专利名称：行星齿轮装置及风力发电装置的制作方法
技术领域：
本发明例如涉及在风力发电装置的增速机等中使用的行星齿轮装置及风力发电
>J-U ρ α装直。
背景技术：
通常，作为使从驱动动力源输入的旋转动力的旋转速度减速或增速的动力传递机构，已知有行星齿轮装置。行星齿轮装置具备:具有内齿的环形齿轮；具有外齿的恒星齿轮；及在环形齿轮及恒星齿轮之间以与它们啮合的方式配置的行星齿轮。这种行星齿轮装置由于以少的级数而能得到大的增速比或减速比且能够传递大的转矩，因此作为变速装置或增减速装置而被广泛使用，例如在风力发电装置中被利用作为增速机。在此，风力发电装置包括:安装有旋转叶片的轮毂；收纳增速机及发电机的机舱；及对机舱进行支承的塔架。在这种风力发电装置中，行星齿轮装置被使用作为增速机，利用该增速机，在将风力发电装置的叶片的旋转力向发电机传递时，转换成适合于进行发电的转速。作为关联的技术，在专利文献I中记载有具备行星齿轮装置的风力发电设备用变速机。该变速机采用行星式的行星齿轮装置，具有与连结于叶片的主轴一起旋转的行星轮架，在该行星轮架设有多个行星销。在行星销经由滑动轴承而安装有行星齿轮，此外在该行星齿轮啮合有环形齿轮及恒星齿轮。由此，伴随着主轴的旋转，行星齿轮进行自转及公转，并将增速后的旋转向恒星齿轮侧输出。如图10 (A)、( B)所示，通常在行星齿轮装置50中，滑动轴承53安装在行星齿轮52的轴孔内周面。需要说明的是，图10是表示以往的行星齿轮及滑动轴承的图，(A)是立体图，(B)是从轴向观察的图。此外，从良好地保持行星销51与滑动轴承53的滑动性并提高轴承寿命的观点出发，向滑动轴承53的内周面与行星销51的外周面之间供给润滑油，而在轴承面形成油膜。然而，以这种方式在行星齿轮装置50使用滑动轴承53时，若与行星齿轮52 —体旋转的滑动轴承53成为低速旋转，则无法避免行星销51与滑动轴承53的滑动面发生接触的情况。因此，作为在滑动轴承53的滑动面使用的材料，多采用耐热性高的PEEK树脂、特氟纶(注册商标)等树脂系材料。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开2011-127451号公报然而，如专利文献I那样在行星齿轮侧设置滑动轴承时，由于滑动轴承的内周面与行星销的外周面之间的接触滑动、形成在它们之间的油膜的剪切作功等而产生热量，并向周围的构件传递。此时，若滑动轴承使用树脂系材料，则耐热性高的树脂系材料也同时具有隔热性高的性质，因此如图10 (B)所示，在轴承面产生的热量由于滑动轴承53的隔热效果而大致传递至行星销51侧。由于如此将热量封入在行星销51侧，而行星销51的温度比行星齿轮52的温度升高，行星销51的热膨胀量与行星齿轮52的热膨胀量产生大的差异。其结果是，行星销51的外周面与行星齿轮52侧的滑动轴承53的内周面之间的间隙消失，可能会导致烧损、抱死这样的轴承的损伤。
发明内容
因此，本发明鉴于上述的情况而作出，其目的在于提供一种能够防止轴承的热膨胀引起的烧损、抱死等造成的轴承的损伤的行星齿轮装置及风力发电装置。本发明的行星齿轮装置的特征在于，具备:环形齿轮；在所述环形齿轮的内周侧设置的恒星齿轮；在所述环形齿轮与所述恒星齿轮之间以与所述环形齿轮及所述恒星齿轮啮合的方式配置的至少一个行星齿轮；固定于行星轮架并插入所述行星齿轮的轴孔的行星销；及在所述行星齿轮与所述行星销之间配置的滑动轴承，所述滑动轴承由树脂系材料形成，所述滑动轴承设置在所述行星销的外周面中的至少与所述行星齿轮的轴孔内周面抵接的抵接部位。