CN217713604U - 一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，包括主箱体、发电机外壳、主轴轴承、一级、二级、三级柔性销行星齿轮传动、第一和第二双联花键轴；主轴轴承的外圈、主箱体及发电机外壳连为一体；一级、二级和三级柔性销行星齿轮传动由前向后依次设于主箱体内，风电轮毂设于一级柔性销行星齿轮传动的前端，且风电轮毂、一级柔性销行星齿轮传动和主轴轴承的内圈连为一体；二级柔性销行星齿轮传动通过第一双联花键轴与一级柔性销行星齿轮传动连接；三级柔性销行星齿轮传动通过第二双联花键轴与二级柔性销行星齿轮传动连接。本实用新型在保证原齿轮箱尺寸及重量不变或略有增加的前提下，能够有效提高传递功率及速比，降低机组成本。

Description

一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构

技术领域

本实用新型涉及风力发电齿轮箱传动的技术领域，尤其是指一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构。

背景技术

业内习知，半直驱紧凑风电齿轮箱采用两级行星齿轮传动，总速比在20～30之间，如图1是半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构的结构简图。风力发电机工作时，叶片通过风力获得的功率与转速传递给轮毂06，轮毂06与一级行星齿轮传动的单臂行星架07连接，一级行星齿轮传动为柔性销结构，柔性销安装在单臂行星架07上。柔性销由销轴03、销套04组成，二者之间依靠过盈固定连接一起，其上装配有滚动轴承02，通过滚动轴承02与行星轮05装配为一体，内齿圈09与固定不动的箱体011连在一起，主轴轴承08的内圈与轮毂06、单臂行星架07用螺栓连接，其外圈与箱体011用螺栓连接。通过共知的传动原理，功率与转速最后被传递到一级太阳轮01上，通过花键副012再传递到二级行星齿轮传动的行星架013上，二级行星齿轮传动为传统的行星架双臂结构，014是支撑端盖，015是行星架后轴承，最终功率与转速由二级太阳轮016传递到发电机。

在上述半直驱的紧凑风电齿轮箱中，由于一级行星齿轮传动的行星轮数量较少，一般是5个行星轮，最大速比4.5，为满足齿轮强度需求，需要将齿轮宽度做加宽处理。受发电机的影响，二级行星齿轮传动的径向尺寸受到限制，为满足齿轮强度需求，同样需要将齿轮宽度做加宽处理；同时双臂式行星架结构的轴向尺寸较柔性销结构相对要大，行星轮间及齿宽的不均载系数较大，为了满足齿轮强度的要求，齿轮宽度需要进一步加宽，由此重量增重较大。同时，由于受到主轴轴承径向尺寸的限制，在同一平台上提高发电功率齿轮箱受到极大的限制。

随着快速发展的风力发电市场，发电功率越来越大，成本要求不断降低。上述半直驱紧凑风电齿轮箱也应随市场变化而优化改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，在保证原齿轮箱尺寸及重量不变或略有增加的前提下，采用三级柔性销行星齿轮传动，实现较大提高传递功率及速比，功率的提高可间接降低风电齿轮箱的成本，速比的提高可直接降低发电机的成本，为半直驱风电齿轮箱传动结构提供一种解决方案。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，包括主箱体、发电机外壳、主轴轴承、一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动、三级柔性销行星齿轮传动、第一双联花键轴、第二双联花键轴和联接件；所述主箱体设于发电机外壳的前端，所述主轴轴承设于主箱体内，且主轴轴承的外圈、主箱体及发电机外壳连为一体；所述一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动和三级柔性销行星齿轮传动由前向后依次设于主箱体内，且所述一级柔性销行星齿轮传动位于主轴轴承的内侧，风电轮毂设于一级柔性销行星齿轮传动的前端，且风电轮毂、一级柔性销行星齿轮传动的行星架和主轴轴承的内圈连为一体，通过风电轮毂将风电叶片传递过来的功率与转速传递至一级柔性销行星齿轮传动中；所述二级柔性销行星齿轮传动的内齿圈与主箱体连接，其行星架通过第一双联花键轴与一级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第一双联花键轴将扭矩及转速传递到二级柔性销行星齿轮传动中；所述三级柔性销行星齿轮传动的内齿圈与二级柔性销行星齿轮传动的内齿圈通过设于两者之间的联接件连接，所述三级柔性销行星齿轮传动的行星架通过第二双联花键轴与二级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第二双联花键轴将扭矩及转速传递到三级柔性销行星齿轮传动中，进而传递到发电机中。

