CN105782409A - 扭力轴装置、齿轮箱及风力发电机 - Google Patents

扭力轴装置、齿轮箱及风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种扭力轴装置，包括第一支撑座、第一齿轮、第二齿轮、空心轴及扭转轴，空心轴可转动地设置在第一支撑座上，且空心轴的第一端部和第二端部分别位于第一支撑座的两侧；第一齿轮固定设置在空心轴的第一端部上，第二齿轮套设在空心轴的第二端部；空心轴上设置有中心空腔，扭转轴的第一端通过中心空腔延伸至空心轴的第一端部，且扭转轴的第一端与空心轴的第一端部周向固定，扭转轴的第二端与第二齿轮的端面固定连接。在工作过程中，空心轴承受第一齿轮、第二齿轮施加的重力、径向力及弯矩，第一齿轮和第二齿轮之间通过扭转轴传递扭矩，即第一齿轮主要依靠扭转轴带动第二齿轮旋转。在此基础上，本发明还提出一种齿轮箱及风力发电机。

Description

扭力轴装置、齿轮箱及风力发电机
技术领域
本发明涉及齿轮传动技术，具体涉及一种扭力轴装置、齿轮箱及具有该齿轮箱的风力发电机。
背景技术
风力发电机是利用自然风力驱动的发电装置，它通常包括塔筒、叶轮及机舱，机舱位于塔筒的顶端，机舱内主要设置有齿轮箱及发电机，叶轮通过主轴与齿轮箱连接；在自然界中，风力的大小及方向变化莫测，为了保证发电过程的高效及平稳，齿轮箱将叶轮的转速增大之后传递给发电机，进而带动发电机发电。
目前，在风力发电机上，齿轮箱设置有行星齿轮系，且该行星齿轮系可采用NW型行星轮系结构；NW型行星轮系包括同轴设置的小行星齿轮和大行星齿轮；在风力发电机的齿轮箱中，四个大行星齿轮(每个大行星齿轮对应有一个转轴和一个小行星齿轮，小行星齿轮和大行星齿轮之间通过转轴传动)围绕太阳轮均匀布置，四个大行星齿轮同时给太阳轮传递扭矩；由于制造及装配误差，四个大行星齿轮之间容易出现载荷不均、偏载等问题，导致齿轮箱使用寿命降低。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种扭力轴装置，以提升齿轮箱的使用寿命。在此基础上，本发明还提出一种齿轮箱及风力发电机。
作为第一方面，本发明提出一种扭力轴装置，具体包括第一支撑座、第一齿轮、第二齿轮、空心轴及扭转轴，所述空心轴可转动地设置在所述第一支撑座上，且所述空心轴的第一端部和第二端部分别位于第一支撑座的两侧；所述第一齿轮固定设置在空心轴的第一端部上，所述第二齿轮套设在空心轴的第二端部；所述空心轴上设置有中心空腔，所述扭转轴的第一端通过中心空腔延伸至空心轴的第一端部，且所述扭转轴的第一端与空心轴的第一端部周向固定，所述扭转轴的第二端与第二齿轮的端面固定连接。
优选地，所述扭转轴的第二端上设置有连接套，所述连接套与第二齿轮的端面固定。
优选地，所述第一齿轮与空心轴集成为一体。
优选地，所述空心轴通过轴承可转动地设置在第一支撑座上。
优选地，所述扭转轴的第一端与空心轴的第一端部通过花键连接。
优选地，所述连接套与扭转轴之间通过胀紧套固定连接。
优选地，所述扭力轴装置还包括第二支撑座和连接轴，所述连接轴的一端与第二支撑座可转动连接，所述连接轴的另一端***所述中心空腔并与空心轴固定。
作为第二方面，本发明提出一种齿轮箱，具体包括上述任意一项的扭力轴装置。
作为第三方面，本发明提出一种风力发电机，具体包括塔筒、叶轮及机舱，所述机舱位于塔筒的顶端，所述机舱内设置有发电机及上述的齿轮箱。
本发明提出的扭力轴装置包括第一支撑座、第一齿轮、第二齿轮、空心轴及扭转轴，空心轴可转动地设置在第一支撑座上，且空心轴的第一端部和第二端部分别位于第一支撑座的两侧；第一齿轮固定设置在空心轴的第一端部上，第二齿轮套设在空心轴的第二端部；空心轴上设置有中心空腔，扭转轴的第一端通过中心空腔延伸至空心轴的第一端部，且扭转轴的第一端与空心轴的第一端部周向固定，扭转轴的第二端与第二齿轮的端面固定连接。在工作过程中，空心轴承受第一齿轮、第二齿轮施加的重力、径向力及弯矩，第一齿轮和第二齿轮之间通过扭转轴传递扭矩，即第一齿轮主要依靠扭转轴带动第二齿轮旋转。
与现有技术相比，由于扭转轴主要传递扭矩，不再承受重力、径向力和弯矩，其直径可以减小，进而使扭转轴的扭转变形能力更大；以风力发电机的齿轮箱为例，当四个第二齿轮围绕太阳轮布置时，即使存在一定的制造误差，由于扭转轴扭转柔性好，可以进行更大角度的扭转变形，一方面可以极大降低安装难度，另一方面安装完成后，扭转轴通过扭转变形自动补偿并均衡四个第二齿轮的载荷。因此，通过采用上述的扭力轴装置可以方便齿轮箱的制造，同时延长齿轮箱的使用寿命，最终，有利于降低风力发电机的制造难度及故障率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例提供的扭力轴装置的结构示意图。
附图标记说明：
1—第一支撑座2—第一齿轮3—第二齿轮4—空心轴
5—扭转轴6—连接套7—胀紧套8—第二支撑座9—连接轴