根据本发明，由于构成为将由树脂系材料形成的滑动轴承设置在行星销的外周面，因此在滑动轴承的滑动部位产生的热量主要向行星齿轮侧传递，防止行星销的温度比行星齿轮大幅升高的情况。因此，能够减小行星销的相对于行星齿轮的热膨胀量，能够维持行星齿轮与滑动轴承之间的间隙，因此能够防止由烧损、抱死等造成的轴承的损伤。在此，在行星齿轮装置中，在减速时或增速时，行星销的载荷作用的方向一定。因此，在行星销的外周面中的作用负荷的状态下与行星齿轮进行滑动的部位成为确定的一部分。因此，在本发明中，通过在行星销的外周面中的至少与行星齿轮的轴孔内周面抵接的抵接部位设置滑动轴承，而能够在行星齿轮与行星销的滑动部位可靠地配置滑动轴承，从而能够稳定地确保良好的滑动性。需要说明的是，在本发明中，“抵接部位”包括滑动轴承的外周面与行星齿轮的轴孔内周面经由油膜而抵接的部位。而且，滑动轴承既可以设置在行星销的整周，也可以设置在周向的一部分。上述行星齿轮装置中，优选的是，还具备在所述行星齿轮的轴孔内周面安装的金属制的套筒，所述套筒的内周面的表面粗糙度比形成于所述套筒的内周面与所述滑动轴承之间的润滑油的油膜厚度小。如此，通过在行星齿轮的轴孔内周面安装具有比润滑油的油膜厚度小的表面粗糙度的内周面的金属制的套筒，而能够提高行星齿轮与设置于行星销的滑动轴承的滑动性。而且，由于通常齿轮由硬材质形成，因此通过选择比行星齿轮的硬度低的材质作为套筒的材质，与对行星齿轮的内周面实施表面加工的情况相比，加工变得容易。在上述行星齿轮装置中，优选的是，在所述滑动轴承的外周面及所述行星齿轮的轴孔内周面中的至少一方沿着所述行星销的轴向设置凸起。由此，即使在行星齿轮发生倾斜的情况下，也能够抑制设置于行星销的滑动轴承与行星齿轮的轴孔内周面发生单面接触的情况。优选的是，上述齿轮装置是行星式的行星齿轮装置，所述滑动轴承由相互分离的第一部分及第二部分构成，所述第一部分及所述第二部分设置在所述行星销的外周面的所述行星销的公转方向两侧的部位。如此，未将滑动轴承设置在行星销的整周而局部性地设置在行星销的外周面上，由此，减少树脂系材料的使用量，能够削减成本。此时，滑动轴承设置在行星销的外周面上的公转方向两侧的部位，因此无论是在增速还是减速的情况下，都在滑动面上配置滑动轴承，从而能够稳定地维持高的滑动性。另外，风力发电装置也可以具备上述行星齿轮装置，由此能够避免轴承的损伤并进行风力发电装置的稳定运转。发明效果本发明由于将由树脂系材料形成的滑动轴承设置在行星销的外周面，因此在滑动轴承的滑动部位产生的热量主要向行星齿轮侧传递，防止行星销的温度比行星齿轮大幅升高的情况。因此，能够减小行星销的相对于行星齿轮的热膨胀量，能够维持行星齿轮与滑动轴承之间的间隙，因此能够防止由烧损、抱死等造成的轴承的损伤。另外，通过在行星销的外周面中的至少与行星齿轮的轴孔内周面抵接的抵接部位设置滑动轴承，从而能够在行星齿轮与行星销的滑动部位可靠地配置滑动轴承，从而能够稳定地确保良好的滑动性。
图1是表示风力发电装置的整体结构例的图。
