專利名稱：行星齒輪傳動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種行星齒輪傳動單元，可在用于風(fēng)力渦輪機(jī)的變速箱中使用所述行 星齒輪傳動單元。
背景技術(shù)：
由于對行星齒輪傳動單元的要求極高，而且行星齒輪傳動單元承受非常大的負(fù) 載，比如以用于風(fēng)力渦輪機(jī)的行星齒輪傳動單元為例，通常使用帶有螺旋齒的齒輪，其原因 是帶有螺旋齒的齒輪具有同時實(shí)現(xiàn)所需額定容量并降低噪聲和振動的更好特性。一些類型的此類帶有螺旋齒的行星齒輪傳動單元是已知的。但它們還是存在問 題，并且還能進(jìn)行相當(dāng)大的優(yōu)化。在設(shè)計行星齒輪傳動單元時，必須對將要用于環(huán)形齒輪、太陽齒輪以及行星齒輪 的輪齒螺旋角和尺寸作出選擇，從而能采取需要的負(fù)載并獲得正確的齒輪比。為了能夠承受更大的負(fù)載，擴(kuò)大整個齒輪傳動單元的尺寸是可能的，但這當(dāng)然會 極大地受到經(jīng)濟(jì)和邏輯限制。只有所有可能因素的適當(dāng)組合才可能形成至少較之現(xiàn)有行星齒輪傳動單元能承 受更大負(fù)載而又具有相對較小尺寸的齒輪傳動單元。例如，對用于支承行星齒輪傳動單元中的行星齒輪的軸承而言，選擇此類具有更 大徑向尺寸的行星軸承時存在諸多限制，其原因是這些行星齒輪的齒圈必須具有特定厚 度，以防止行星齒輪的齒與行星軸承的外軸承環(huán)之間的負(fù)作用，或者僅為了承受負(fù)載或者 確保軸承的特定最短壽命。沿著軸向，所需的齒輪容量賦予齒輪寬度的最小值，而且還需要足夠的齒輪寬度 以能夠通過軸承在行星齒輪上獲得扭矩，或者為行星齒輪實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮S向和徑向軸承支 撐。由于帶有螺旋齒的齒輪傾斜而彼此軸向遠(yuǎn)離，從而，輪齒的螺旋角對行星軸承產(chǎn)生影 響。齒的螺旋角越大，齒間軸向力就會越大。行星齒輪傳動單元具有在環(huán)形齒輪與行星齒 輪之間以及行星齒輪與太陽齒輪之間齒輪軸向移開的趨勢。行星齒輪相對于環(huán)形齒輪受到的軸向力與太陽齒輪施加在行星齒輪上的軸向力 相反。這些軸向力因此而相互抵消，從而，在行星軸和行星軸承上不存在凈軸向力，這就不 對行星軸承產(chǎn)生影響。使得行星齒輪傳動單元承受大負(fù)載的已知解決方案是將柔性銷軸(flexpin shaft)用作行星軸。此類柔性銷軸例如從GB1，101，131獲知。圖1示出了柔性銷軸的原理。圖1示出了通過軸承3安裝在柔性銷軸2上的行星 齒輪1。對行星齒輪1施加作用力F在柔性銷軸2 —側(cè)上形成力矩A，并在柔性銷軸2另一 側(cè)上形成力矩B，且力矩A和B反向。這導(dǎo)致了如圖1的右側(cè)所示的柔性銷軸2的角度變 形。柔性銷軸2兩側(cè)上的角度變形應(yīng)相等。但此類柔性銷軸不適于與具有螺旋齒的齒輪組合使用。這是由于在螺旋齒的情況 下，分別將上述相反軸向力(參見圖2中具有附圖標(biāo)記6的箭頭)施加給環(huán)形齒輪和太陽齒輪。因此，每個行星齒輪受到必須由行星軸承處理的傾斜力矩。從而，當(dāng)在行星齒輪傳動 單元中使用螺旋齒時，分別由環(huán)形齒輪和太陽齒輪嚙合點(diǎn)內(nèi)的法向齒力的軸向分量來產(chǎn)生 力矩。這使得行星齒輪1歪斜。利用柔性銷設(shè)計，行星軸組件沒有傳統(tǒng)設(shè)計那么硬，因而會 產(chǎn)生更大的行星傾斜?？赏ㄟ^使得柔性銷軸2各向異性直到硬度消失為止來解決此問題。 這在圖3中示出，其中，柔性銷軸2被設(shè)計成具有比部分5硬度更低的部分4。這樣，仍然能 實(shí)現(xiàn)切向方向上的柔性，而且柔性銷軸在垂直于切向方向的平面內(nèi)盡可能地堅硬。由此，柔 性銷與螺旋齒組合使用成為可能。但上述解決方案復(fù)雜，從而增加了成本以及包括此類柔性銷設(shè)計的行星齒輪傳動 單元的制造時間。因此，需要設(shè)計一種行星齒輪傳動單元，其中，行星齒輪具有螺旋齒，而且能承受 大的負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供能承受大負(fù)載的行星齒輪傳動單元、包括此類行星齒 輪傳動單元的變速箱以及包括此類變速箱的風(fēng)力渦輪機(jī)。通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備實(shí)現(xiàn)以上目的。本發(fā)明的第一方面提供了一種行星齒輪傳動單元。