一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的制作方法
【专利摘要】一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，以主轴连接轮毂和连接齿轮箱的方向分别为前、后向，其特征是所述主轴包括由前到后顺序同轴安装的轮毂法兰、耦合器、缓冲弹簧连接前座、传动螺纹套、传动螺纹杆、缓冲弹簧连接后座、花键轴和齿轮箱连接轴，缓冲弹簧连接前座和缓冲弹簧连接后座之间还安装缓冲弹簧。
【专利说明】
一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴
技术领域
[0001]本实用新型涉及风力发电机传动领域，具体是一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴。
【背景技术】
[0002]随着对风能的不断开发利用，风力发电机的装机量不断增加，随之出现的问题是风力发电机的故障率不断增加，通过分析发现，风力发电机故障率最高的部位是风力发电机的齿轮箱，而风力发电机齿轮箱故障率较高的原因是由于风力发电机由随机风提供动力，故其提供的动力具有随机变化性，使得齿轮箱中的轮齿不断受到冲击，而齿轮箱的直接动力输入是通过主轴传递的，并且主轴在机舱内周围的空间较大，所以对主轴进行设计，减小轮齿之间的冲击，对减小齿轮箱的故障率，减小损失，提高经济效益具有重要的意义。
[0003]现有风力发电机为实现最大限度的减小随机风带来的冲击，在采取优化控制策略的方法的同时更多是通过在其他部位安装缓冲装置来完成，但现有的风力发电机的缓冲装置多适用于垂直轴风力发电机，如中国专利CN201510533906.4公开了一种增效缓冲垂直轴风力发电机，该装置在转轴上偏向叶片的外端设有增效缓冲装置，通过增效缓冲装置将叶片受到的反向冲击力转化为转轴转动的正力矩转移到转轴上实现缓冲效果。而对于水平轴风力发电机来说由于其主轴本身的轴向受力并不均衡，对其进行缓冲更加困难。因此提供一种适用于水平轴风力发电机的具有缓冲功能的主轴成为现有技术中亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，缓和由随机风导致的轮齿之间的冲击以及由于装配误差导致主轴产生的弯曲应力。
[0005]本实用新型提供一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，以主轴连接轮毂和连接齿轮箱的方向分别为前、后向，其特征是所述主轴包括由前到后顺序同轴安装的轮毂法兰、耦合器、缓冲弹簧连接前座、传动螺纹套、传动螺纹杆、缓冲弹簧连接后座、花键轴和齿轮箱连接轴，缓冲弹簧连接前座和缓冲弹簧连接后座之间还安装缓冲弹簧；
[0006]轮毂法兰上设有位于法兰盘上的轮毂安装孔1.1和位于法兰颈端部的耦合器安装孔；
[0007]耦合器包括由前到后顺序布置并由螺栓紧固连接的耦合前盘、前耦合弹簧片、耦合中间盘、后耦合弹簧片和耦合后盘;耦合前盘的前端面通过螺栓连接在轮毂法兰的耦合器安装孔上，耦合后盘端面沿轴向向后突出形成颈部，
[0008]耦合后盘的颈部上分别套装止推轴承和缓冲弹簧连接前座，止推轴承和缓冲弹簧连接前座与耦合后盘的颈部呈间隙配合，止推轴承的座圈和轴圈分别与耦合后盘的端面和缓冲连接前座的前端面接触;缓冲弹簧连接前座为环形盘，其中心孔为耦合器后座配合孔，缓冲弹簧连接前座的后端面具有沿周向均匀分布的N个弹簧前安装座，弹簧前安装座上具弹簧前安装孔;缓冲弹簧连接后座为环形盘，缓冲弹簧连接后座的前端面接近外圆周沿周向均匀分布N个弹簧后安装座，弹簧后安装座上具有弹簧后安装孔，缓冲弹簧的两端分别安装在弹簧前安装孔和弹簧后安装孔内；缓冲弹簧连接后座的中心孔为传动螺纹杆凸台配合孔，在中心孔周围沿圆周分布有丝杆花键轴连接孔；
[0009]所述传动螺纹套为具有传动内螺纹的套管，在传动螺纹套的前端部具有凸缘，在凸缘上具有传动螺纹套安装孔，所述传动螺纹套通过传动螺纹套安装孔与耦合后盘的的颈部的后端部固定连接;所述传动螺纹杆的外表面具有与传动螺纹套匹配的传动螺纹，传动螺纹杆的后端部具有凸缘和凸出凸缘后端面的传动螺纹杆凸台，在凸缘的端面上具有传动螺纹杆安装孔，所述传动螺纹杆的外表面的传统螺纹与传动螺纹套配合，传动螺纹杆安装孔与丝杆花键轴连接孔配合，传动螺纹杆凸台伸入缓冲弹簧连接后座的传动螺纹杆凸台配合孔中；