图2是表示适用本发明的实施方式的行星齿轮装置的增速机的结构例的剖视图。图3是表示行星式增速机的概要的图。图4是图3所示的行星式增速机的从轴向观察的概略结构图。图5是表示本发明的第一实施方式的行星齿轮及滑动轴承的图，(A)是立体图，(B)是从轴向观察的图。图6是表示本发明的变形例的行星齿轮及滑动轴承的立体图。图7是表示设有油槽的滑动轴承的结构例的立体图。图8是表示本发明的第二实施方式的行星齿轮及滑动轴承的立体图。图9是表示具有凸起的行星齿轮及滑动轴承的剖视图，(A)是表示在滑动轴承设有凸起的结构的图，(B)是表示在行星齿轮设有凸起的结构的图，(C)是表示在套筒设有凸起的结构的图。图10是表示以往的行星齿轮及滑动轴承的图，(A)是立体图，(B)是从轴向观察的图。标号说明1风力发电装置2塔架3机舱4轮毂5旋转叶片7主轴8输出轴9发电机10增速机
11壳体主体16环形齿轮20行星齿轮装置21行星轮架22行星销23、23A 23C滑动轴承24、24A 24C行星齿轮25恒星齿轮26行星输出轴27、27C套筒28增速侧负荷区 域29减速侧负荷区域30正齿轮增速装置31第一正齿轮32第二正齿轮33第三正齿轮34第四正齿轮
具体实施例方式以下，按照附图，说明本发明的实施方式。但是，本实施方式记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载就不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。[第一实施方式]参照图1，说明本发明的实施方式的风力发电装置。在此，图1是表示本发明的实施方式的风力发电装置的整体结构例的图。如该图所示，风力发电装置I主要包括:竖立设置在基础B上的塔架2 ;在塔架2的上端设置的机舱3 ;安装于机舱3的轮毂4 ;及安装于轮毂4的多个旋转叶片5。如图1所示，塔架2是从基础B向上方(图1的上方)延伸的柱状，且在所述塔架2的上端设置有机舱3。机舱3对轮毂4进行支承，且在所述机舱3的内部收纳增速机10、发电机9。BP,在机舱3的内部设有:与轮毂4连结的主轴7 ;与主轴7连结的增速机10 ;及与增速机10的输出轴8连结的发电机9。主轴7以与旋转叶片5及轮毂4 一起旋转的方式与轮毂4连结，并经由主轴承可旋转地固定在机舱3侦U。增速机10配置在主轴7与发电机9之间，对经由主轴7而从轮毂4侧输入的旋转进行增速，而向发电机9输出。接下来，参照图2至图4，说明风力发电装置I的增速机10的具体的结构。需要说明的是，图2是表示适用本发明的实施方式的行星齿轮装置的增速机的结构例的剖视图，图3是表示行星式增速机的概要的图，图4是图3所示的行星式增速机的从轴向观察的概略结构图。增速机10通常形成为将多级的增速机构组合而成的结构，利用该增速机10，主轴7的转速经过多级的增速而增速至最终的输出轴8的输出转速。增速机10的最终输出轴8经由未图示的联轴器而连结在发电机9侧。本实施方式的行星齿轮装置20作为增速机10的一个等级的增速机构而被装入。作为一例，图2所示的增速机10成为将进行第一级增速的行星式的行星齿轮装置20和进行第二级增速的正齿轮增速装置30收纳在壳体主体11内的结构。行星齿轮装置20包括:行星轮架21 ;保持于行星轮架21的行星销22 ;安装于行星销22的滑动轴承23 ;经由滑动轴承23而支承在行星销22上的行星齿轮24 ;与行星齿轮24啮合的环形齿轮16 ;及恒星齿轮25。如图2及图4所示，行星轮架21是保持多个(在本例中为3个)行星销22的保持板，利用设置在行星销22的外周的外筒部来保持行星销22。由此，行星轮架21与轮毂4侧的主轴7 —体地旋转，从而使安装于该行星轮架21的行星销22公转。需要说明的是，主轴7及行星轮架21由轴承12支承为能够旋转。滑动轴承23是将行星齿轮24以可自转的方式支承于行星销22的轴承，关于其具体的结构，在后面详细叙述。