所述行星齒輪傳動單元包括環(huán) 形齒輪、太陽齒輪以及行星架，行星架驅(qū)動多個行星軸，行星齒輪通過行星軸承以能轉(zhuǎn)動的 方式安裝在行星軸上，其中，行星軸為柔性銷軸，柔性銷軸也稱為柔性銷，每個柔性銷軸包 括一對行星齒輪，所述一對行星齒輪中的每個行星齒輪是單螺旋型，并具有與所述一對行 星齒輪中的另一個行星齒輪的螺旋角相反的螺旋角，其也可稱為人字型(chevron)齒。本發(fā)明的發(fā)明方面基于這樣的事實(shí)本發(fā)明允許在行星齒輪傳動單元中使用具有 單螺旋齒的齒輪，這相對于使用直齒是有利的，同時，確保該行星齒輪傳動單元能承受大的 負(fù)載。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元中，行星齒輪的負(fù)載分布最優(yōu)，而且在齒輪 的齒上迅速移動。此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元易于安裝。另外，對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元的設(shè)計而言，可使用傳統(tǒng)的各向 同性柔性銷軸。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，行星軸承可以是雙列錐形滾子軸承。每個雙列錐形滾子軸承的最外軸承環(huán)可被集成(integrate)在相關(guān)的行星齒輪 中。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，每個雙列錐形滾子軸承中的錐形滾子軸承列可被布置 成0形構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，行星軸承可以是雙列圓柱滾子軸承。每個雙列圓柱滾子軸承的最外軸承環(huán)可被集成在相關(guān)的行星齒輪中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，環(huán)形齒輪可以是整體式。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，太陽齒輪可以是整體式。第二方面，本發(fā)明提供了一種包括至少一個行星齒輪傳動單元的變速箱，所述至 少一個行星齒輪傳動單元包括環(huán)形齒輪、太陽齒輪以及行星架，行星架驅(qū)動多個行星軸，行星齒輪通過行星軸承以能轉(zhuǎn)動的方式安裝在行星軸上，其中，行星軸為柔性銷軸，柔性銷軸 也稱為柔性銷，每個柔性銷軸包括一對行星齒輪，所述一對行星齒輪中的每個行星齒輪是 單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪中的另一個行星齒輪的螺旋角相反的螺旋角?？筛鶕?jù)本發(fā)明第一方面的任意實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)變速箱中的行星齒輪傳動單元。另一方面，本發(fā)明提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變速箱的風(fēng)力渦輪機(jī)。在 本發(fā)明的此方面中，也可根據(jù)本發(fā)明第一方面的任意實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)變速箱中的行星齒輪傳 動單元。通過下面結(jié)合例如示出了本發(fā)明原理的附圖對本發(fā)明的詳細(xì)說明，本發(fā)明的前述 及其他特點(diǎn)、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。此說明書只出于舉例目的給出，而非限制本發(fā) 明的范圍。以下引用的附圖標(biāo)記參見附圖。


不同圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似元件。圖1至圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)已知的柔性銷軸的使用原理。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元的原理。圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變速箱。
