉及一种减速机，尤其是一种自升式海洋平台中用于平台升降的超大模数齿轮箱。
背景技术
自升式海洋平台适合近海域的石油、天然气的勘探与开采，升降***作为海洋石油钻井平台的关键部件装置，属于大型高技术海洋工程配套装备，在平台的设计制造中受到高度重视。其功能是：在平台钻井作业前，降下平台的桩腿，并将平台提升至海面上某一高度后压载，是平台的桩腿在海底牢固定位；平台完成钻井作业后，拔取桩腿，降下平台至海面，并在平台移位到另一作业地点的过程中，能在较浅的吃水位置随平台漂移；在许可的风暴载荷下，平台有足够的安全性。长期以来，美、日、欧垄断、封锁其技术及制造。
CN203239867U号中国专利文献公开了申请人2013年4月17日申请的申请号为201320194050.9，名称为“自升式海洋平台行星结构升降齿轮箱”的专利，该专利的基本结构是通过三级NGW结构的行星轮系传递动力，其传动比仅为317:1，在大型海洋平台的设计时升降速度恒定的前提下，配置的是转速相对较低的动力源，这种配置方式，往往要求动力源承受较大的输出扭矩，而动力源一直工作在大扭矩输出状态，也会影响其使用寿命。另外，该专利的齿轮箱的重心与动力源均位于底脚连接座的一侧，重力分布极不合理，安装后底脚连接座支撑力的平衡性极差，导致各连接螺栓的受力不平衡，这些技术缺陷对于远离基地，配件紧缺的大型海洋平台来说，确实是迫切需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于：针对CN203239867U号中国专利文献公开的自升式海洋平台行星结构升降齿轮箱存在的动力源承受较大的输出扭矩，长期大扭矩输出会影响使用寿命，以及齿轮箱的重心与动力源均位于底脚连接座的一侧，重力分布极不合理，安装后底脚连接座支撑力的平衡性极差，导致各连接螺栓的受力不平衡等问题，提供一种结构紧凑、传动比大，输出扭矩大、承载能力强、支撑平衡好、可靠性高的自升式海洋平台升降齿轮箱。
    本发明的技术方案是这样实现的：一种自升式海洋平台行星结构升降齿轮箱，包括箱体、三级减速级、爬升齿轮轴和可调轴承座，第二和第三级减速级为行星轮系，其特征在于：第一级减速为少齿差轮系，所述少齿差轮系的中心轴依次穿越第二第三减速级行星轮系、爬升齿轮轴和可调轴承座的中心管轴后，与驱动马达输出轴对接，前一减速级的行星架与后一减速级的太阳轮轴通过花键连接，第三级的行星架与爬升齿轮轴通过花键连接，具体结构如下：
    a)所述的箱体包括端部箱体、前部箱体、中间箱体和底脚连接座。
b)少齿差轮系的内齿圈设在端部箱体与前部箱体之间，第二级行星轮系的内齿圈设在前部箱体与中间箱体之间，第三级内齿圈设在中间箱体与底脚连接座之间。
c)少齿差轮系采用销孔式Z-X-V结构；第二级和第三级行星轮系采用NGW结构。
d)爬升齿轮轴通过一对调心滚子轴承支撑于底脚连接座和可调轴承座之间，第三级行星架的内花键与爬升齿轮轴的外花键对接；驱动马安装在与可调轴承座连接的壳体上，驱动马达的输出轴通过弹性联轴器与所述少齿差轮系的中心轴对接。
e)底脚连接座和可调轴承座分别与自升式海洋平台的支撑相连。
    在本发明的技术方案中，少齿差轮系中的行星架由左行星架和右行星架组成，少齿差轮系中心轴通过普通平键与两个偏心套定位连接，两个偏心套的圆心轴线与中心轴的轴线在一个平面上且相互平行，它们的圆心等距分布在中心轴轴心两侧，左右行星架通过轴承支撑于两偏心套前后端的中心轴上，左右行星架之间设有均匀分布的八个行星轮轴，两个大行星轮上设有与八个行星轮轴对应的驱动孔，两个大行星轮通过轴承分别安装在两偏心套上，八个行星轮轴置于两个大行星轮的对应驱动孔中。