行星齿轮24经由滑动轴承23而支承于行星销22，并与环形齿轮16及恒星齿轮25啮合。环形齿轮16设置于壳体主体11,且具有与行星齿轮24哨合的内齿。另一方面,如图4所示，恒星齿轮25以被多个行星齿轮24包围的方式配置。而且，行星输出轴26嵌入恒星齿轮25。在这种行星齿轮装置20中，如图3及图4所示，当行星轮架21与主轴7 —起旋转时，行星销22及由行星销22支承的行星齿轮24以恒星齿轮25为中心进行公转。同时，行星齿轮24借助滑动轴承23的作用，而以行星销22为中心进行自转。由此，从作为输入轴的主轴7的旋转被增速，向行星输出轴26输出。需要说明的是，行星齿轮装置20产生的增速比根据行星齿轮24、环形齿轮16及恒星齿轮25的齿数来决定。图2所示的正齿轮增速装置30是附加于行星齿轮装置20而任意设置的增速机构，将行星输出轴26的旋转进一步增速而向最终输出轴8输出。例如图2所示，正齿轮增速装置30可以由彼此啮合的第一正齿轮31及第二正齿轮32、彼此啮合的第三正齿轮33及第四正齿轮34这2组齿轮组构成。在此，第一正齿轮31固定在与行星输出轴26连结的第一旋转轴17上，第二正齿轮32及第三正齿轮33固定在第二旋转轴18上，第四正齿轮34固定在最终输出轴8上。而且，第一旋转轴17、第二旋转轴18及最终输出轴8分别由第一轴承13、第二轴承14及第三轴承15支承为能够旋转。在这种正齿轮增速装置30中，第一正齿轮31的齿数比第二正齿轮32多，因此与行星齿轮装置20侧的行星输出轴26连结的第一旋转轴17的旋转被增速，向第二旋转轴18传递。此外，由于第三正齿轮33的齿数比第四正齿轮34多，因此第二旋转轴18的旋转被增速，向最终输出轴8传递。根据上述结构的增速机10，利用行星齿轮装置20及正齿轮增速装置30，将从轮毂4侧的主轴7输入的旋转以两级进行增速，且能够向发电机9侧的最终输出轴8传递。
在此，说明行星齿轮装置20的具体的结构。图5是表示本发明的第一实施方式的行星齿轮24及滑动轴承23的图，(A)是立体图，(B)是从轴向观察的图。如图5所示，滑动轴承23是至少滑动面由树脂材料形成的圆筒形状的构件。即，滑动轴承23既可以是仅由树脂材料构成的圆筒形状的构件，也可以是在圆筒形状的轴承主体表面配置有树脂的结构。在仅由树脂材料构成时，作为向行星销22的轴承安装方法，例如可列举出利用粘接剂将树脂片粘接在行星销22外周面的方法、从外部向树脂片施加热量、能量波而熔敷于行星销22的外周面的方法、将形成为套筒状的树脂材料向行星销22压入的方法等。而且，即使在轴承主体表面配置有树脂的结构中，也能够与上述同样地在该表面安装树脂。在此，作为树脂材料，优选使用PEEK树脂、特氟纶(注册商标)树脂等的耐热性闻的树脂。需要说明的是，在图5中说明了将滑动轴承23设置在圆周方向整周的情况，但滑动轴承23只要设置在行星销22的外周面中的至少与行星齿轮24的轴孔内周面抵接的抵接部位即可。在此，“抵接部位”包括滑动轴承23的外周面与行星齿轮24的轴孔内周面经由油膜而抵接的部位。图6是表示本发明的变形例的行星齿轮24及滑动轴承23的立体图。在该图中，在行星式的行星齿轮装置20的情况下，由于行星轮架21旋转而行星销22沿着图中箭头A方向公转。在增速机10的增速时，在行星销22上沿着图中箭头B方向作用有载荷。在此，由于行星销22固定于行星轮架21，因此在公转轨道中，无论在哪一位置上，行星销22都沿着图中箭头B方向作用有载荷。