进一步，所述一级柔性销行星齿轮传动包括第一行星架、第一柔性销结构、第一行星轮、第一行星轮滚动轴承、第一内齿圈和第一太阳轮，所述第一行星架的前端与风电轮毂连接，其后端沿其周向均布有多个第一柔性销结构，每个第一柔性销结构均通过过盈配合与第一行星架连接，且所述第一柔性销结构包括第一弹性销轴套和第一弹性销轴，所述第一弹性销轴套通过过盈配合安装在第一弹性销轴上，每个第一柔性销结构上通过第一行星轮滚动轴承装有一个第一行星轮，每个第一行星轮分别与第一内齿圈和第一太阳轮啮合，所述第一内齿圈与主箱体连接，所述第一太阳轮通过第一双联花键轴与二级柔性销行星齿轮传动的第二行星架连接。

进一步，所述二级柔性销行星齿轮传动包括第二行星架、第二柔性销结构、第二行星轮、第二行星轮轴承、第二内齿圈、第二太阳轮和第二轴承，所述第二行星架的前端通过第二轴承与主箱体转动连接，所述第二轴承为双列圆锥滚子轴承，用于对第二行星架进行轴向及径向定位，所述第二行星架的后端沿其周向均布有多个第二柔性销结构，每个第二柔性销结构均通过过盈配合与第二行星架连接，且所述第二柔性销结构包括第二弹性销轴套和第二弹性销轴，所述第二弹性销轴套通过过盈配合安装在第二弹性销轴上，每个第二柔性销结构上通过第二行星轮轴承装有一个第二行星轮，所述第二行星轮分别与第二内齿圈和第二太阳轮啮合，所述第二内齿圈的前端与主箱体连接，其后端与联接件连接，所述第二太阳轮通过第二双联花键轴与三级柔性销行星齿轮传动的第三行星架连接。

进一步，所述三级柔性销行星齿轮传动包括第三行星架、第三柔性销结构、第三行星轮、第三行星轮轴承、第三内齿圈、第三太阳轮和第三轴承，所述第三行星架的前端通过第三轴承与联接件转动连接，所述第三轴承为双列圆锥滚子轴承，用于对第三行星架轴向及径向定位，所述第三行星架的后端沿其周向均布有多个第三柔性销结构，每个第三柔性销结构均通过过盈配合与第三行星架连接，且所述第三柔性销结构包括第三弹性销轴套和第三弹性销轴，所述第三弹性销轴套通过过盈配合安装在第三弹性销轴上，每个第三柔性销结构上通过第三行星轮轴承装有一个第三行星轮，所述第三行星轮分别与第三内齿圈和第三太阳轮啮合，所述第三内齿圈的前端通过联接件与二级柔性销行星齿轮传动的第二内齿圈连接，所述第三太阳轮和发电机连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型在保证原齿轮箱尺寸及重量不变或略有增加的前提下，采用三级柔性销行星齿轮传动，实现较大提高传递功率及速比，功率的提高可间接降低风电齿轮箱的成本，速比的提高可直接降低发电机的成本，为半直驱风电齿轮箱传动结构提供一种解决方案。

附图说明

图1为现有的半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构的结构示意图。

图2为本实用新型的半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明,但本实用新型的使用方式不限于此。