   在本发明的技术方案中，第二级太阳轮与少齿差轮系中的行星架之间、第三级太阳轮与第二级行星架之间，以及爬升齿轮轴与第三级太阳轮之间均通过顶板结构隔离限位，爬升齿轮轴通过定距环及端盖压板实现其轴向定位。
    在本发明的技术方案中，b步骤中涉及的各内齿圈通过定位销和螺栓与对应的箱体定位连接，所述的定位销中含有拆卸内螺纹。
    在本发明的技术方案中，爬升齿轮轴与底脚连接座端面结合部设有密封组件，可调轴承座的调心滚子轴承两侧设有密封圈。
    在本发明的技术方案中，第二级和第三级行星架均为双臂整体式行星架；第二级行星架中含有三个行星轮，第三级行星架中含有四个行星轮，各行星轮都通过轴承支撑与对应的行星轮销轴上；第二级行星轮系中的太阳轮和行星架以及第三级太阳轮均为浮动结构，第三级行星架通过深沟球轴承支撑于底脚连接座及中间箱体上。
    在本发明的技术方案中，所述爬升齿轮轴的齿部模数为50mm，压力角为25°，正变位系数为+0.33，齿顶及齿根为圆角，齿轮箱的减速比为2775:1。
    在本发明的技术方案中，齿轮箱内部由含极压剂和增黏剂的润滑油进行浸油润滑，润滑油的液位高于齿轮箱轴心水平面；可调轴承座中的调心滚子轴承通过含极压剂锂基润滑脂润滑。
在本发明的技术方案中，所述的驱动马达为含制动器的液压马达，或含制动器的电动机。
本发明的优点在于：由于驱动马达与齿轮箱本体布置在安装底脚的两侧，优化了安装后的整体重力分布；由于浮动的各级太阳轮、行星架之间采用顶板结构隔离限位，爬升齿轮轴通过定距环及端盖压板实现其轴向定位，有效保证了各浮动部件的精确定位，避免工作中出现相互干扰；由于齿轮箱采用第一级少齿差轮系采用销孔式Z-X-V结构、第二至三级行星轮系采用NGW结构组合的减速机构，使齿轮箱具有较大的减速比（减速比为2775:1），可以减轻动力源输出轴的输出扭矩，动力源输出轴直接与依次穿越第二第三减速级行星轮系、爬升齿轮轴和可调轴承座的中心管轴的少齿差轮系中心轴对接；由于箱体包括端部箱体、前部箱体、中间箱体和底脚连接座，少齿差轮系的内齿圈、第二级和第三极内齿圈均作为箱体的一部分，结构非常紧凑，由于爬升齿轮轴通过一对调心滚子轴承支撑于底脚连接座和可调轴承座之间，并由定距环及端盖实现其轴向定位，安装时的调节自由度大，即能够确保爬升齿轮轴与减速齿轮箱具有较高的同心度，又能够使爬升齿轮轴的工作齿面处于最佳工作状态。 
附图说明
图1是本发明的实施例结构示意图。
    图中：1、第二级行星轮销轴，2、左行星架，3、大行星轮，4、端部箱体，5、行星轮轴，6、偏心套，7、右行星架，8、中心轴，9、顶板，10、第二级太阳轮，11顶板，12、少齿差轮系的内齿圈，13、前部箱体，14、第二级行星架，15、第三级太阳轮，16、第三级行星轮，17、第三级行星轮销轴，18、第三级行星架，19、顶板，20、壳体，21、驱动马达，22、弹性联轴器，23、可调轴承座，24、爬升齿轮轴，25、底脚连接座，26、第三级内齿圈，27、中间箱体，28、第二级内齿圈，29、第二级行星轮，30、密封圈，31、密封组件，32、定位销，33、螺栓，34、普通平键，35、定距环，36、端盖压板，37、马达输出轴。
具体实施方式
附图非限制性的公开了本发明实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