因此，在增速时，在增速侧负荷区域28，在作用有负荷的状态下，与行星齿轮24的轴孔内周面进行滑动。另一方面，在减速时，在与增速时反方向的减速侧负荷区域29，在作用有负荷的状态下与行星齿轮24的轴孔内周面进行滑动。因此，在本变形例中，未将滑动轴承23设置在行星销22的整周，而设置在行星销22的外周面上的行星销22的公转方向两侧的相互分离的部位、即设置在增速侧负荷区域28的第一部位23a和设置在减速侧负荷区域29的第二部位23b，由此能够减少树脂系材料的使用量，能够削减成本。此时，滑动轴承23由于设置在行星销22的外周面上的公转方向两侧的部位，因此无论是在增速及减速的哪一情况下，都在滑动面上配置有滑动轴承23，从而能够稳定地维持高的滑动性。返回图5，在外周面上设有滑动轴承23的行星销22与行星齿轮24的轴孔内周面之间设有间隙，并向该间隙供给润滑油。作为润滑油的供给机构，如图2所示，也可以在行星销22的内部形成润滑油流路42。从在行星齿轮装置20的下方设置的油浴(未图示)向润滑油流路42供给润滑油，通过润滑油流路42而从润滑油供给孔向滑动轴承23与行星齿轮24之间的间隙供给润滑油。
图7是表示设有油槽41的滑动轴承23的结构例的立体图。如该图所示，润滑油流路42例如由沿着轴中心进行穿孔的主流路43和从主流路43朝向行星销22的外周面而沿着半径方向形成的分支流路44构成。另外，在滑动轴承23的外周面设有油槽41。油槽41例如可以沿着滑动轴承23的轴向并列地形成一个或多个，也可以形成为螺旋状。这种情况下，在润滑油流路43的分支流路44的端部设置的润滑油供给孔45向油槽41内开口。由此，从油浴经由润滑油流路42而供给的润滑油通过油槽41沿着滑动轴承23的轴向供给，进而借助滑动轴承23与行星齿轮24的轴孔内周面的滑动，均匀地向轴孔内周面分散，从而形成油膜。利用该油膜，而滑动轴承23与行星齿轮24的滑动性提高。在本实施方式中，上述的油槽41优选形成在滑动轴承23的外周面中的除了上述的增速侧负荷部位28及减速侧负荷部位29之外的区域上。由此，利用油槽41的凹凸，能防止滑动轴承23与行星齿轮24的滑动性的下降。如以上说明那样，在本实施方式中，由于构成为将由树脂系材料形成的滑动轴承23设置在行星销22的外周面，因此在滑动轴承23的滑动部位产生的热量主要向行星齿轮24侧传递，能防止行星销22的温度比行星齿轮24大幅升高的情况。因此，能够减小行星销22相对于行星齿轮24的热膨胀量，能够维持行星齿轮24与滑动轴承23之间的间隙，因此能够防止烧损、抱死等造成的轴承的损伤。[第二实施方式]接下来，说明第二实施方式的行星齿轮装置20。需要说明的是，对于与上述的实施方式同样的部分标注相同标号，省略其详细的说明。而且，在本实施方式中，仅记载行星齿轮装置20的结构，但与第一实施方式同样地，也能够将该行星齿轮装置20适用于风力发电装置I (参照图1及图2)。图8是表示本发明的第二实施方式的行星齿轮24及滑动轴承23的立体图。如该图所示，本实施方式的行星齿轮装置20成为在行星齿轮24的轴孔内周面安装有金属制的套筒27的结构。套筒27具有圆筒形状，且与行星齿轮24的轴孔内周面嵌合。该套筒27以提高与滑动轴承23的滑动性为目的而设置。因此，套筒27的内周面成为比行星齿轮24的轴孔内周面更平滑的表面。优选的是，套筒27的内周面的表面粗糙度比形成于套筒27的内周面与滑动轴承23之间的润滑油的油膜厚度小。