CN218235877U - 风机主轴连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风机主轴连接结构，包括：齿轮箱输入轴，包括第一着力面和第一连接配合面；主轴，包括第二着力面和第二连接配合面，其中第一连接配合面和第二连接配合面过盈配合；以及轴向预紧拉力结构，被配置为从第一着力面穿过齿轮箱输入轴并穿过第二着力面。

Description

风机主轴连接结构

技术领域

本实用新型涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种风机主轴连接结构。

背景技术

风力发电机无需人员操作亦可长期运行的发电装置的优势愈发凸显。风力发电机的主轴是一个重要部件，其作用是将风轮的扭矩传递给齿轮箱。风电齿轮箱的行星架与主轴一般通过锁紧盘或法兰进行连接，以便将主轴的扭矩传递给行星架。例如通过锁紧盘内外环的锁紧，将抱紧力逐步施加到齿轮箱行星架与主轴的接触面，实现传递扭矩。当外载较大时，有时需重新设计内环、外环参数来实现大载荷的传递。

目前，风力发电机组的风电主轴1与传动轴、风电齿轮箱2的连接的传动采用两种方式，图1是现有技术中主轴、行星架和锁紧盘装配的截面结构示意图，如图1所示的风电主轴的连接是用锁紧盘采用内环3、外环4 进行套接，通过无键连接的方式对风电主轴进行锁紧，由锁紧螺栓5进行固定。主轴和行星架的连接需要通过锁紧盘螺栓产生轴向力，以将锁紧盘内外环拉紧，形成锥面正压力，作用于锁紧盘内环与行星架，行星架轴套受到来自于锁紧盘的正压力后变形，并将力释放给主轴，以实现抱紧主轴达到传递扭矩的目的。

具体的，外环4的内孔制有阶梯和内圆锥面，阶梯上均布螺纹孔；内环3的外圆制有法兰和外圆锥面，法兰上制有与外环阶梯上的螺纹孔相对应的数量相等的穿螺丝通孔；内环的法兰和外圆锥面与外环的阶梯和内圆锥面配合组装在一起；内环3与外环4的配合面为锥面，在锁紧螺栓5预紧力作用下，内环3与外环4的锥面之间产生接触压力，该压力会传递到行星架2与主轴1之间，从而实现将主轴1的扭矩传递到行星架2的目的。

上述主轴1、行星架2和锁紧盘装配的装配结构中，由于锁紧盘的内环3与行星架2之间为间隙配合，而且锁紧盘的内环3具有一定刚度，都会使最终传递到主轴1和行星架2之间的压力减小，从而降低主轴1与行星架2之间传递扭矩的能力。因此，现有技术还有待于改进和发展。

另外风力发电机组安装时，通过锁紧盘套接在轴套上，并将主轴***轴套内孔中，紧固螺栓将锁紧盘锁紧；加工的坯料巨大，浪费材料，安装复杂，由于吊装的重量大，吊装与连接的操作相互配合难度大，安装的精度难于控制；

另外一种结构是不用锁紧盘，如图2(a)～(b)所示：利用法兰连接即风机主轴1与风机齿轮箱2的输出轴各连接一个大法兰，通过两个法兰用螺栓3连接起来传动的结构形式，由于风机主轴和大法兰的重量大，增加了平衡吊装和对接操作的难度，鉴于上述原因，现提出一种风电主轴锁紧盘的内环大法兰组合式对接装置。

该连接方案，在锁紧盘内外环形成正压力后，通过行星架间接到主轴。对正压力产生了二次衰减。为了实现更大的传扭能力，锁紧盘规格、螺栓规格和数量布置都需要满足一定设计要求：当前设计方案需要螺栓数量足够、增加锁紧盘规格以保证正压力；