    由图1可见，本发明包括箱体、三级减速级、爬升齿轮轴和可调轴承座，第二和第三级减速级为行星轮系，其中：第一级减速为少齿差轮系，所述少齿差轮系的中心轴8依次穿越第三第二减速级行星轮系、爬升齿轮轴24和可调轴承座23的中心管轴后，与驱动马达21的马达输出轴37对接，前一减速级的行星架与后一减速级的太阳轮轴通过花键连接，第三级的行星架18与爬升齿轮轴24通过花键连接，具体结构如下：
    a)所述的箱体包括端部箱体4、前部箱体13、中间箱体27和底脚连接座25。
b)少齿差轮系的内齿圈12设在端部箱体4与前部箱体13之间，第二级内齿圈28设在前部箱体13与中间箱体27之间，第三级内齿圈26设在中间箱体27与底脚连接座25之间；各内齿圈通过定位销32和螺栓33与对应的箱体定位连接。
c)少齿差轮系采用销孔式Z-X-V结构；第二级和第三级行星轮系采用NGW结构。
d)爬升齿轮轴24通过一对调心滚子轴承支撑于底脚连接座25和可调轴承座23之间，第三级行星架18的内花键与爬升齿轮轴24的外花键对接；驱动马达21安装在与可调轴承座23连接的壳体20上，驱动马达21的马达输出轴37通过弹性联轴器22与所述少齿差轮系的中心轴8对接。
e)底脚连接座25和可调轴承座23分别与自升式海洋平台的支撑相连。
    在本实施例中，少齿差轮系中的行星架由左行星架2和右行星架7组成，少齿差轮系中心轴8通过普通平键34与两个偏心套6定位连接，两个偏心套6的圆心轴线与中心轴8的轴线在一个平面上且相互平行，它们的圆心等距分布在中心轴8的轴心两侧，左右行星架通过轴承支撑于两偏心套6前后端的中心轴8上，左右行星架之间设有均匀分布的八个行星轮轴5，两个大行星轮3上设有与八个行星轮轴5对应的驱动孔，两个大行星轮3通过轴承分别安装在两个偏心套6上，八个行星轮轴5置于两个大行星轮3的对应驱动孔中。
   在本实施例中，第二级太阳轮10与少齿差轮系中的左行星架2之间设有顶板9、第三级太阳轮15与第二级行星架14之间设有顶板11，爬升齿轮轴24与第三级太阳轮15之间设有顶板19，爬升齿轮轴24通过定距环35及端盖压板36实现其轴向定位。
    在本实施例中，爬升齿轮轴24与底脚连接座25端面结合部设有密封组件31，可调轴承座23的调心滚子轴承两侧设有密封圈30。
    在本实施例中，第二级行星架14和第三级行星架18均为双臂整体式行星架；第二级行星架14中含有三个第二级行星轮29，第三级行星架18中含有四个第三级行星轮16，它们分别通过轴承支撑与对应的第二级行星轮销轴1和第三级行星轮销轴17上；第二级太阳轮10和第二级行星架14以及第三级太阳轮15均为浮动结构，第三级行星架18通过深沟球轴承支撑于底脚连接座25及中间箱体27上。
在本实施例中，所述爬升齿轮轴24的齿部模数为50mm，压力角为25°，正变位系数为+0.33，齿顶及齿根为圆角，齿轮箱的减速比为2775:1。
具体实施时，所述的定位销中含有拆卸内螺纹。齿轮箱内部通过含极压剂和增黏剂的润滑油进行浸油润滑，润滑油的液位高于齿轮箱轴心水平面；可调轴承座23中的调心滚子轴承通过含极压剂锂基润滑脂润滑。
具体实施时，所述的驱动马达21可以采用含制动器的液压马达，也可以采用含制动器的电动机。

Claims (9)

1.一种自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，包括箱体、三级减速级、爬升齿轮轴和可调轴承座，第二和第三级减速级为行星轮系，其特征在于：第一级减速为少齿差轮系，所述少齿差轮系的中心轴依次穿越第三第二减速级行星轮系、爬升齿轮轴和可调轴承座的中心管轴后，与驱动马达输出轴对接，前一减速级的行星架与后一减速级的太阳轮轴通过花键连接，第三级的行星架与爬升齿轮轴通过花键连接，具体结构如下：