具體實(shí)施例方式參照具體實(shí)施例并參照特定非限制性附圖來描述本發(fā)明。必須理解的是本發(fā)明并 不限于此，而只由權(quán)利要求限定。出于說明性目的，可放大附圖中一些元件的尺寸，而不按 比例描繪。不應(yīng)以任何方式將術(shù)語比如“包括”和“聯(lián)接”解釋為限制本發(fā)明。不應(yīng)將權(quán)利要 求中使用的術(shù)語“包括”解釋為局限于其后列舉的裝置；其不排除其它元件或者步驟。類似 地，應(yīng)注意不應(yīng)將同時在權(quán)利要求中使用的術(shù)語“聯(lián)接”解釋為只局限于直接連接。盡管此處描述的一些實(shí)施例包括一些但非其它實(shí)施例中包括的其它特征，但是， 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解的，不同實(shí)施例的特征組合意味著屬于本發(fā)明的范圍，并形成 不同實(shí)施例。例如，在所附權(quán)利要求中，任意所述的實(shí)施例能以任意組合使用。下面通過不同的實(shí)施例來描述本發(fā)明。必須理解的是，這些實(shí)施例只是為了便于 理解本發(fā)明，而并非用來以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明提供了包括具有螺旋齒的行星齒輪并能承受大負(fù)載的行星齒輪傳動單元、 包括此類行星齒輪傳動單元的變速箱以及包括此類變速箱的風(fēng)力渦輪機(jī)。第一方面，本發(fā)明提供了一種行星齒輪傳動單元。所述行星齒輪傳動單元包括環(huán) 形齒輪、太陽齒輪以及行星架，行星架驅(qū)動多個行星軸，行星齒輪通過軸承以能轉(zhuǎn)動的方式 安裝在行星軸上。行星軸為柔性銷軸，柔性銷軸也可稱作柔性銷，每個柔性銷軸包括一對行 星齒輪，所述一對行星齒輪中的每個行星齒輪是單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪中 的另一個行星齒輪的螺旋角相反的螺旋角。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10的一部分。一對行星齒輪11 通過軸承13安裝在柔性銷軸12上。從而，將一對行星齒輪11安裝到同一柔性銷軸12上，并將該對行星齒輪定位為彼此直接靠近?！氨舜酥苯涌拷笔侵父鶕?jù)本發(fā)明的柔性銷軸12 沒有其他部件位于兩行星齒輪11之間，比如在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的情況(例如W02005/050058) 中的用于驅(qū)動行星軸的裝置，(如支承板和轉(zhuǎn)向板(bogi印late))。每個行星齒輪11具有 螺旋齒(通過線14所示)。如從圖中所見，一對齒輪11的齒輪具有螺旋齒，所述螺旋齒具 有相反的螺旋角。也可將其稱為人字型齒。如上所述，具有螺旋齒的齒輪使得將軸向力作用于環(huán)形齒輪和太陽齒輪上，并使 得行星齒輪受到傾斜力矩。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一對行星齒輪11中的行星齒輪11的螺 旋齒的相反角使得軸向產(chǎn)生的齒力消失(分別由附圖標(biāo)記15和16表示的軸向力)。唯一 的合力為力F，該力產(chǎn)生如上所述并在圖1中示出的柔性銷軸12的角度變形。由于此角度 變形，當(dāng)行星齒輪傳動單元10承受負(fù)載時，軸承13在與行星齒輪傳動單元10其他部件平 行且不成角度的方向上移動。本發(fā)明的發(fā)明方面基于這樣的事實(shí)本發(fā)明允許在行星齒輪傳動單元10中使用 具有單螺旋齒的齒輪，這相對于使用直齒是有利的，同時，確保該行星齒輪傳動單元10能 承受大的負(fù)載。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10中，行星齒輪11上的負(fù)載分布最優(yōu)， 而且在齒輪的齒上迅速移動。此外，對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10的設(shè)計而言，可使用傳統(tǒng)的各 向同性柔性銷軸。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有所述柔性銷/行星齒輪組合的行星齒輪傳 動單元10不對行星齒輪單元10的設(shè)計增添附加復(fù)雜性，且因此也不需要額外的實(shí)施費(fèi)用。本發(fā)明實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是使得行星齒輪傳動單元更緊湊。