随着传递扭矩需求的增加，在一定分度圆直径上能布置的螺栓的数量达到上限后，且锁紧盘直径宽度达到上限时，进一步提高传扭能力能力就会受限。

随着齿轮箱扭矩密度增加，传扭能力的可靠性越来越低且不能通过传统方案较低成本解决。原因包括：1)在固定的空间内，锁紧盘无法满足传扭能力；2)在固定的分度圆直径下螺栓数量增加空间有限；3)增加低速空间会增加较多成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风机主轴连接结构，以解决现有的风电齿轮箱行星架与主轴的连接不能满足负载需求的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种风机主轴连接结构，包括：

齿轮箱输入轴，包括第一着力面和第一连接配合面；

主轴，包括第二着力面和第二连接配合面，其中第一连接配合面和第二连接配合面过盈配合；以及

轴向预紧拉力结构，被配置为从第一着力面穿过齿轮箱输入轴并穿过第二着力面。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，轴向预紧拉力结构为提供轴向拉紧力的锁紧螺栓，以使得第一着力面和第二着力面尽量靠近。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，所述齿轮箱输入轴包括：

第一空心圆柱段，被配置为位于齿轮箱输入轴与主轴连接的一端；以及

环状柱段，被配置为以同心轴的方式围绕在第一空心圆柱段的外表面。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，所述第一空心圆柱段的外侧面为第一连接配合面；其中所述第一空心圆柱段的外侧面为锥面，第一空心圆柱段的外径由环状柱段处向端面逐渐减小，第一空心圆柱段的内径保持不变。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，所述环状柱段背离主轴的柱端面为第一着力面。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，所述齿轮箱输入轴还包括：

阶梯状柱段，被配置为外侧面具有多级阶梯状台面。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，所述主轴包括：

第二空心圆柱段，被配置为位于主轴与齿轮箱输入轴连接的一端；以及

不规则柱段，被配置为外侧面和内侧面具有多个锥面、阶梯状柱面、圆弧面拼接而成。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，

所述第二着力面位于第二空心圆柱段的顶端，第二空心圆柱段的顶端正对环状柱段的柱端面；

第二空心圆柱段的内侧面为第二连接配合面，所述第二空心圆柱段的内侧面为锥面，第二空心圆柱段的内径由顶端向末端逐渐减小，第二空心圆柱段的外径保持不变；

所述环状柱段正对主轴的柱端面至第一空心圆柱段的端面的距离大于第二空心圆柱段的长度。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，还包括：

内环衬套，被配置为与第一空心圆柱段的内径过盈配合；

其中内环衬套的中心还具有减重孔。

可选的，在所述的风机主轴连接结构中，

第一空心圆柱段的外轴向切线与第一空心圆柱段的内轴向切线具有 0～20°的夹角；

第二空心圆柱段的外轴向切线与第二空心圆柱段的内轴向切线具有 0～20°的夹角。

目前，风力发电机组的风电主轴1与传动轴、风电齿轮箱2的连接的传动采用两种方式，图1是现有技术中主轴、行星架和锁紧盘装配的截面结构示意图，如图1所示的风电主轴的连接是用锁紧盘采用内环3、外环4 进行套接，通过无键连接的方式对风电主轴进行锁紧，由锁紧螺栓5进行固定。主轴和行星架的连接需要通过锁紧盘螺栓产生轴向力，以将锁紧盘内外环拉紧，形成锥面正压力，作用于锁紧盘内环与行星架，行星架轴套受到来自于锁紧盘的正压力后变形，并将力释放给主轴，以实现抱紧主轴达到传递扭矩的目的。

具体的，外环4的内孔制有阶梯和内圆锥面，阶梯上均布螺纹孔；内环3的外圆制有法兰和外圆锥面，法兰上制有与外环阶梯上的螺纹孔相对应的数量相等的穿螺丝通孔；内环的法兰和外圆锥面与外环的阶梯和内圆锥面配合组装在一起；内环3与外环4的配合面为锥面，在锁紧螺栓5预紧力作用下，内环3与外环4的锥面之间产生接触压力，该压力会传递到行星架2与主轴1之间，从而实现将主轴1的扭矩传递到行星架2的目的。

