专利名称：用于控制齿轮单元的润滑的方法以及齿轮单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以如下方式控制齿轮单元的润滑的方法润滑方法基于润滑流体的温度改变。本发明还涉及一种利用此方法的齿轮单元。
背景技术：
在本说明书中，我们使用术语大齿轮来指代有齿的、旋转的机件。两个或更多个啮合的大齿轮构成一个齿轮级。同样地，在本说明书中术语齿轮指代具有第一轴和第二轴的机械系统，在第一轴与第二轴之间，一个或更多个齿轮级提供在旋转轴的方向上的速度和扭矩的变换和/或变化。齿轮单元包括固有的齿轮并且可包括辅助增强系统，诸如检测仪器、控制和润滑装置。齿轮单元的润滑系统通常包括润滑泵，该润滑泵布置为使诸如油的润滑流体通过齿轮单元的一个齿轮级或者多个齿轮级以及通过齿轮单元的轴承循环。由于润滑流体的粘度，特别是在润滑油的情形中，通常非常依赖于温度，所以润滑泵必须以这样的方式设计和运行即使润滑流体冰冷且从而其粘度相对高，也不会损坏润滑泵。由于冰冷润滑流体的高粘度，特别是当启动包含齿轮单元的机器时，经常需要通过加热润滑油来降低润滑流体的粘度。润滑流体的加热一般通过为齿轮单元的润滑系统配备预热器来实现。其中，预热器的使用以及对于润滑流体泵的鲁棒设计规范升高了齿轮单元的复杂性和成本。在封装齿轮单元中使用的另一类型的润滑方法是飞溅润滑。在飞溅润滑中，大齿轮齿浸入润滑剂的盘中并在大齿轮旋转时将该润滑剂传送到啮合的大齿轮。公开文献DE 32 31 016公开了一种解决方案，其中循环润滑和飞溅润滑在同一齿轮单元中使用。在此解决方案中，当向齿轮单元的供电被切断时，从循环润滑到飞溅润滑的改变通过控制装置发生。这样即使在电源故障期间，齿轮单元的大齿轮也得以保持润滑。公开文献GB 2 201 200公开了一种对用于风能装置的齿轮装置的润滑的方法，该方法包括通过带注射润滑的油循环系统来维持操作润滑同时对该油进行冷却的步骤。在此解决方案中，当齿轮装置的转速下落到可设定值以下时，齿轮装置外壳中的油位的正常高度增加到飞溅润滑所需的高度。
发明内容
在根据本发明的解决方案中，对润滑流体的温度进行测量并且当润滑流体的温度低于预设值时，通过飞溅润滑来对齿轮单元润滑。当润滑流体在齿轮单元的运行期间变热并且润滑流体的温度达到同一或另一预设值时，润滑方法改变为循环润滑。在根据本发明的解决方案中，还能够具有两个预设的润滑流体温度，齿轮单元的润滑的改变基于所述两个预设的润滑流体温度。在此情形中，当润滑流体温度在两个预设温度值之间时，飞溅润滑和循环润滑能够同时使用。
在根据本发明的解决方案的情况下，飞溅润滑方法用于将润滑流体加热至适当的温度并因此在改变为循环润滑之前将润滑流体的粘度降低到合适的水平。这样，由于润滑流体的粘度的变化范围远小于类似的现有技术的系统，所以循环润滑系统的元件得以更少鲁棒性地设计。此外，由于润滑流体的变热利用来自齿轮单元运行的能量来实现，所以可以消除对用于加热润滑流体的独立预热器的需求，这使得润滑系统不那么复杂。利用根据本发明的解决方案获得的其他优点包括当与纯粹的飞溅润滑相比时，根据本发明的解决方案提高了齿轮单元的效率，本发明实现了齿轮单元在更广泛的气候运行条件下，特别是在寒冷条件下的使用，本发明实现了利用机械能代替电能对润滑流体的加热，并从而降低了齿轮单元的运行成本，本发明通过延长所需的流体变化期而延长了润滑流体的运行寿命，并从而还降低了齿轮单元的运行成本，以及本发明减少了润滑流体的已被证实会降低润滑流体的润滑性和热传递质量的发泡。在本发明中，润滑有利地通过自动润滑控制系统改变，在该自动润滑控制系统中，对预设润滑流体温度值进行编程设计，并且该自动控制系统基于来自温度传感器的温度测量来跟踪润滑流体的温度。在根据本发明的解决方案中使用的润滑流体有利地是润滑油。在权利要求1的特征部分中更精确地公开了以根据本发明的方法为特征的特征，而在权利要求7的特征部分中更精确地公开了以根据本发明的齿轮单元为特征的特征。其他有利特征在从属权利要求中公开。
