专利名称：轻型齿轮传动装置的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种具有高效率和很小体积及重量的大传动比行星齿轮装置。尽管它可以用于减速或增速的应用中，但特别适用于后者，尤其适用于风力涡轮发电机运行中由于转矩和全速升压比随动力增加而导致变速器重量不成比例的增加，例如一个3000kW涡轮机以35％的速度运行并且其转矩是一个375kW机械的22.6倍。这意味着八倍动力的增加导致相应变速器的重量增加的指数超过22.6。本发明不仅能使变速器少于传统变速器一半的质量，而且具有更低的轮齿应力，更长寿命的轴承和更高的总效率。
由于变速器的制造成本主要由重量决定且由于这还将影响机舱和塔架的重量，因此重要的节省涉及到全部的安装设施。
因此本发明开发了如下装置，即带有小标准的环形齿轮对太阳轮传动比的行星齿轮传动装置比大传动比的齿轮传动装置能容纳更多数量的行星轮。此外，因为太阳轮相对于行星齿轮架的相对速度较低，当在具有固定的环形齿轮的行星配置中被采用时，传动比越低、齿轮传动装置效率变得越好，确保了较大比例的输出动力以直接啮合作用被传输。由于行星齿轮架的转矩在数值上等于太阳轮和环形齿轮转矩的总和，于是为了缩小体积，它总应作为变速器上的高转矩元件。然而，为了实现使用三个以上行星轮的全部优点，必须具有一个有效的装置在它们之间平均分配载荷例如柔性销行星轴，其能使所采用的行星轮的最大数目仅取决于相邻行星轮顶直径之间的间距。本发明关键的特征是全部输入转矩被任意分配在两个小传动比初级行星齿轮系上，所述初级行星齿轮系通过两条平行路线传输动力。这些小传动比是出自对传递到单个输出的分散动力进行重新联合的次级差动齿轮系的使用。合成的总体增速传动比有效地加倍并且在给定输出速度下初级传动比能被均分。这使得可以采用更多行星轮，从而显著减小总体重量和部件尺寸。
依照本发明的一个方面能提供一种包括两个高转矩行星齿轮系的大传动比行星齿轮装置，其动力流经两条平行路线，其中一条或另一条路线是具有低转矩差动齿轮系或齿轮的中间恒星齿轮系，其以如下方式传递联合动力，即高转矩行星齿轮系按照预定比率分配全部的转矩。
在优选的实施例中，高转矩行星齿轮系平均分配全部转矩。高转矩齿轮系可以有相同或者不同的传动比。差动齿轮或者齿轮系可以以行星系轮系的形式出现。这些高转矩齿轮系可以分别有6和8个行星轮，且恒星轮和差动齿轮系可以分别有12和5个行星轮。
所述装置可以包括附加的中间太阳齿轮系，其中动力路线没有中间恒星齿轮系，且中间太阳齿轮系本身能被行星齿轮系所代替。
另一方面，本发明包括在前权利要求所述的任意一个包括变速箱的相同装置的逆行星齿轮，所述齿轮箱是旋转传动部件且高转矩行星齿轮系的齿轮架作为固定式反作用部件。
尽管以上已经对本发明进行了限定，但能被理解的是它同样包括在上面或者下面描述中提出的特征的任意创造性的组合。
本发明可以通过多种方式被实现，且详细的实施例将通过参考附图来进行描述。
图1为传动比是35∶1的大传动比行星齿轮装置的示意图；图2为传动比是70∶1的这种齿轮装置的示意图；图3为具有120∶1传动比的进一步实施例的示意图；以及图4为在前述各图中提出的设计原理的逆行星齿轮装置的示意图。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，增速齿轮的输入动力和转矩在两个行星齿轮系的行星齿轮架1和2之间被分配，行星齿轮系的动力分别输送到其太阳轮3和4。第一太阳轮驱动差动齿轮系的行星齿轮架5且同时第二太阳轮以一定转速和方向经中间恒星齿轮系7驱动差动环形齿轮6，当不考虑两个行星齿轮架输入之间的相对扭转变形时所述转速和方向必需精确确定在各自的初级齿轮系上所需动力的平衡。
尽管相当可行的是在两个初级行星齿轮系上具有同样为2.8的环形齿轮对太阳轮的传动比，且在中间行星和差动齿轮系上对应的传动比为1.62，以此来提供20/1的总的增速传动比，但是如果次级齿轮系的传动比稍微小于初级齿轮系则可获得更高的总传动比，因为这使低转矩差动齿轮系的传动比能够被增加，例如在两个高转矩初级齿轮系中环形齿轮对太阳轮的传动比分别为2.8和2.15，且在低转矩中间和差动齿轮系中传动比分别为1.54和3.6，这样使得总传动比为35/1。在这样的传动比下，柔性行星轴使得6和8个行星轮能被初级齿轮系容纳且12和5个行星轮能被中间和差动齿轮系容纳。