[0010]花键轴外表面具有花键，花键轴的前端面形成凸缘，凸缘上具有花键轴安装孔，花键轴安装孔与传动螺纹杆安装孔分别与丝杆花键轴连接孔的两端配合并由螺栓固连；
[0011 ]齿轮箱连接轴为空心轴，齿轮箱连接轴内部为同轴的花键孔，花键孔内表面具有能够和花键配合的内花键，齿轮箱连接轴后端面沿周向分布，在齿轮箱连接轴外壁上接近后端面处具有螺栓投放窗孔，所述螺栓投放窗孔用于投放安装在齿轮箱连接轴安装孔上的螺栓。
[0012]所述的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，其特征是4SNS 8。优选N=6。
[0013]与现有技术相比，本实用新型提供的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的有益效果是
[0014]I)由于耦合器中耦合弹簧片的作用，使得轮毂法兰与齿轮箱连接轴即使在同轴度较差的时候也不会让齿轮箱受到风机主轴承受的弯曲应力;能够有效化解装配时产生的弯曲载荷，尤其适用于水平轴风力发电机；
[0015]2)当输入动力发生变化时，由于止推轴承的作用，在动力变化瞬间齿轮箱连接轴不会随传动螺纹套转速变化而立即变化，从而避免了齿轮箱连接轴输出动力的剧烈变化；
[0016]3)输入动力增大时，传动螺纹套与传动螺纹杆相对转动进而引起传动螺纹杆的轴向运动，使缓冲弹簧连接前座与耦合器之间的的摩擦力逐渐增大，当达到平衡状态后，齿轮箱连接轴开始与耦合器同步转动，进而带动风力发电机的齿轮箱转动，可以有效化解输入动力剧增产生的瞬时冲击。
[0017]综上，提供的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴能够缓和缓和由随机风导致的轮齿之间的冲击以及由于装配误差导致主轴产生的弯曲应力，具有结构简单，机械稳定性好，能有效减小齿轮箱故障率，适于实际应用推广。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的整体结构示意图；
[0019]图2是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的轮毂法兰结构示意图；
[0020]图3是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的耦合器结构示意图；
[0021]图4是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的缓冲弹簧连接前座结构示意图；
[0022]图5是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的缓冲弹簧连接后座结构示意图；
[0023]图6是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的齿轮箱连接轴结构示意图，
[0024]图7是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的齿轮箱连接轴沿图6中A-A方向的全剖示意图；
[0025]图8是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的花键轴结构示意图；
[0026]图9是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的传动螺纹杆结构示意图；
[0027]图10是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的传动螺纹套结构示意图；
[0028]图11是本实用新型实施例的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴的工作状态结构示意图；
[0029]图中
[0030]1、轮毂法兰，1.1、轮毂安装孔，1.2、耦合器安装孔；
[0031]2、耦合器，2.1、耦合前盘，2.2、前耦合弹簧片，2.3、耦合中间盘，2.4、后耦合弹簧片，2.5、親合后盘；