如图2所示，本实施例所述的中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，包括主箱体1、发电机外壳2、主轴轴承、一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动、三级柔性销行星齿轮传动、第一双联花键轴7、第二双联花键轴8和联接件9；所述主箱体1设于发电机外壳2的前端，所述主轴轴承设于主箱体1内，且主轴轴承的外圈301、主箱体1及发电机外壳2连为一体，主轴轴承的外圈301上连接有风轮锁定法兰安全装置11；所述一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动和三级柔性销行星齿轮传动由前向后依次设于主箱体1内，且一级柔性销行星齿轮传动位于主轴轴承的内侧，风电轮毂10设于一级柔性销行星齿轮传动的前端，风电轮毂10、一级柔性销行星齿轮传动的行星架和主轴轴承的内圈302连为一体，通过风电轮毂10将风电叶片传递过来的功率与转速传递至一级柔性销行星齿轮传动中；所述二级柔性销行星齿轮传动与一级柔性销行星齿轮传动的连接由原来的单齿浮动改为双齿浮动，其内齿圈与主箱体1连接，其行星架通过第一双联花键轴7与一级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第一双联花键轴7将扭矩及转速传递到二级柔性销行星齿轮传动中，采用双齿浮动可以大大改善齿向的均载系数；所述三级柔性销行星齿轮传动与二级柔性销行星齿轮传动的连接采用双齿浮动，其内齿圈与二级柔性销行星齿轮传动的内齿圈通过设于两者之间的联接件9连接，其行星架通过第二双联花键轴8与二级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第二双联花键轴8将扭矩及转速传递到三级柔性销行星齿轮传动中，进而传递到发电机中，采用双齿浮动能够进一步改善齿向的均载系数。

具体的，一级柔性销行星齿轮传动包括第一行星架401、第一柔性销结构、第一行星轮404、第一行星轮滚动轴承405、第一内齿圈406和第一太阳轮407，所述第一行星架401的前端与风电轮毂10连接，其后端沿其周向均布有多个第一柔性销结构，每个第一柔性销结构均通过过盈配合与第一行星架401连接，且所述第一柔性销结构包括第一弹性销轴套402和第一弹性销轴403，所述第一弹性销轴套402通过过盈配合安装在第一弹性销轴403上，每个第一柔性销结构上通过第一行星轮滚动轴承405装有一个第一行星轮404，在一级柔性销行星齿轮传动中，第一行星轮404的数量优选10个以上，本实施例以10个第一行星轮404为例，由于功率分流数量大大增多，有效提高了传递功率的可能，同时可以减小齿轮宽度；每个第一行星轮404分别与第一内齿圈406和第一太阳轮407啮合，所述第一内齿圈406与主箱体1连接，所述第一太阳轮407通过第一双联花键轴7与二级柔性销行星齿轮传动的第二行星架501连接，由于减小了齿轮宽度，因此太阳轮的直径变大，从而可以使第一双联花键轴7的大部分位于第一太阳轮407的轮缘内，有效减小传动结构的轴向尺寸。

具体的，二级柔性销行星齿轮传动包括第二行星架501、第二柔性销结构、第二行星轮504、第二行星轮轴承505、第二内齿圈506、第二太阳轮507和第二轴承508，所述第二行星架501的前端通过第二轴承508与主箱体1转动连接，所述第二轴承508为双列圆锥滚子轴承，用于对第二行星架501进行轴向及径向定位，所述第二行星架501的后端沿其周向均布有多个第二柔性销结构，每个第二柔性销结构均通过过盈配合与第二行星架501连接，且所述第二柔性销结构包括第二弹性销轴套502和第二弹性销轴503，所述第二弹性销轴套502通过过盈配合安装在第二弹性销轴503上，每个第二柔性销结构上通过第二行星轮轴承505装有一个第二行星轮504，所述第二行星轮504分别与第二内齿圈506和第二太阳轮507啮合，所述第二内齿圈506的前端与主箱体1连接，其后端与联接件9连接，所述第二太阳轮507通过第二双联花键轴8与三级柔性销行星齿轮传动的第三行星架601连接。