本发明的示例性实施例及其优点在下文中以示例的形式并参照附图进行了更详细地说明，其中图1示出根据本发明的齿轮单元的示意性剖视图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的有利的示例性实施例的齿轮单元的示意性剖视图。图1中公开的齿轮单元是包括两个行星齿轮级的行星齿轮单元。第一行星齿轮级包括行星轮架101、齿圈102、行星轮103和太阳齿轮轴104。第二行星齿轮级包括行星轮架105、齿圈106、行星轮107和太阳齿轮轴108。第一行星齿轮级的行星轮架101构成了布置为从适当的原动机接收机械动力的机械接口结构的一部分。因此，第一行星齿轮级的行星轮架101通过该原动机旋转。齿圈102是固定的。第一行星齿轮级的太阳齿轮轴104连接到第二行星齿轮级的行星轮架105。因此，第二行星齿轮级的行星轮架105通过第一行星齿轮级的太阳齿轮轴104旋转。齿圈106是固定的。第二行星齿轮级的太阳齿轮轴108例如可连接到发电机的转子。在图1中示出的齿轮单元中，第二行星齿轮级的太阳齿轮轴108浮动支撑第二行星齿轮级的行星轮107。第一行星齿轮级的太阳齿轮轴104浮动支撑第一行星齿轮级的行星轮103和第二行星齿轮级的行星轮架105。然而，也可能的是太阳齿轮轴中的一个或两个是轴承安装的。在图1的实施例中，固定齿圈102形成第一齿轮级的框架的一部分，而固定齿圈106形成第二齿轮级的框架的一部分。应当注意的是在本发明的背景下，固定齿圈102和106能封装在齿轮级的框架内，或者这些齿圈能够是可旋转齿圈，由此它们必须通过框架封装。因此，在图1的实施例中，齿轮单元的除齿圈102和106之外还包括框架部111、112和113的框架可例如以单个铸件的方式制造成单个整体。这种用于齿轮单元的单框架件增强了框架的结构强度，并允许力从齿轮单元内向单元的框架以及从该单元的框架向适当的外部机械紧固结构的更好传递。图1的齿轮单元还具有用于润滑齿轮级的齿轮的润滑系统。在图1的实施例中，该润滑系统包括润滑流体罐，在此情形中，该润滑流体罐是润滑油罐121 ;润滑油泵122 ；用于将润滑油供给到齿轮单元内的润滑通道123至125 ;用于将润滑油从齿轮单元排出的润滑通道126、127 ;和用于控制来自齿轮单元的润滑油的量的可控阀128、129。该齿轮单元的润滑系统还包括其他为本领域技术人员已知的元件，诸如例如润滑冷却元件130、润滑油过滤器元件131和润滑油预热元件(未示出)。图1的润滑系统还可包括并且通常包括所布置的用于轴承109和110的润滑装置。为简洁起见，轴承109和110的润滑装置未在图1中示出。该齿轮单元还包括用于测量润滑油的温度的温度传感器A至C。温度传感器A测量位于第一齿轮级的框架或外壳内的润滑油的温度，温度传感器B测量位于第二齿轮级的框架或外壳内的润滑油的温度，而温度传感器C测量位于润滑油罐121内部的润滑油的温度。当图1的齿轮单元在润滑油冰冷即润滑油的温度低于预设温度值时运行，或者当齿轮单元启动时，仅飞溅润滑用于润滑齿轮单元的齿轮级。这通过将齿轮级的框架内的润滑油位升高到润滑油位覆盖大齿轮102和106的下部的高度来实现。齿轮级的框架内的油位的升高能通过如下方式实现在位于润滑油通道126和127中的可控阀128和129关闭时，利用润滑油泵122将润滑油从润滑油罐121通过润滑油通道123、124和125供应。可选地，特别是在齿轮单元于寒冷条件下运行的情形中，能够在停止齿轮单元的运行之前将适于飞溅润滑的润滑油的量供给到齿轮单元内部，从而当齿轮单元恢复运行时，能够立即使用飞溅润滑。当齿轮级的框架内的润滑油的温度由于通过齿轮单元的运行产生的热而升高到第一预设温度值时，通过启动油泵122并至少部分地打开可控阀128和129来开始循环润滑，该齿轮级的框架内的润滑油的温度利用温度传感器A和B来测量。润滑油罐121内的润滑油的温度利用温度传感器C来测量，并且在齿轮单元的运行期间，能够利用例如独立的预热器或利用从运行的齿轮单元接收的热来对油罐中的润滑油加热。油罐121中的润滑油的温度测量还用于确保用于润滑油泵122的润滑油的适当粘度。根据所用润滑控制系统的设定，当循环润滑在达到润滑油的第一设定温度值时开启时，飞溅润滑能够停止，或者飞溅润滑和循环润滑能够同时使用。在此同时飞溅和循环润滑期间，通过控制位于将润滑油从齿轮单元排出的润滑油通道126和127中的可控阀128和129，维持第一和第二齿轮级内的润滑油位处在适于飞溅润滑的油位。
