齒輪箱、傳動鏈及風力發電機組
2024-04-14 11:49:05
1.本發明涉及一種齒輪箱、傳動鏈及風力發電機組。
背景技術：
2.近年來，風力發電技術發展迅速，但由於稀土永磁材料、銅、矽鋼等材料價格居高不下，導致發電機成本過高，尤其是直驅機組。為了降低風力發電機組的成本，半直驅機組應運而生，而且發展勢頭迅猛，尤其是當機組大型化後，更顯其優勢。在目前的半直驅傳動鏈中，有兩種結構形式：一是單軸承(雙列圓錐軸承)與齒輪箱集成方案，另一種是雙軸承(兩個單列圓錐軸承)與齒輪箱集成方案。
3.採用單個雙列圓錐軸承直接與輪轂、齒輪箱聯接，齒輪箱和發電機布置在輪轂和塔架中間，沒有主軸，結構緊湊。但是軸承的外圈大都採用固定的形式，使得軸承的直徑較大，成本高；如果風輪整體吊裝，需要在輪轂內擰緊螺栓，安裝不便，裝配工藝複雜，使得整個結構複雜且總體造價比較高。
技術實現要素：
4.本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中風力發電機組中軸承大體積大、成本高的缺陷，提供一種齒輪箱、傳動鏈及風力發電機組。
5.本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：
6.一種齒輪箱，所述齒輪箱包括依次設置的，所述齒輪箱還包括軸承、輸入軸和輸出軸；
7.所述差動行星齒輪組包括差動行星級齒圈，差動行星級行星輪、差動行星級太陽輪以及差動行星級行星架，所述輸入軸連接於所述差動行星級行星架，所述差動行星級行星輪通過柔性銷固定在所述差動行星級行星架上；所述準行星齒輪組包括有準行星級齒圈、準行星級行星輪、準行星級太陽輪和準行星級行星架，所述準行星級行星架固定，所述輸入軸連接於所述準行星級齒圈，所述準行星級太陽輪連接於所述差動行星級齒圈；
8.所述基本行星齒輪組包括基本行星級齒圈、基本行星級行星輪、基本行星級太陽輪以及基本行星級行星架，所述基本行星級齒圈連接於所述準行星級行星架，所述差動行星級太陽輪連接於所述基本行星級行星架，所述基本行星級太陽輪連接於所述輸出軸。
9.在本方案中，來自輪轂的功率傳遞給輸入軸後，一部分傳遞給準行星級齒圈，一部分傳遞給差動行星級行星架；傳遞給準行星級齒圈的功率經過準行星級齒輪傳動增速降扭後通過太陽輪傳遞給差動行星級齒圈；通過差動行星級太陽輪將差動行星級行星架的功率與差動行星級齒圈的功率合流輸出。該齒輪箱採用差動行星和準行星齒輪傳動實現功率分流、合流，降低了準行星級齒圈載荷，減小了準行星級齒圈直徑；使得齒輪箱功率密度增大、體積減小，可靠性提高；進而降低齒輪箱的整體成本。
10.較佳地，所述齒輪箱還包括主軸承，該主軸承為雙列圓錐軸承；所述齒輪箱的輸入軸與所述主軸承的外圈固定聯接，所述主軸承的內圈與所述準行星級行星架固定聯接。
11.在本方案中，將齒輪箱布置在雙列圓錐軸承內部，減少了軸承座，有效縮短傳動鏈的長度，降低了整體成本。
12.較佳地，所述差動行星級和所述準行星級的每個行星輪均採用柔性銷結構均載，所述柔性銷結構的柔性銷軸與其相應的行星架過盈配合，所述柔性銷結構的銷套與所述柔性銷軸過盈配合，所述銷套用於支撐相應的行星輪系的行星軸承和行星輪。
13.在本方案中，當每個行星輪系的齒圈與太陽輪的兩個切向力施加於行星輪上時，來自行星架上懸臂柔性銷軸的彎曲引起的角度繞度能夠被反方向來自柔性銷軸另一端懸臂銷套的彎曲引起的角度繞度所抵消，使每個行星輪平行浮動，進而使載荷在每個行星輪之間平均分配，實現均載，進而提高齒輪的壽命。
14.較佳地，所述準行星級太陽輪通過錐形盤連接於所述差動行星級齒圈；所述準行星級太陽輪和所述差動行星級齒圈構成一體，所述準行星級太陽輪和所述差動行星級齒圈為浮動件為浮動件。
15.在本方案中，通過錐形盤使得準行星級太陽輪和差動級齒圈連接，連接結構簡單，通過將準行星級太陽輪和差動級齒圈設置為浮動件，保證齒面接觸更均勻，受力更好，提高齒輪組的可靠性。
16.較佳地，所述齒輪箱採用三級傳動，所述齒輪箱的總傳動比可達50～100。
17.在本方案中，採用多級傳動，提高了齒輪箱的整體傳動比，使得齒輪箱可以適應各種工作環境，提高了齒輪箱輸出轉速，降低了輸出扭矩，可以使發電機體積更小，有效降低發電機的成本。
18.一種傳動鏈，所述傳動鏈包括如上所述的齒輪箱，所述傳動鏈還包括發電機，所述發電機包括有轉子，所述轉子連接於所述輸出軸。