上述主轴1、行星架2和锁紧盘装配的装配结构中，由于锁紧盘的内环3与行星架2之间为间隙配合，而且锁紧盘的内环3具有一定刚度，都会使最终传递到主轴1和行星架2之间的压力减小，从而降低主轴1与行星架2之间传递扭矩的能力。因此，现有技术还有待于改进和发展。

另外风力发电机组安装时，通过锁紧盘套接在轴套上，并将主轴***轴套内孔中，紧固螺栓将锁紧盘锁紧；加工的坯料巨大，浪费材料，安装复杂，由于吊装的重量大，吊装与连接的操作相互配合难度大，安装的精度难于控制；

另外一种结构是不用锁紧盘，如图2(a)～(b)所示：利用法兰连接即风机主轴1与风机齿轮箱2的输出轴各连接一个大法兰，通过两个法兰用螺栓3连接起来传动的结构形式，由于风机主轴和大法兰的重量大，增加了平衡吊装和对接操作的难度，鉴于上述原因，现提出一种风电主轴锁紧盘的内环大法兰组合式对接装置。

该连接方案，在锁紧盘内外环形成正压力后，通过行星架间接到主轴。对正压力产生了二次衰减。为了实现更大的传扭能力，锁紧盘规格、螺栓规格和数量布置都需要满足一定设计要求：当前设计方案需要螺栓数量足够、增加锁紧盘规格以保证正压力；

随着传递扭矩需求的增加，在一定分度圆直径上能布置的螺栓的数量达到上限后，且锁紧盘直径宽度达到上限时，进一步提高传扭能力能力就会受限。

随着齿轮箱扭矩密度增加，传扭能力的可靠性越来越低且不能通过传统方案较低成本解决。原因包括：1)在固定的空间内，锁紧盘无法满足传扭能力；2)在固定的分度圆直径下螺栓数量增加空间有限；3)增加低速空间会增加较多成本。

基于以上洞察，本实用新型提供了一种风机主轴连接结构，通过把传统的低速锁紧盘连接方案改为主轴与行星架直接锥面配合，巧妙的利用主轴与齿轮箱各自互为支撑，接触两者的锥面实现传扭。齿轮箱输入轴(行星架)为锥面内环，主轴为锥面外环。通过螺栓将主轴与行星架锥面拉平，在锥面配合作用下，产生正压力，抑制主轴与齿轮箱之间的打滑。本实用新型有如下优点：

减少一个锁紧盘部件，通过主轴与齿轮箱输入轴两者各自的锥过盈实现传扭，降低成本。

该设计方案效果好，设计变更小，工艺简单，成本低。

径向变形会产生自预紧效果，进一步保护轴向窜动量。

附图说明

图1是现有的风机主轴连接结构锁紧盘连接示意图；

图2(a)是现有的风机主轴连接结构内法兰连接示意图；

图2(b)是现有的风机主轴连接结构外法兰连接示意图；

图3是本实用新型一实施例风机主轴连接结构示意图；

图4是本实用新型一实施例风机主轴连接结构的主轴示意图；

图5是本实用新型一实施例风机主轴连接结构的齿轮箱输入轴示意图；

图中所示：11-主轴；12-齿轮箱输入轴；13-锁紧螺栓；14-第一连接配合面/第二连接配合面；15-内环衬套。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的风机主轴连接结构作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

另外，除非另行说明，本实用新型的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本实用新型的目的在于提供一种风机主轴连接结构，以解决现有的风电齿轮箱行星架与主轴的连接不能满足负载需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种风机主轴连接结构，包括：齿轮箱输入轴，包括第一着力面和第一连接配合面；主轴，包括第二着力面和第二连接配合面，其中第一连接配合面和第二连接配合面过盈配合；以及轴向预紧拉力结构，被配置为从第一着力面穿过齿轮箱输入轴并穿过第二着力面。