如果在达到第一设定温度之后同时使用飞溅润滑和循环润滑，那么在润滑控制系统中还设有用于润滑油的温度的第二设定温度值。该用于润滑油的温度的第二设定温度值高于第一设定温度值，并且当润滑油的温度达到此第二设定温度值时，润滑控制系统将齿轮单元的润滑从同时飞溅润滑和循环润滑切换到仅循环润滑。循环润滑的改变通过将飞溅循环所需的过多润滑油从第一和第二齿轮级的框架除去并因而通过可控阀128和129的控制将这些框架内的润滑油的油位降低到齿圈102和106的下边缘以下来实现。用于改变齿轮单元的润滑类型的润滑流体的温度范围例如如下当润滑流体的温度在+5°C以下时，仅使用飞溅润滑，当润滑流体的温度从+5°C到+40°C时，飞溅润滑和循环润滑两者都使用，并且当润滑流体的温度在+40°C以上时，仅使用循环润滑。关于上述温度范围，要注意的是那些范围是在根据本发明的解决方案中使用的通常范围，具有+/_5°C的偏差。然而，用于改变齿轮单元的润滑类型的精确界限温度基于所选择的润滑部件和所使用的润滑流体来限定。在此类型的齿轮单元中，润滑流体的正常运行温度从+30°C到+70°C。图1的润滑系统有利地利用自动润滑控制系统控制，该自动润滑控制系统通过温度传感器A至C跟踪润滑油的温度并基于所测量的温度和输入到自动润滑控制系统中的设定温度值通过润滑泵122及可控阀128和129的控制来改变润滑类型。尽管在图中将本发明描述为应用于行星齿轮单元，但是要注意的是本发明能够在适于使用飞溅润滑和循环润滑两者的任何类型的齿轮单元中使用。这些类型的齿轮单元包括但不限于例如不同类型的行星齿轮单元和不同类型的伞齿轮单元。另外，以上给出的说明书中提供的具体示例不应理解为限制。因此，本发明不仅限于上述的实施例。
权利要求
1.一种用于控制齿轮单元的润滑的方法，其中在所述齿轮单元的运行期间，所述齿轮单元的润滑方法在循环润滑与飞溅润滑之间改变，其特征在于，测量所述润滑流体的温度，并且循环润滑与飞溅润滑之间的所述改变基于所测量的所述润滑流体的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中为所述润滑流体设定预设温度值，并且当润滑流体温度在所述预设温度值以下时使用飞溅润滑，而当润滑流体温度在所述预设温度值以上时使用循环润滑。
3.根据权利要求1所述的方法，其中为所述润滑流体设定两个预设温度值，并且当润滑流体温度在较低的预设温度值以下时使用飞溅润滑，当润滑流体温度在较高的预设温度值以上时使用循环润滑，而当所述润滑流体的温度在所述两个预设温度值之间时使用飞溅润滑和循环润滑这两种润滑。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中从飞溅润滑到循环润滑的所述改变包括所述齿轮单元的润滑流体槽的排干。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中润滑的所述改变通过自动润滑控制系统来实现。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述润滑流体是润滑油。
7.一种齿轮单元，包括 第一轴和第二轴，所述第一轴和第二轴用于连接到外部机械系统； 所述第一轴与第二轴之间的至少一个齿轮级； 通道，所述通道用于引导润滑流体流过所述齿轮的所述至少一个齿轮级和轴承； 润滑泵，所述润滑泵用于将所述润滑流体泵送到所述通道以便提供循环润滑； 润滑流体槽，所述润滑流体槽用于容纳润滑油以便提供飞溅润滑； 可控阀系统，所述可控阀系统用于排空所述润滑流体槽以便停用所述飞溅润滑，并且 其特征在于，所述齿轮单元包括用于测量所述润滑流体的温度的至少一个温度传感器，和用于基于所述润滑流体的温度测量来使所述齿轮单元的润滑在循环润滑与飞溅润滑之间改变的装置。
8.根据权利要求7所述的齿轮单元，其中用于改变所述齿轮单元的润滑的装置包括自动润滑控制系统，所述自动润滑控制系统基于来自所述至少一个温度传感器的温度测量使所述齿轮单元的润滑在循环润滑与飞溅润滑之间改变。
9.根据权利要求8所述的齿轮单元，其中所述自动润滑控制系统包括用于改变所述齿轮单元的润滑的预设的润滑流体温度值。
10.根据权利要求8所述的齿轮单元，其中所述自动润滑控制系统包括用于改变所述齿轮单元的润滑的至少两个预设的润滑流体温度值。
全文摘要
一种用于控制齿轮单元的润滑的方法，其中在齿轮单元的运行期间，该齿轮单元的润滑方法在循环润滑与飞溅润滑之间改变，在齿轮单元的运行期间测量润滑流体的温度，并且循环润滑与飞溅润滑之间的改变基于所测量的所述润滑流体的温度。本发明还涉及此齿轮单元。
文档编号F16H57/04GK103062378SQ20121044917
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月22日
发明者米科·耶尔维宁, 萨卡里·哈蒂卡, 亚尔诺·胡伊科, 米科·科波宁 申请人:美闻达传动设备有限公司