由于行星齒輪能彼此 靠近，因此，它們能被制造得比傳統(tǒng)設(shè)計更小。由于本發(fā)明設(shè)計，能實(shí)現(xiàn)此緊湊構(gòu)造，而不存 在由柔性銷軸與具有螺旋齒的齒輪的組合使用造成的不利影響。此外，由于螺旋齒，能比使 用直齒時獲得高得多的工作能力(rating)。從而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)計綜合了螺旋齒 (工作能力)和更小行星齒輪的優(yōu)點(diǎn)，而且不會受到因組合使用具有螺旋齒的齒輪和柔性 銷軸而產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10易于安裝。例如，首先，將所述一對行 星齒輪11中的第一行星齒輪11安裝在柔性銷12上，然后安裝環(huán)形齒輪，并在下一步驟中 將所述一對行星齒輪11中的第二行星齒輪11安裝到柔性銷12上。例如能通過位于行星 齒輪傳動單元10 —側(cè)的套環(huán)以及位于行星齒輪傳動單元10另一側(cè)的軸螺母來鎖固上述對 行星齒輪11。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)計使得行星齒輪傳動單元10中的環(huán)形齒輪和太 陽齒輪具有成本很低的單一形式。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，行星軸承13可以是雙列錐形滾子軸承。在某些實(shí)施例中， 每個雙列錐形滾子軸承的最外軸承環(huán)可被集成在相關(guān)的行星齒輪11中。例如每個雙列錐 形滾子軸承的錐形滾子軸承列可被布置成0形構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，行星軸承可以是雙列圓柱滾子軸承。根據(jù)某些實(shí)施例 中，每個雙列圓柱滾子軸承的最外軸承環(huán)可被集成在相關(guān)的行星齒輪中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明每個柔性銷軸12上的每個行星軸的行星軸承 13的內(nèi)環(huán)可直接相互接觸或者經(jīng)由一個或多個隔套(spacer bush)相互接觸。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10的可能實(shí)施方案。必須理解的是，其只是為了便于說明，而不是用來以任何方式限制本發(fā)明。圖5中所示的行星齒輪 傳動單元10包括通過行星軸承13安裝在柔性銷軸12上的一對行星軸11。所述一對行星 齒輪11中的每個行星齒輪11是單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪中的另一個行星齒 輪11的螺旋角相反的螺旋角，也稱為人字型齒。在給出的示例中，行星軸承13可以是雙列錐形滾子軸承。更具體而言，根據(jù)本示 例，錐形滾子軸承可具有集成外環(huán)，即，每個錐形滾子軸承的最外軸承環(huán)可被集成到相關(guān)行 星齒輪11中。根據(jù)本示例，每個行星齒輪11的錐形滾子軸承輥可被布置成所稱的0形構(gòu)造。在圖5給出的示例中，可通過位于行星齒輪傳動單元10 —側(cè)的套環(huán)17以及位于 行星齒輪傳動單元10另一側(cè)的軸螺母18來鎖固行星齒輪11及其軸承13。第二方面，本發(fā)明提供了一種包括至少一個行星齒輪傳動單元10的變速箱20。這 在圖6中示出。行星齒輪傳動單元10包括環(huán)形齒輪17、太陽齒輪18以及行星架19，行星 架19驅(qū)動多個行星軸12，行星齒輪11通過行星軸承13以能轉(zhuǎn)動的方式安裝在行星軸12 上。行星軸12為柔性銷12，每個柔性銷12包括一對行星齒輪11，所述一對行星齒輪中的 每個行星齒輪11是單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪中的另一個行星齒輪中的螺旋 角相反的螺旋角。其也可稱為人字型齒。也可如本發(fā)明第一方面的以上實(shí)施例所述來實(shí)現(xiàn) 齒輪傳動單元10。因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)計使得行星齒輪傳動單元10中的環(huán)形齒輪 17和太陽齒輪18具有成本很低的單一形式。根據(jù)又一方面，本發(fā)明提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變速箱20的風(fēng)力渦 輪機(jī)。變速箱20可包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的上述任意實(shí)施例的行星齒輪傳動單元10。