图3提供了本实用新型的第一个实施例，其示出了风机主轴连接结构的剖面图。所述风机主轴连接结构包括：主轴11，被配置为包括第二着力面18和第二连接配合面14；齿轮箱输入轴12，被配置为包括第一着力面 17和第一连接配合面14，其中第一连接配合面14和第二连接配合面14过盈配合；以及轴向预紧拉力结构13，被配置为由第一着力面17穿过齿轮箱输入轴12后，穿过第二着力面18。

本实用新型采用锥形面的配合方式，把传统的低速锁紧盘连接方案改为主轴与行星架直接锥面配合，优点：减少一个锁紧盘部件，通过主轴与齿轮箱两者各自的锥过盈实现传扭，降低成本。

连接结构通过锁紧螺栓使主轴与行星架之间的锥面配合产生轴向位移以及径向过盈量，从而在过盈面产生巨大径向压力和摩擦阻力以传递扭矩。锁紧螺栓位于主轴内孔，采用了适用于从齿轮箱进行安装维护的传动链结构。

锥过盈配合面内环位于齿轮箱行星架上；锥过盈配合面外环位于低速主轴侧；锁紧螺栓从叶轮侧预紧；所需轴向预紧拉力较低，螺栓数量少；配合面中径受制于主轴轴承内径。

具体的，在所述的风机主轴连接结构中，轴向预紧拉力结构为提供轴向拉紧力的锁紧螺栓13，以使得第一着力面17和第二着力面18尽量靠近。该实施例适用于风动低速主轴与齿轮箱的连接方案，在螺栓数量足够，低速轴和齿轮箱直接过盈连接，互为支撑，实现传扭。

进一步的，在所述的风机主轴连接结构中，如图5所示，所述齿轮箱输入轴12包括：第一空心圆柱段23，被配置为位于齿轮箱输入轴与主轴连接的一端；以及环状柱段16，被配置为以同心轴的方式围绕在第一空心圆柱段23的外表面。所述第一空心圆柱段23的外侧面为第一连接配合面 14；其中所述第一空心圆柱段的外侧面为锥面，第一空心圆柱段的外径由环状柱段处向端面逐渐减小，第一空心圆柱段的内径保持不变。所述环状柱段16背离主轴的柱端面为第一着力面。所述齿轮箱输入轴还包括：阶梯状柱段19，被配置为外侧面具有多级阶梯状台面。

另外，低速主轴11或齿轮箱输入轴12不动，通过锁紧螺栓3的预紧逐步将齿轮箱输入轴12或低速主轴11沿锥过盈配合面(第一连接配合面 14)移动，低速主轴11与齿轮箱行星架(齿轮箱输入轴12)之间无轴向间隙时表示达到过盈传扭的目的。若主轴变形较大导致支撑能力不足时，可以增加一个内环衬套15，增加内环的刚度。在所述的风机主轴连接结构中，还包括内环衬套15，被配置为与第一空心圆柱段的内径过盈配合；其中内环衬套15的中心还具有减重孔。

为形成过盈锥面的内环，在所述的风机主轴连接结构中，所述第一空心圆柱段的外侧面为第一连接配合面；其中所述第一空心圆柱段的外侧面为锥面，第一空心圆柱段的外径由环状柱段处向端面逐渐减小，第一空心圆柱段的内径保持不变。所述环状柱段背离主轴的柱端面为第一着力面。第一空心圆柱段的外轴向切线与第一空心圆柱段的内轴向切线具有0～20°的夹角；其中最佳的角度为2°～10°。

为形成过盈锥面的外环，在所述的风机主轴连接结构中，如图4所示，所述主轴11包括：第二空心圆柱段20，被配置为位于主轴与齿轮箱输入轴连接的一端；以及不规则柱段21，被配置为外侧面和内侧面具有多个锥面、阶梯状柱面、圆弧面拼接而成。所述第二着力面位于第二空心圆柱段的顶端，第二空心圆柱段的顶端正对环状柱段的柱端面；第二空心圆柱段的内侧面为第二连接配合面，所述第二空心圆柱段的内侧面为锥面，第二空心圆柱段的内径由顶端向末端逐渐减小，第二空心圆柱段的外径保持不变；所述环状柱段正对主轴的柱端面至第一空心圆柱段的端面的距离大于第二空心圆柱段的长度。第二空心圆柱段的外轴向切线与第二空心圆柱段的内轴向切线具有0～20°的夹角，其中最佳的角度为2°～10°。