    a)所述的箱体包括端部箱体、前部箱体、中间箱体和底脚连接座；
b)少齿差轮系的内齿圈设在端部箱体与前部箱体之间，第二级行星轮系的内齿圈设在前部箱体与中间箱体之间，第三级内齿圈设在中间箱体与底脚连接座之间；
c)少齿差轮系采用销孔式Z-X-V结构；第二级和第三级行星轮系采用NGW结构；
d)爬升齿轮轴通过一对调心滚子轴承支撑于底脚连接座和可调轴承座之间，第三级行星架的内花键与爬升齿轮轴的外花键对接；驱动马达安装在与可调轴承座连接的壳体上，驱动马达的输出轴通过弹性联轴器与所述少齿差轮系的中心轴对接；
e)底脚连接座和可调轴承座分别与自升式海洋平台的支撑相连。
2.根据权利要求1所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：少齿差轮系中的行星架由左行星架和右行星架组成，少齿差轮系中心轴通过普通平键与两个偏心套定位连接，两个偏心套的圆心轴线与中心轴的轴线在一个平面上且相互平行，它们的圆心等距分布在中心轴的轴心两侧，左右行星架通过轴承支撑于两偏心套前后端的中心轴上，左右行星架之间设有均匀分布的八个行星轮轴，两个大行星轮上设有与八个行星轮轴对应的驱动孔，两个大行星轮通过轴承分别安装在两偏心套上，八个行星轮轴置于两个大行星轮的对应驱动孔中。
3.根据权利要求1所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：第二级太阳轮与少齿差轮系中的行星架之间、第三级太阳轮与第二级行星架之间，以及爬升齿轮轴与第三级太阳轮之间均通过顶板结构隔离限位，爬升齿轮轴通过定距环及端盖压板实现其轴向定位。
4.根据权利要求1所述的自升式海洋平台行星结构升降齿轮箱，其特征在于：b步骤中涉及的各内齿圈通过定位销和螺栓与对应的箱体定位连接，所述的定位销中含有拆卸内螺纹。
5.根据权利要求1所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：爬升齿轮轴与底脚连接座端面结合部设有密封组件，可调轴承座的调心滚子轴承两侧设有密封圈。
6.根据权利要求1所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：第二级和第三级行星架均为双臂整体式行星架；第二级行星架中含有三个行星轮，第三级行星架中含有四个行星轮，各行星轮都通过轴承支撑与对应的行星轮销轴上；第二级行星轮系中的太阳轮和行星架以及第三级太阳轮均为浮动结构，第三级行星架通过深沟球轴承支撑于底脚连接座及中间箱体上。
7.根据权利要求1-6之一所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于；所述爬升齿轮轴的齿部模数为50mm，压力角为25°，正变位系数为+0.33，齿顶及齿根为圆角，齿轮箱的减速比为2775:1。
8.根据权利要求7所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：齿轮箱内部由含极压剂和增黏剂的润滑油进行浸油润滑，润滑油的液位高于齿轮箱轴心水平面；可调轴承座中的调心滚子轴承通过含极压剂锂基润滑脂润滑。
9.根据权利要求7所述的自升式海洋平台少齿差行星结构升降齿轮箱，其特征在于：所述的驱动马达为含制动器的液压马达，或含制动器的电动机。
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