一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸，包括輪軸和心軸，輪軸設(shè)有中心安裝腔，一個(gè)心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應(yīng)設(shè)置的錐面接觸；心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。根據(jù)柔性銷軸在風(fēng)電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設(shè)有錐環(huán)，使其形成近似浮動(dòng)懸臂式的支撐結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好吸收載荷、減小變形量，實(shí)現(xiàn)均載的目的。利用該柔性銷軸制成的風(fēng)電齒輪箱，能夠有效提高風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風(fēng)機(jī)裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
【專利說明】
一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動(dòng)齒輪箱上的柔性軸。
【背景技術(shù)】
[0002]主傳動(dòng)齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組重要組成部分，是整個(gè)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力匹配和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的反映突出部位。由于風(fēng)機(jī)裝置的特殊性，要求齒輪箱在低轉(zhuǎn)速、變扭矩等復(fù)雜工作環(huán)境下具有較長的工作壽命及高可靠性，因此其在設(shè)計(jì)與制造上存在較大難度。
[0003]近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的迅速發(fā)展，其對(duì)更大掃風(fēng)面積、更大匹配功率齒輪箱的需求越來越迫切，但采用行星輪剛性支撐的行星系統(tǒng)，以及浮動(dòng)太陽輪或行星架進(jìn)行均載已經(jīng)越來越不能滿足實(shí)際需求，行星輪柔性銷軸均載技術(shù)最為一個(gè)發(fā)展趨勢，能較好的滿足這種需求。
[0004]應(yīng)用柔性銷軸均載技術(shù)是目前大功率以及超大功率風(fēng)電齒輪傳動(dòng)裝置的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。柔性銷軸建立在雙懸臂軸理論基礎(chǔ)上，由單壁行星架擴(kuò)展而來。在假設(shè)行星架完全剛性的條件下，銷軸受載變形后使行星輪產(chǎn)生平移運(yùn)動(dòng)，一方面起到均載作用，另一方面可以保證各齒輪軸線平行，提高單位齒寬承載能力，克服跨坐式行星架由于扭轉(zhuǎn)變形而導(dǎo)致的齒輪軸線歪斜問題。除此之外，由于風(fēng)場載荷的復(fù)雜多變，風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈長期受沖擊載荷的作用。如果系統(tǒng)剛性過大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)鏈由于受瞬間沖擊載荷，可能需要承受幾倍額定載荷的沖擊。而柔性軸結(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)的柔性，從而可避免瞬間載荷過大對(duì)系統(tǒng)的沖擊，增加系統(tǒng)的承受沖擊載荷的能力，有利于改善整個(gè)傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)件的使用壽命。事實(shí)上，這種構(gòu)想早在1967年就已出現(xiàn)，Hicks展示了一種發(fā)明專利，用一種套筒式的雙懸臂銷軸作為一種懸臂類型的行星架，并提出這種專利技術(shù)可以改善行星齒輪之間的均載情況，但Hicks沒有對(duì)這種專利進(jìn)行學(xué)術(shù)上的相關(guān)分析，把這種方法僅作為一種技術(shù)嘗試應(yīng)用在工業(yè)技術(shù)上，由于缺乏理論研究及當(dāng)時(shí)加工水平限制，沒有顯現(xiàn)出其優(yōu)越性能。在2006年，F(xiàn)ox和JalIat擴(kuò)展了Hicks的設(shè)想，他們在柔性銷軸上切出一個(gè)凹槽，進(jìn)一步減少銷軸的支撐剛度，但是以增加銷軸的彎曲應(yīng)力為代價(jià);但由于后續(xù)優(yōu)化工作中幾何和原理上的合理設(shè)計(jì)，使作用在銷軸中心的彎矩為零，因此這種懸臂式銷軸可以被用在減少柔性支撐類型的行星架。但需要指出的是，在這種懸臂類型的行星架中，由于斜齒行星齒輪傳遞扭矩時(shí)產(chǎn)生軸向方向運(yùn)動(dòng)，所以不合適采用斜齒行星齒輪。
[0005]在實(shí)際條件下懸臂銷軸式行星架很難滿足大剛度要求，而且行星輪安裝結(jié)構(gòu)本己很緊湊，柔性銷軸的結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)上存在較多制約因素，必然以犧牲一定的疲勞強(qiáng)度和可靠性為代價(jià)。另外，目前國內(nèi)大功率風(fēng)電齒輪箱自主創(chuàng)新研發(fā)能力薄弱，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)；國內(nèi)的風(fēng)電齒輪箱制造企業(yè)主要依靠引進(jìn)國外技術(shù)或與國外企業(yè)及國外專業(yè)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合設(shè)計(jì)來開發(fā)新產(chǎn)品，以成本優(yōu)勢換取技術(shù)和海外市場。因此，國內(nèi)采用柔性銷均載技術(shù)研制更大功率風(fēng)電齒輪箱還存在兩個(gè)不利條件，一是柔性銷軸只能應(yīng)用在直齒輪傳動(dòng)上，限制了傳動(dòng)性能的進(jìn)一步提高；二是對(duì)柔性銷軸技術(shù)缺乏相應(yīng)研究，導(dǎo)致國內(nèi)風(fēng)電齒輪箱制造企業(yè)要向國外先進(jìn)企業(yè)負(fù)擔(dān)高額的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)用。為此，國家發(fā)展自己的大功率風(fēng)電齒輪箱柔性銷軸式均載技術(shù)日益迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提高風(fēng)電齒輪箱的使用壽命及效率，本實(shí)用新型提出一種用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主傳動(dòng)齒輪箱上的柔性軸。