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明具体实施例提出了一种风力发电机，具体包括塔筒、叶轮及机舱，机舱位于塔筒的顶端，机舱内设置有发电机及齿轮箱，叶轮通过主轴与齿轮箱的输入轴相连，齿轮箱的输出轴与发电机的转轴相连；工作时，叶轮获取风力，进而带动齿轮箱内的齿轮转动，齿轮箱将叶轮传递的转速进行增速后输出给发电机，最终带动发电机发电。
齿轮箱包括输入轴、输出轴、壳体、内齿圈、太阳轮及四个扭力轴装置；如图1所示，扭力轴装置包括第一支撑座1、第二支撑座8、第一齿轮2、第二齿轮3、空心轴4、扭转轴5及连接轴9，空心轴4通过轴承可转动地设置在第一支撑座1上，且空心轴4的第一端部和第二端部分别位于第一支撑座1的两侧；第一齿轮2固定设置在空心轴4的第一端部上，第二齿轮3套设在空心轴4的第二端部；空心轴4上设置有中心空腔，扭转轴5的第一端通过中心空腔延伸至空心轴4的第一端部，且扭转轴5的第一端与空心轴4的第一端部周向固定，扭转轴5的第二端与第二齿轮3的端面固定连接；连接轴9的一端通过轴承支撑在第二支撑座8上，连接轴9的另一端***中心空腔并与空心轴4固定。
在齿轮箱上，内齿圈可转动地设置在壳体内部并与输入轴连接，第一支撑座1和第二支撑座8固定在壳体内，第一齿轮2与内齿圈啮合，第二齿轮3与太阳轮啮合，且四个第二齿轮3围绕太阳轮均匀布置，太阳轮与输出轴连接。
工作时，叶轮带动内齿圈转动，内齿圈驱使第一齿轮2转动，第一齿轮2通过扭转轴5将转速传递给第二齿轮3，第二齿轮3带动太阳轮旋转，进而驱使发电机工作。
在工作过程中，空心轴4承受第一齿轮2和第二齿轮3的重力、径向力及弯矩，扭转轴5主要传递扭矩，因此，扭转轴5的直径可以设置得更小，进而使扭转轴5的扭转变形能力更大；四个第二齿轮3围绕太阳轮布置时，即使存在一定的制造误差，由于扭转轴5扭转柔性好，可以进行更大角度的扭转变形，一方面可以极大降低安装难度，另一方面安装完成后，扭转轴5通过扭转变形自动补偿并均衡四个第二齿轮3的载荷。。
如图1所示，在本实施例中，第一齿轮2和空心轴4集成为一体，当第一齿轮2的直径较小时，通过将第一齿轮2和空心轴4设置成集成结构，既可以保证第一齿轮2的强度，又可以保证第一齿轮2与空心轴4的连接强度，还可以方便制造。当然，在其它实施例中，第一齿轮2和空心轴4可以采用分体结构，此时第一齿轮2和空心轴4可以通过键连接。
在优选的实施例中，扭转轴5通过花键与空心轴4连接，通过花键连接一方面可以方便装配，另一方面还可以保证扭转轴5和空心轴4的连接强度。
在优选的实施例中，扭转轴5的第二端上设置有连接套6和胀紧套7，连接套6与第二齿轮3的端面通过螺栓固定，连接套6通过胀紧套7与扭转轴5的第二端固定连接。通过采用连接套6和胀紧套7，可以保证扭转轴5的扭矩传递至第二齿轮3，同时防止扭转轴5的强度不会被削弱。
在上述实施例中，第一支撑座1上的轴承可以为圆柱滚子轴承，第二支撑座8上的轴承可以为调心滚子轴承，通过这种搭配，可以为空心轴4提供较好的支持，同时可以抑制空心轴4的轴向窜动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扭力轴装置，其特征在于，包括第一支撑座(1)、第一齿轮(2)、第二齿轮(3)、空心轴(4)及扭转轴(5)，所述空心轴(4)可转动地设置在所述第一支撑座(1)上，且所述空心轴(4)的第一端部和第二端部分别位于第一支撑座(1)的两侧；所述第一齿轮(2)固定设置在空心轴(4)的第一端部上，所述第二齿轮(3)套设在空心轴(4)的第二端部；所述空心轴(4)上设置有中心空腔，所述扭转轴(5)的第一端通过中心空腔延伸至空心轴(4)的第一端部，且所述扭转轴(5)的第一端与空心轴(4)的第一端部周向固定，所述扭转轴(5)的第二端与第二齿轮(3)的端面固定连接。
2.根据权利要求1所述的扭力轴装置，其特征在于，所述扭转轴(5)的第二端上设置有连接套(6)，所述连接套(6)与第二齿轮(3)的端面固定。
3.根据权利要求1所述的扭力轴装置，其特征在于，所述第一齿轮(2)与空心轴(4)集成为一体。
4.根据权利要求1所述的扭力轴装置，其特征在于，所述空心轴(4)通过轴承可转动地设置在第一支撑座(1)上。
5.根据权利要求1所述的扭力轴装置，其特征在于，所述扭转轴(5)的第一端与空心轴(4)的第一端部通过花键连接。
6.根据权利要求2所述的扭力轴装置，其特征在于，所述连接套(6)与扭转轴(5)之间通过胀紧套(7)固定连接。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的扭力轴装置，其特征在于，还包括第二支撑座(8)和连接轴(9)，所述连接轴(9)的一端与第二支撑座(8)可转动连接，所述连接轴(9)的另一端***所述中心空腔并与空心轴(4)固定。
8.一种齿轮箱，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的扭力轴装置。
9.一种风力发电机，其特征在于，包括塔筒、叶轮及机舱，所述机舱位于塔筒的顶端，所述机舱内设置有发电机及权利要求8所述的齿轮箱。
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