權(quán)利要求
一種行星齒輪傳動單元(10)，包括環(huán)形齒輪(17)、太陽齒輪(18)以及行星架(19)，所述行星架(19)驅(qū)動多個行星軸(12)，行星齒輪(11)通過行星軸承(13)以能轉(zhuǎn)動的方式安裝到所述多個行星軸(12)上，其特征在于，所述行星軸為柔性銷軸(12)，每個柔性銷軸(12)包括一對行星齒輪(11)，所述一對行星齒輪(11)中的每個行星齒輪(11)是單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪(11)中的另一個行星齒輪(11)的螺旋角相反的螺旋角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪傳動單元(10)，其中所述行星軸承(13)為雙列錐 形滾子軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的行星齒輪傳動單元(20)，其中每個雙列錐形滾子軸承(13) 的最外軸承環(huán)被集成在相關(guān)的行星齒輪(11)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的行星齒輪傳動單元(20)，其中每個雙列錐形滾子軸承 (13)中的錐形滾子軸承列被布置成0形構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星齒輪傳動單元(10)，其中所述行星軸承(13)為雙列圓 柱滾子軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的行星齒輪傳動單元(10)，其中每個雙列圓柱滾子軸承(13) 的最外軸承環(huán)被集成在相關(guān)的行星齒輪(11)中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的行星齒輪傳動單元(10)，其中所述環(huán)形齒輪(17)是整體式。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的行星齒輪傳動單元(10)，其中所述太陽齒輪(18)是整體式。
9.一種變速箱(20)，包括至少一個行星齒輪傳動單元(10)，所述至少一個行星齒輪傳 動單元(10)包括環(huán)形齒輪(17)、太陽齒輪(18)以及行星架(19)，所述行星架(19)驅(qū)動多 個行星軸(12)，行星齒輪(11)通過行星軸承(13)以能轉(zhuǎn)動的方式安裝到所述多個行星軸 (12)上，其特征在于，所述行星軸為柔性銷軸(12)，每個柔性銷軸(12)包括一對行星齒輪 (11)，所述一對行星齒輪(11)中的每個行星齒輪(11)是單螺旋型，并具有與所述一對行星 齒輪(11)中的另一個行星齒輪(11)的螺旋角相反的螺旋角。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的變速箱(20)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種行星齒輪傳動單元(10)，包括環(huán)形齒輪(17)、太陽齒輪(18)以及行星架(19)，所述行星架(19)驅(qū)動多個行星軸(12)，所述行星齒輪(11)通過行星軸承(13)以能轉(zhuǎn)動的方式安裝在所述行星軸(12)上。所述行星軸為柔性銷(12)，每個柔性銷(12)包括一對行星齒輪(11)，所述一對行星齒輪中的每個行星齒輪(11)是單螺旋型，并具有與所述一對行星齒輪中的另一個行星齒輪(11)的螺旋角相反的螺旋角。本發(fā)明還提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的行星齒輪傳動單元(10)的變速箱(20)以及包括此類變速箱(20)的風(fēng)力渦輪機(jī)。具有單螺旋齒的齒輪確保行星齒輪傳動單元能承受大的負(fù)載。行星齒輪的負(fù)載分布最優(yōu)，且在齒輪的齒上迅速移動。行星齒輪傳動單元易于安裝且可使用傳統(tǒng)的各向同性柔性銷軸。
文檔編號F16H57/08GK101893061SQ20101018635
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者沃倫·斯穆克 申請人:漢森傳動系統(tǒng)國際公司