19.在本方案中，傳動鏈中的發動機轉子直接連接於輸出軸，有效的縮短了傳動鏈的長度，減小了傳動鏈的體積。
20.一種風力發電機組，所述風力發電機組包括如上所述的傳動鏈，所述風力發電機組還包括有輪轂，所述輪轂連接於所述輸入軸。
21.較佳地，所述風力發電機組還包括主機架，所述主機架連接於所述準行星級行星架，所述差動行星齒輪組設於所述輪轂的後部腔體內，所述基本行星齒輪組設於所述主機架的前部腔體中。
22.在本方案中，將差動行星齒輪組設於輪轂的腔體中，將基本行星齒輪組設於主機架的腔體中，減小了整個風力發電機組的傳動部分佔用的體積，降低了風力發電機組傳動部分的成本，同時風力發電機組的主機架、準行星級行星架法蘭、主軸承內圈固定在一起，縮短了輪轂中心與塔架中心的距離，減小了風輪重量在塔架上產生的彎矩。
23.較佳地，所述風力發電機組還包括風輪鎖定盤，所述風輪鎖定盤位於所述主軸承和主機架之間，所述輸入軸、所述主軸承外圈、所述風輪鎖定盤以及所述輪轂聯接固定。
24.在本方案中，將風輪鎖定盤設於主軸承和主機架之間，輸入軸、軸承外圈與風輪鎖定盤以及輪轂聯結固定，軸承外圈旋轉，縮小了軸承直徑，降低了主軸承的成本。
25.較佳地，所述齒輪箱還設有後箱體，所述後箱體的一端與所述基本行星級齒圈、所述準行星級行星架固定連接，所述後箱體的另一端連接於發電機的定子，所述後箱體與所述發電機的直徑小於所述主機架前法蘭的直徑；所述輸出軸與所述基本行星級太陽輪通過
花鍵聯接。
26.本發明的積極進步效果在於：齒輪箱採用差動行星和準行星齒輪傳動實現功率分流，功率密度大，可靠性高；軸承外圈旋轉，縮小了軸承的直徑，降低了軸承成本。將齒輪箱準行星級布置在主軸承內部，實現將其差動行星級布置在輪轂後部腔體，基本行星級及發電機布置在主機架前部腔體，縮短了傳動鏈的長度，降低了風輪對塔架的彎矩，進而降低了風力發電機組的整體成本。
附圖說明
27.圖1為本發明一實施例的齒輪箱的橫截面結構示意圖。
28.圖2為本發明一實施例的風力發電機組傳動結構整體示意圖。
29.附圖標記說明
30.齒輪箱 1
31.輸入軸 11
32.輸出軸 12
33.差動行星齒輪組 100
34.差動行星級齒圈 101
35.差動行星級行星輪 102
36.差動行星級太陽輪 103
37.差動行星級行星架 104
38.準行星齒輪組 200
39.準行星級齒圈 201
40.準行星級行星輪 202
41.準行星級太陽輪 203
42.準行星級行星架 204
43.基本行星齒輪組 300
44.基本行星級齒圈 301
45.基本行星級行星輪 302
46.基本行星級太陽輪 303
47.基本行星級行星架 304
48.雙列圓錐軸承 13
49.錐形盤 14
50.發電機 2
51.轉子 20
52.定子 21
53.輪轂 3
54.主機架 4
55.風輪鎖定盤 5
56.齒輪箱後箱體 7
具體實施方式
57.下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在的實施例範圍之中。
58.一種齒輪箱1，如圖1所示，齒輪箱1包括依次設置的差動行星齒輪組100、準行星齒輪組200和基本行星齒輪組300，齒輪箱1還包括輸入軸11和輸出軸12。
59.差動行星齒輪組100包括差動行星級齒圈101，差動行星級行星輪102、差動行星級太陽輪103以及差動行星級行星架104，輸入軸11連接於差動行星級行星架104，差動行星級行星輪102通過柔性銷軸固定在差動行星級行星架104上；準行星齒輪組200包括有準行星級齒圈201、準行星級行星輪202、準行星級太陽輪203、準行星級行星架204，準行星級行星架204與主軸承13內圈、風力發電機組的主機架4聯接固定，準行星級齒圈201與輸入軸11聯接，準行星級太陽輪203連接於差動行星級齒圈101。
60.基本行星齒輪組300包括基本行星級齒圈301、基本行星級行星輪302、基本行星級太陽輪303以及基本行星級行星架304，基本行星級齒圈301連接於準行星級行星架204，差動行星級太陽輪103連接於基本行星級行星架304，基本行星級行星輪302設於基本行星級行星架304上，基本行星級太陽輪303連接於輸出軸12。
61.在本實施例中，其中齒輪箱1採用由封閉行星齒輪傳動與一級行星齒輪傳動組成，其中封閉行星齒輪傳動是由一級差動行星齒輪傳動與一級準行星齒輪傳動組合而成，屬於功率分流型傳動。