[0007]為此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸，包括輪軸，其特征在于:輪軸設(shè)有中心安裝腔，一個(gè)心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應(yīng)設(shè)置的錐面接觸;心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。
[0008]有益效果:
[0009]本實(shí)用新型根據(jù)柔性軸在風(fēng)電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設(shè)有錐環(huán)，使其形成近似浮動(dòng)懸臂式的支撐結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好吸收載荷、減小變形量，實(shí)現(xiàn)均載的目的；利用該柔性軸制成的風(fēng)電齒輪箱，能夠有效提高風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風(fēng)機(jī)裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
【附圖說明】

[00?0]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0011 ]圖2為本實(shí)用新型的受力情況示意圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的變形情況示意圖；
[0013]圖中標(biāo)號(hào)為:1、輪軸;2、心軸;3、載體;4、錐環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1所示，一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸，包括輪軸I和心軸2，裝配時(shí)將心軸2從中心貫穿過輪軸I;在心軸2的伸出端套裝有錐環(huán)4，將錐環(huán)4的錐面向輪軸I的端面，錐環(huán)4的錐面與輪軸I端部相應(yīng)設(shè)置的錐面接觸，使用時(shí)心軸2的伸出端用于連接載體3，從而使輪軸I與載體3連接。
[0016]如圖1所示，錐環(huán)的錐面為45-90 °的圓錐面。最優(yōu)化的，錐環(huán)的錐面為60-90 °的圓錐面。
[0017]如圖2、圖3所示，描述本實(shí)用新型的工作原理:當(dāng)行星輪受載時(shí)，由于行星輪系統(tǒng)的齒輪均為直齒，行星輪支撐軸受力可等價(jià)為行星齒輪軸上齒寬中心受力f =2T / ND，其中T、Ν和D分別為行星架傳遞過來的總扭矩、行星齒輪數(shù)、行星齒輪節(jié)圓直徑;對(duì)行星齒輪軸而言，在外部載荷與心軸對(duì)其反作用力及扭矩的共同作用下保持平衡;對(duì)心軸而言，其與載體連接端的彎矩Ml= f * l/2，M2=f * (1/2*1/2) *M1，因此M1=M2，即心軸在力作用下使其中心點(diǎn)的彎矩為零，即可看作是以心軸中心為固定支點(diǎn)的兩個(gè)懸臂梁，心軸發(fā)生“S”狀變形，心軸兩端在力與彎矩的耦合作用下斜度也均為零，這意味著行星齒輪軸沒有傾斜。這個(gè)特點(diǎn)也確保發(fā)生任何錯(cuò)位使行星輪上產(chǎn)生扭矩時(shí)，扭矩會(huì)將力調(diào)節(jié)到齒寬的中心處，從而使行星齒輪在受載工作狀態(tài)下保持水平。
[0018]本實(shí)用新型根據(jù)柔性軸在風(fēng)電齒輪箱中的安裝位置及作用，通過在載體與輪軸的端面之間設(shè)有錐環(huán)，使其形成近似浮動(dòng)懸臂式的支撐結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好吸收載荷、減小變形量，實(shí)現(xiàn)均載的目的。利用該柔性軸制成的風(fēng)電齒輪箱，能夠有效提高風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命及工作效率，為提升我國大型風(fēng)機(jī)裝備業(yè)的制造能力提供有力保障。
[0019]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例，并非用以局限本實(shí)用新型的專利范圍，故凡運(yùn)用本實(shí)用新型說明書內(nèi)容所作的等效變換，均同理包含在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸，包括輪軸，其特征在于:輪軸設(shè)有中心安裝腔，一個(gè)心軸從中心貫穿過輪軸，在心軸的伸出端套裝有錐環(huán)，錐環(huán)的錐面與輪軸端部相應(yīng)設(shè)置的錐面接觸;心軸的伸出端用于連接載體，安裝后，錐環(huán)位于載體與輪軸之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電齒輪箱柔性軸，其特征在于:錐環(huán)的錐面為45-90°的圓錐面。
【文檔編號(hào)】F03D15/10GK205715578SQ201620602123
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】李紅麗, 梅華平, 肖淑芬, 丁濤, 李玉梅, 徐剛, 徐攀
【申請人】湖北工程學(xué)院