[0032]3、止推轴承;4、缓冲弹簧连接前座，4.1、弹簧前安装座，4.2、耦合器后座配合孔；
[0033]5、缓冲弹簧;6、缓冲弹簧连接后座，6.1、丝杆花键轴连接孔，6.2、弹簧后安装座，
6.3、传动螺纹杆凸台配合孔；
[0034]7、齿轮箱连接轴，7.1、螺栓投放窗孔，7.2、齿轮箱连接轴安装孔，7.3、花键孔，
7.4、内花键；
[0035]8、花键轴，8.1、花键，8.2、花键轴安装孔；
[0036]9、传动螺纹杆，9.1、传动螺纹，9.2、传动螺纹杆安装孔，9.3、传动螺纹杆凸台；
[0037]10、传动螺纹套，10.1、传动螺纹套安装孔，10.2、传动内螺纹；
【具体实施方式】
[0038]下面结合实施例及其附图详细叙述本实用新型。实施例是以本实用新型所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
[0039]本实用新型设计的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴(简称主轴，参见图1-10)以主轴连接轮毂和连接齿轮箱的方向分别为前、后向，所述主轴包括同轴由前到后顺序安装的轮毂法兰1、耦合器2、缓冲弹簧连接前座4、传动螺纹套10、传动螺纹杆9、缓冲弹簧连接后座6、花键轴8和齿轮箱连接轴7，缓冲弹簧连接前座4和缓冲弹簧连接后座6之间还安装缓冲弹簧5;
[0040]轮毂法兰1(参见图1)上设有位于法兰盘上的轮毂安装孔1.1和位于法兰颈端部的耦合器安装孔1.2;
[0041]耦合器2(参见图2)包括顺序布置并由螺栓紧固连接的耦合前盘2.1、前耦合弹簧片2.2、耦合中间盘2.3、后耦合弹簧片2.4和耦合后盘2.5;耦合前盘的前端面通过螺栓连接在轮毂法兰的耦合器安装孔上，耦合后盘2.5端面沿轴向向后突出形成颈部，
[0042]耦合后盘的颈部上分别套装止推轴承3和缓冲弹簧连接前座4，止推轴承和缓冲弹簧连接前座与耦合后盘的颈部呈间隙配合，止推轴承的座圈和轴圈分别与耦合后盘的端面和缓冲连接前座的前端面接触;缓冲弹簧连接前座4为环形盘，其中心孔为耦合器后座配合孔4.2，缓冲弹簧连接前座的后端面具有沿周向均匀分布的N个弹簧前安装座4.1，弹簧前安装座上具弹簧前安装孔。缓冲弹簧连接后座为环形盘，缓冲弹簧连接后座的前端面接近外圆周沿周向均匀分布N个弹簧后安装座6.2，弹簧后安装座上具有弹簧后安装孔，缓冲弹簧的两端分别安装在弹簧前安装孔和弹簧后安装孔内；缓冲弹簧连接后座的中心孔为传动螺纹杆凸台配合孔6.3，在中心孔周围沿圆周分布有丝杆花键轴连接孔6.1;
[0043]所述传动螺纹套10为具有传动内螺纹10.2的套管，在传动螺纹套的前端部具有凸缘，在凸缘上具有传动螺纹套安装孔10.1，所述传动螺纹套通过传动螺纹套安装孔与耦合后盘的的颈部的后端部固定连接。所述传动螺纹杆的外表面具有与传动螺纹套匹配的传动螺纹9.1，传动螺纹杆的后端部具有凸缘和凸出凸缘后端面的传动螺纹杆凸台9.3，在凸缘的端面上具有传动螺纹杆安装孔9.2，所述传动螺纹杆的外表面的传统螺纹与传动螺纹套配合，传动螺纹杆安装孔与丝杆花键轴连接孔配合，传动螺纹杆凸台伸入缓冲弹簧连接后座的传动螺纹杆凸台配合孔中。
[0044]花键轴8外表面具有花键8.1，花键轴的前端面形成凸缘，凸缘上具有花键轴安装孔8.2，花键轴安装孔8.2与传动螺纹杆安装孔分别与丝杆花键轴连接孔6.1的两端配合并由螺栓固连。
[0045]齿轮箱连接轴7为空心轴，齿轮箱连接轴内部为同轴的花键孔7.3，花键孔内表面具有能够和花键配合的内花键7.4，齿轮箱连接轴后端面沿周向分布，在齿轮箱连接轴外壁上接近后端面处具有螺栓投放窗孔7.1，所述螺栓投放窗孔用于投放安装在齿轮箱连接轴安装孔7.2上的螺栓。
[0046]实施例
[0047]本实施例中，N=6。
[0048]本实施例中的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，整体结构示意图如图1所示，轮毂法兰结构示意图如图2所示，耦合器结构示意图如图3所示，缓冲弹簧连接前座结构示意图如图4所示，缓冲弹簧连接后座结构示意图如图5所示，齿轮箱连接轴结构示意图如图6所示，齿轮箱连接轴沿轴向的全剖示意图如图7所示，花键轴结构示意图如图8所示，传动螺纹杆结构示意图如图9所示，传动螺纹套结构示意图如图10所示，工作状态结构示意图如图11所示。