通过将二级行星齿轮传动由原来的双臂式行星架结构改为柔性销结构，可以减小二级行星齿轮传动的轴向尺寸，同时由于不受发电机的影响，为进一步减小轴向尺寸的目的，可以在径向空间允许下加大其内齿圈直径，以满足齿轮强度需求。

具体的，三级柔性销行星齿轮传动包括第三行星架601、第三柔性销结构、第三行星轮604、第三行星轮轴承605、第三内齿圈606、第三太阳轮607和第三轴承608，所述第三行星架601的前端通过第三轴承608与联接件9转动连接，所述第三轴承608为双列圆锥滚子轴承，用于对第三行星架601轴向及径向定位，所述第三行星架601的后端沿其周向均布有多个第三柔性销结构，每个第三柔性销结构均通过过盈配合与第三行星架601连接，且所述第三柔性销结构包括第三弹性销轴套602和第三弹性销轴603，所述第三弹性销轴套602通过过盈配合安装在第三弹性销轴603上，每个第三柔性销结构上通过第三行星轮轴承605装有一个第三行星轮604，所述第三行星轮604分别与第三内齿圈606和第三太阳轮607啮合，所述第三内齿圈606的前端通过联接件9与二级柔性销行星齿轮传动的第二内齿圈506连接，所述第三太阳轮607和发电机连接。

本实用新型中一级柔性销行星齿轮传动扭矩大，承重较大，因此应尽量减小速比，减轻负担，如本实施例采用10个行星轮，速比为2.8；由于是中高速比设计，三级柔性销行星齿轮传动扭矩大大降低，承重小，因此可采用较大速比，如当采用最少的3个行星轮传动时，传动比可达到7左右。之所以不在三级柔性销行星齿轮传动采用较小速比，是考虑到三级柔性销行星齿轮传动的传递扭矩小于二级柔性销行星齿轮传动，对比下来，这种齿轮箱设计成本最低。最终二级柔性销行星齿轮传动的速比根据齿轮箱的总速比确定，其行星轮的数量以最大程度相适应，以期望结构紧凑、重量轻。

本实用新型在保证原齿轮箱尺寸及重量不变或略有增加的前提下，通过采用三级柔性销行星齿轮传动，有效提高传递功率及速比，同时由于全部采用柔性销结构，通过柔性销结构来进行均载每个行星轮，从而使载荷在每个行星轮之间平均分配，大大降低了齿轮传动的不均载系数，齿轮宽度可以最小化，可以大大提高传递功率，且柔性销结构比传统的双臂式行星架结构重量要轻，有效降低成本。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，其特征在于：包括主箱体(1)、发电机外壳(2)、主轴轴承、一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动、三级柔性销行星齿轮传动、第一双联花键轴(7)、第二双联花键轴(8)和联接件(9)；所述主箱体(1)设于发电机外壳(2)的前端，所述主轴轴承设于主箱体(1)内，且主轴轴承的外圈(301)、主箱体(1)及发电机外壳(2)连为一体；所述一级柔性销行星齿轮传动、二级柔性销行星齿轮传动和三级柔性销行星齿轮传动由前向后依次设于主箱体(1)内，且所述一级柔性销行星齿轮传动位于主轴轴承的内侧，风电轮毂(10)设于一级柔性销行星齿轮传动的前端，且风电轮毂(10)、一级柔性销行星齿轮传动的行星架和主轴轴承的内圈(302)连为一体，通过风电轮毂(10)将风电叶片传递过来的功率与转速传递至一级柔性销行星齿轮传动中；所述二级柔性销行星齿轮传动的内齿圈与主箱体(1)连接，其行星架通过第一双联花键轴(7)与一级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第一双联花键轴(7)将扭矩及转速传递到二级柔性销行星齿轮传动中；所述三级柔性销行星齿轮传动的内齿圈与二级柔性销行星齿轮传动的内齿圈通过设于两者之间的联接件(9)连接，所述三级柔性销行星齿轮传动的行星架通过第二双联花键轴(8)与二级柔性销行星齿轮传动的太阳轮连接，通过第二双联花键轴(8)将扭矩及转速传递到三级柔性销行星齿轮传动中，进而传递到发电机中。