虽然这种安排有四个齿轮系，但带有分开的动力路线和低传动比的多个行星轮有小的直径，确保了相对的节线速度、齿面负载和总的联合损失比常规的具有相同总传动比的两级齿轮装置更低。
如图2所示，通过将中间太阳齿轮系8(也就是带有固定太阳轮反作用部件)引入通向差动行星齿轮架的第一动力路线中并在通向差动环形齿轮的第二路线中增加中间恒星轮的传动比，差动环形齿轮对太阳轮的传动比能被增加到5.1(带有四个行星轮)从而使总传动比达到70/1。因为在不改变初级高转矩行星齿轮系的传动比的情况下能做到这样，所以主要由于额外的低转矩太阳齿轮系才增加了相应较小的重量。
图3示出总传动比甚至能增加到120/1，而重量又没有明显的增加，通过将第一路线上的太阳轮系变为中间齿轮系9并增加第二路线的中间恒星传动比但是使初级和差动传动比与图2所示的相同。
图4示出逆行星轮装置的原理，其中壳体为旋转动力传输部件，同时高转矩初级行星齿轮架成为固定的反作用部件。
在所有四个布置中，通过可选择地将来自中间恒星轮、太阳轮或者行星齿轮系的输出与差动齿轮系的环形齿轮或者行星齿轮架接合从而使输入和输出部件被布置成即能以相同方向也能以不同方向旋转。
尽管通过在高转矩初级齿轮系中使用小标准传动比来减少体积/重量，但中间和差动齿轮系传动比的变化能实现总传动比的足够增加，从而确保了没有必要为了保证任一种现有的风力涡轮机的动力和速度而超过5个齿轮系。尽管如此，表面上一个5齿轮系装置可能显得复杂，但实际上可以采用一个配备有两条路线、两级固定传动比部分和一个最终差动级的三级齿轮传动装置来确定在各个路线上动力的平衡。可是，进一步将传动分配到三条或者更多的带有双重或者多重差动集成排列的平行动力路线是可行的。
特别地，在风力涡轮机应用中，总传动比、齿轮系数目和它们的布置的选择取决于安装结构中连接和固定的需要，举例来说，无论是否需要偏置输出轴。还取决于额外的转矩限制和/或可变传动比机构的施加。为了减小体积和重量，这些机构优选位于发电机最终驱动之前的高速/低转矩输出级。
权利要求
1.一种大传动比行星齿轮装置，包括两个高转矩行星齿轮系，动力通过所述高转矩行星齿轮系以两条平行路线传递，其中一条或另一条路线是具有低转矩差动齿轮系或齿轮的中间恒星齿轮系，所述中间恒星齿轮系以如下方式传递联合动力，即高转矩行星齿轮系按照预定比率分配总的转矩。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高转矩行星齿轮系平均分配其总的转矩。
3.如权利要求1和2所述的装置，其特征在于，所述高转矩齿轮系可以具有相同或不同的传动比。
4.如在前任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述差动齿轮系是行星齿轮系。
5.如权利要求4所述的装置，当从属于权利要求3时，所述高转矩齿轮系分别有6和8个行星轮，且所述中间和差动齿轮系分别有12和5个行星轮。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，包括一个额外的中间太阳齿轮系，其中任何一个动力路线均没有中间恒星齿轮系。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述中间太阳齿轮系被一个行星齿轮系替代。
8.如前任意一项权利要求所述的任一个装置的逆行星齿轮装置，包括一个齿轮箱，其中，所述齿轮箱是旋转传动部件且所述高转矩行星齿轮系的行星齿轮架作为固定式反作用部件。
全文摘要
一种大传动比行星齿轮装置，包括两个高转矩行星齿轮系，动力通过所述高转矩行星齿轮系以两条平行路线传递，其中一条或另一条路线是具有低转矩差动齿轮系或齿轮的中间恒星齿轮系，所述中间恒星齿轮系以如下方式传递联合动力，即高转矩行星齿轮系按照预定比率分配总的转矩。
文档编号F16H37/08GK1867791SQ200480027334
公开日2006年11月22日 申请日期2004年9月20日 优先权日2003年9月22日
发明者雷蒙德·J·希克斯 申请人:轨道2有限公司, 雷蒙德·J·希克斯