本实用新型提供的一种风机主轴连接结构，通过把传统的低速锁紧盘连接方案改为主轴与行星架直接锥面配合，巧妙的利用主轴与齿轮箱各自互为支撑，接触两者的锥面实现传扭。齿轮箱输入轴(行星架)为锥面内环，主轴为锥面外环。通过螺栓将主轴与行星架锥面拉平，在锥面配合作用下，产生正压力，抑制主轴与齿轮箱之间的打滑。该实用新型有如下几点优点：减少一个锁紧盘部件，通过主轴与齿轮箱输入轴两者各自的锥过盈实现传扭，降低成本；该设计方案效果好，设计变更小，工艺简单，成本低；径向变形会产生自预紧效果，进一步保护轴向窜动量。

综上，上述实施例对风机主轴连接结构的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种风机主轴连接结构，其特征在于，包括：

齿轮箱输入轴，包括第一着力面和第一连接配合面；

主轴，包括第二着力面和第二连接配合面，其中第一连接配合面和第二连接配合面过盈配合；以及

轴向预紧拉力结构，被配置为从第一着力面穿过齿轮箱输入轴并穿过第二着力面。

2.如权利要求1所述的风机主轴连接结构，其特征在于，轴向预紧拉力结构为提供轴向拉紧力的锁紧螺栓，以使得第一着力面和第二着力面尽量靠近。

3.如权利要求1所述的风机主轴连接结构，其特征在于，所述齿轮箱输入轴包括：

第一空心圆柱段，被配置为位于齿轮箱输入轴与主轴连接的一端；以及

环状柱段，被配置为以同心轴的方式围绕在第一空心圆柱段的外表面。

4.如权利要求3所述的风机主轴连接结构，其特征在于，所述第一空心圆柱段的外侧面为第一连接配合面；其中所述第一空心圆柱段的外侧面为锥面，第一空心圆柱段的外径由环状柱段处向端面逐渐减小，第一空心圆柱段的内径保持不变。

5.如权利要求3所述的风机主轴连接结构，其特征在于，所述环状柱段背离主轴的柱端面为第一着力面。

6.如权利要求3所述的风机主轴连接结构，其特征在于，所述齿轮箱输入轴还包括：

阶梯状柱段，被配置为外侧面具有多级阶梯状台面。

7.如权利要求3所述的风机主轴连接结构，其特征在于，所述主轴包括：

第二空心圆柱段，被配置为位于主轴与齿轮箱输入轴连接的一端；以及

不规则柱段，被配置为外侧面和内侧面具有多个锥面、阶梯状柱面、圆弧面拼接而成。

8.如权利要求7所述的风机主轴连接结构，其特征在于，

所述第二着力面位于第二空心圆柱段的顶端，第二空心圆柱段的顶端正对环状柱段的柱端面；

第二空心圆柱段的内侧面为第二连接配合面，所述第二空心圆柱段的内侧面为锥面，第二空心圆柱段的内径由顶端向末端逐渐减小，第二空心圆柱段的外径保持不变；

所述环状柱段正对主轴的柱端面至第一空心圆柱段的端面的距离大于第二空心圆柱段的长度。

9.如权利要求7所述的风机主轴连接结构，其特征在于，还包括：

内环衬套，被配置为与第一空心圆柱段的内径过盈配合；

其中内环衬套的中心还具有减重孔。

10.如权利要求7所述的风机主轴连接结构，其特征在于，

第一空心圆柱段的外轴向切线与第一空心圆柱段的内轴向切线具有0～20°的夹角；

第二空心圆柱段的外轴向切线与第二空心圆柱段的内轴向切线具有0～20°的夹角。

Images