[0049]本实用新型提供的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴(以下简称主轴)工作原理和过程如下:
[0050]I)由于耦合器中耦合弹簧片的作用，使得轮毂法兰与齿轮箱连接轴即使在同轴度较差的时候也不会让齿轮箱受到风机主轴承受的弯曲应力；
[0051 ] 2)当输入动力发生变化时，轮毂法兰带动耦合器转动，进而带动传动螺纹套转动，由于止推轴承的作用，在动力变化瞬间缓冲弹簧连接前座及缓冲弹簧、缓冲弹簧连接后座、传动螺纹杆、花键轴、齿轮箱连接轴均不会随传动螺纹套立即转动，而会随着缓冲弹簧连接前座4同步转动，从而避免了齿轮箱连接轴输出动力的剧烈变化；
[0052]3)输入动力增大时，传动螺纹套与传动螺纹杆相对转动进而引起传动螺纹杆的轴向运动，传动螺纹杆轴向运动带动缓冲弹簧连接后座及花键轴朝前方平动，缓冲弹簧连接前座在缓冲弹簧的作用下推动止推轴承，使缓冲弹簧连接前座与耦合器之间的的摩擦力逐渐增大，当达到平衡状态后，齿轮箱连接轴开始与耦合器同步转动，进而带动风力发电机的齿轮箱转动。
[0053]综上，本实用新型提供的主轴，可以在化解弯曲应力的同时，还能够缓解冲击载荷，将瞬间冲量与弹簧作用力抵消，达到将弯曲载荷与冲击载荷均化解的效果。
[0054]利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，以主轴连接轮毂和连接齿轮箱的方向分别为前、后向，其特征是所述主轴包括由前到后顺序同轴安装的轮毂法兰、耦合器、缓冲弹簧连接前座、传动螺纹套、传动螺纹杆、缓冲弹簧连接后座、花键轴和齿轮箱连接轴，缓冲弹簧连接前座和缓冲弹簧连接后座之间还安装缓冲弹簧； 轮毂法兰上设有位于法兰盘上的轮毂安装孔和位于法兰颈端部的耦合器安装孔； 耦合器包括由前到后顺序布置并由螺栓紧固连接的耦合前盘、前耦合弹簧片、耦合中间盘、后耦合弹簧片和耦合后盘;耦合前盘的前端面通过螺栓连接在轮毂法兰的耦合器安装孔上，耦合后盘端面沿轴向向后突出形成颈部， 耦合后盘的颈部上分别套装止推轴承和缓冲弹簧连接前座，止推轴承和缓冲弹簧连接前座与耦合后盘的颈部呈间隙配合，止推轴承的座圈和轴圈分别与耦合后盘的端面和缓冲连接前座的前端面接触;缓冲弹簧连接前座为环形盘，其中心孔为耦合器后座配合孔，缓冲弹簧连接前座的后端面具有沿周向均匀分布的N个弹簧前安装座，弹簧前安装座上具弹簧前安装孔;缓冲弹簧连接后座为环形盘，缓冲弹簧连接后座的前端面接近外圆周沿周向均匀分布N个弹簧后安装座，弹簧后安装座上具有弹簧后安装孔，缓冲弹簧的两端分别安装在弹簧前安装孔和弹簧后安装孔内；缓冲弹簧连接后座的中心孔为传动螺纹杆凸台配合孔，在中心孔周围沿圆周分布有丝杆花键轴连接孔； 所述传动螺纹套为具有传动内螺纹的套管，在传动螺纹套的前端部具有凸缘，在凸缘上具有传动螺纹套安装孔，所述传动螺纹套通过传动螺纹套安装孔与耦合后盘的的颈部的后端部固定连接;所述传动螺纹杆的外表面具有与传动螺纹套匹配的传动螺纹，传动螺纹杆的后端部具有凸缘和凸出凸缘后端面的传动螺纹杆凸台，在凸缘的端面上具有传动螺纹杆安装孔，所述传动螺纹杆的外表面的传统螺纹与传动螺纹套配合，传动螺纹杆安装孔与丝杆花键轴连接孔配合，传动螺纹杆凸台伸入缓冲弹簧连接后座的传动螺纹杆凸台配合孔中； 花键轴外表面具有花键，花键轴的前端面形成凸缘，凸缘上具有花键轴安装孔，花键轴安装孔与传动螺纹杆安装孔分别与丝杆花键轴连接孔的两端配合并由螺栓固连； 齿轮箱连接轴为空心轴，齿轮箱连接轴内部为同轴的花键孔，花键孔内表面具有能够和花键配合的内花键，齿轮箱连接轴后端面沿周向分布，在齿轮箱连接轴外壁上接近后端面处具有螺栓投放窗孔，所述螺栓投放窗孔用于投放安装在齿轮箱连接轴安装孔上的螺栓。2.如权利要求1所述的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，其特征是48。3.如权利要求1所述的一种具有耦合缓冲功能的风力发电机主轴，其特征是N=6。
【文档编号】F16F15/134GK205423081SQ201620271767
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】宋中越, 甄冬, 师占群, 马姣姣
【申请人】河北工业大学