62.在本實施例中，來自輪轂3的功率傳遞給輸入軸11後，一部分傳遞給準行星級齒圈201，一部分傳遞給差動行星級行星架104；傳遞給準行星級齒圈201的功率經過準行星級齒輪傳動增速降扭後通過準行星級太陽輪203傳遞給差動行星級齒圈101；通過差動行星級太陽輪103將差動行星級行星架104的功率與差動行星級齒圈101的功率合流輸出。該齒輪箱採用差動行星和準行星齒輪傳動實現功率分流、合流，降低了準行星級齒圈載荷，減小了準行星級齒圈直徑；使得齒輪箱功率密度增大、體積減小，可靠性提高；進而降低齒輪箱的整體成本。
63.在本實施例中，齒輪箱1還包括主軸承13，該主軸承為雙列圓錐軸承；齒輪箱1的輸入軸11與所述主軸承13的外圈固定聯接，所述主軸承13的內圈與所述準行星級行星架204固定聯接。將齒輪箱1布置在主軸承13內部，僅一個主軸承13，而且是與齒輪箱1集成在一起的，減少了軸承座，有效縮短傳動鏈的長度，降低了整體成本。
64.在本實施例中，差動行星級行星輪102和準行星級行星輪202的每個行星輪均採用柔性銷結構均載，柔性銷結構的柔性銷軸與其相應的行星架過盈配合，柔性銷結構的銷套與柔性銷軸過盈配合，銷套用於支撐相應的行星輪系的行星軸承和行星輪。當每個行星輪系的齒圈與太陽輪的兩個切向力施加於行星輪上時，來自行星架上懸臂柔性銷軸的彎曲引起的角度繞度能夠被反方向來自柔性銷軸另一端懸臂銷套的彎曲引起的角度繞度所抵消，使每個行星輪平行浮動，進而使載荷在每個行星輪之間平均分配，實現均載，進而提高齒輪的壽命。
65.在本實施例中，準行星級太陽輪203通過錐形盤14與差動行星級齒圈101聯接成一體，該整體與相關部件沒有軸承聯接固定，在軸向與徑向都是自由的(具體設計時，會限定自由移動距離)，所以它們是浮動的。與柔性銷行星輪嚙合，傳動時會相互自適應，使得齒面
均載效果更好，可提高齒輪的壽命。
66.在本實施例中，齒輪箱1採用三級傳動，齒輪箱1的總傳動比可達50～100。採用多級傳動，提高了齒輪箱1的整體傳動比，使得齒輪箱1可以適應各種工作環境，提高了齒輪箱1輸出轉速，降低了輸出扭矩，可以使發電機2體積更小，有效降低發電機2的成本。
67.一種傳動鏈，傳動鏈包括如上的齒輪箱1，傳動鏈還包括發電機2，發電機2包括有轉子20，轉子20連接於輸出軸12。
68.在本實施例中，傳動鏈中的發電機轉子20直接連接於輸出軸12，有效的縮短了傳動鏈的長度，減小了傳動鏈的體積。
69.一種風力發電機組，如圖2所示，風力發電機組包括如上的傳動鏈，風力發電機組還包括有輪轂3，輪轂3連接於齒輪箱輸入軸11及主軸承13外圈。
70.在本實施例中，輪轂3與軸承外圈固定，螺紋在輪轂3上，整體起吊輪轂3時，在主機架4上緊固聯接螺栓，方便安裝。
71.在本實施例中，風力發電機組還包括主機架4，主機架4連接於準行星級行星架204，所述差動行星齒輪組100設於所述輪轂3的後部腔體內，所述基本行星齒輪組300設於所述主機架4的前部腔體中。
72.風力發電機組還包括風輪鎖定盤5，風輪鎖定盤5位於主軸承和主機架4之間，輸入軸11、雙列圓錐軸承13外圈與風輪鎖定盤5以及輪轂3聯接固定。
73.齒輪箱1還設有後箱體7，後箱體7的一端與準行星級行星架204固定連接，後箱體7的另一端連接於發電機2的定子21，後箱體7與發電機2的直徑小於主機架4前法蘭的直徑；輸出軸12與基本行星級太陽輪303通過花鍵聯接。
74.如圖1、圖2所示，齒輪箱1輸入軸11與主軸承13外圈、風輪鎖定盤5、輪轂3、通過螺栓聯接固定為一體。主軸承13內圈與準行星級行星架204、主機架4通過螺栓聯接固定為一體。輪轂3和主機架4通過主軸承13分為旋轉和固定兩個部分。
75.來自風輪的載荷，推力、彎矩通過雙列圓錐軸承13圓錐滾子傳遞給主機架4；齒輪箱1輸入軸11還與準行星級齒圈201、差動行星級行星架104聯接，扭矩通過齒輪箱1輸入軸11傳遞給準行星級齒圈201和差動行星級行星架104，實現功率分流。由於在輪轂3和主機架4之間僅布置雙列圓錐軸承13外圈及相關部件的法蘭，有效縮短了輪轂3中心到塔架中心的距離，有效降低風輪重量在塔架上產生的彎矩。
76.雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。