2.根据权利要求1所述的一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，其特征在于：所述一级柔性销行星齿轮传动包括第一行星架(401)、第一柔性销结构、第一行星轮(404)、第一行星轮滚动轴承(405)、第一内齿圈(406)和第一太阳轮(407)，所述第一行星架(401)的前端与风电轮毂(10)连接，其后端沿其周向均布有多个第一柔性销结构，每个第一柔性销结构均通过过盈配合与第一行星架(401)连接，且所述第一柔性销结构包括第一弹性销轴套(402)和第一弹性销轴(403)，所述第一弹性销轴套(402)通过过盈配合安装在第一弹性销轴(403)上，每个第一柔性销结构上通过第一行星轮滚动轴承(405)装有一个第一行星轮(404)，每个第一行星轮(404)分别与第一内齿圈(406)和第一太阳轮(407)啮合，所述第一内齿圈(406)与主箱体(1)连接，所述第一太阳轮(407)通过第一双联花键轴(7)与二级柔性销行星齿轮传动的第二行星架(501)连接。

3.根据权利要求1所述的一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，其特征在于：所述二级柔性销行星齿轮传动包括第二行星架(501)、第二柔性销结构、第二行星轮(504)、第二行星轮轴承(505)、第二内齿圈(506)、第二太阳轮(507)和第二轴承(508)，所述第二行星架(501)的前端通过第二轴承(508)与主箱体(1)转动连接，所述第二轴承(508)为双列圆锥滚子轴承，用于对第二行星架(501)进行轴向及径向定位，所述第二行星架(501)的后端沿其周向均布有多个第二柔性销结构，每个第二柔性销结构均通过过盈配合与第二行星架(501)连接，且所述第二柔性销结构包括第二弹性销轴套(502)和第二弹性销轴(503)，所述第二弹性销轴套(502)通过过盈配合安装在第二弹性销轴(503)上，每个第二柔性销结构上通过第二行星轮轴承(505)装有一个第二行星轮(504)，所述第二行星轮(504)分别与第二内齿圈(506)和第二太阳轮(507)啮合，所述第二内齿圈(506)的前端与主箱体(1)连接，其后端与联接件(9)连接，所述第二太阳轮(507)通过第二双联花键轴(8)与三级柔性销行星齿轮传动的第三行星架(601)连接。

4.根据权利要求1所述的一种中高速比半直驱紧凑风电齿轮箱传动结构，其特征在于：所述三级柔性销行星齿轮传动包括第三行星架(601)、第三柔性销结构、第三行星轮(604)、第三行星轮轴承(605)、第三内齿圈(606)、第三太阳轮(607)和第三轴承(608)，所述第三行星架(601)的前端通过第三轴承(608)与联接件(9)转动连接，所述第三轴承(608)为双列圆锥滚子轴承，用于对第三行星架(601)轴向及径向定位，所述第三行星架(601)的后端沿其周向均布有多个第三柔性销结构，每个第三柔性销结构均通过过盈配合与第三行星架(601)连接，且所述第三柔性销结构包括第三弹性销轴套(602)和第三弹性销轴(603)，所述第三弹性销轴套(602)通过过盈配合安装在第三弹性销轴(603)上，每个第三柔性销结构上通过第三行星轮轴承(605)装有一个第三行星轮(604)，所述第三行星轮(604)分别与第三内齿圈(606)和第三太阳轮(607)啮合，所述第三内齿圈(606)的前端通过联接件(9)与二级柔性销行星齿轮传动的第二内齿圈(506)连接，所述第三太阳轮(607)和发电机连接。

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