如此，在行星齿轮24的轴孔内周面安装具有比润滑油的油膜厚度小的表面粗糙度的内周面的金属制的套筒27，由此，能够提高行星齿轮24与设置于行星销22的滑动轴承23的滑动性。而且，通常齿轮由硬材质形成，因此通过选择比行星齿轮24的硬度低的材质作为套筒27的材质，与对行星齿轮24的内周面实施表面加工的情况相比，加工变得容易。以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并未限定于此，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然既可以将上述的第一实施方式及第二实施方式适当组合，也可以进行各种改良、变形。例如，在本实施方式中，主要说明了行星式的行星齿轮装置20，但也可以适用于固定有恒星齿轮的恒星式的行星齿轮装置，也可以适用于固定有行星销22的星式的行星齿轮装置。另外，在上述的第一实施方式及第二实施方式中，说明了行星齿轮24的轴孔内周面及滑动轴承23的外周面均为圆筒形状的情况，但也可以在滑动轴承23的外周面及行星齿轮24的轴孔内周面的至少一方沿着行星销22的轴向设置凸起。图9是表示具有凸起的行星齿轮24及滑动轴承23的剖视图，(A)是表示在滑动轴承23A设有凸起的结构的图，(B)是表示在行星齿轮24B设有凸起的结构的图，(C)是表示在套筒27C设有凸起的结构的图。如图9 (A)所示，在滑动轴承23A设置凸起的情况下，将滑动轴承23A的两端侧的厚度较薄且轴方向中心部的厚度较厚那样的剖面圆弧形状的凸起设置于滑动轴承23A。此时，在行星齿轮24A的内周面也可以设置套筒27 (参照图8)。如图9 (B)所示，在行星齿轮24B设置凸起时，将行星齿轮24B的轴孔内周面的轴向两端侧的轴孔内径大而轴向中心部的轴孔内径小的剖面圆弧形状的凸起设置于行星齿轮24B。需要说明的是，图中，23B是与上述的实施方式相同的滑动轴承。如图9 (C)所示，在套筒27C设置凸起时，将套筒27C的轴向两端侧的内径大而轴向中心部的内径变小的剖面圆弧形状的凸起设置于套筒27C。需要说明的是，图中，23C是与上述的实施方式相同的滑动轴承，24C是设有套筒27C的行星齿轮。需要说明的是，也可以将图9 (A)与图9 (B)或图9 (C)组合。通过采用上述的结构，即使在行星齿轮24倾斜的情况下，也能够抑制设置于行星销22的滑动轴承23与行星齿轮24的轴孔内周面发生单面接触的情况。
权利要求
1.一种行星齿轮装置，其特征在于， 具备: 环形齿轮； 在所述环形齿轮的内周侧设置的恒星齿轮； 在所述环形齿轮与所述恒星齿轮之间以与所述环形齿轮及所述恒星齿轮啮合的方式配置的至少一个行星齿轮； 固定于行星轮架并插入所述行星齿轮的轴孔的行星销；及 在所述行星齿轮与所述行星销之间配置的滑动轴承， 至少在行星销相对于行星齿轮滑动的范围的行星销的外周上设置滑动轴承。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于， 还具备在所述行星齿轮的轴孔内周面安装的金属制的套筒， 所述套筒的内周面的表面粗糙度比形成于所述套筒的内周面与所述滑动轴承之间的润滑油的油膜厚度小。
3.根据权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于， 在所述滑动轴承的外周面及所述行星齿轮的轴孔内周面中的至少一方沿着所述行星销的轴向设置凸起。
4.根据权利要求2所述的行星齿轮装置，其特征在于， 在所述滑动轴承的外周面及所述行星齿轮的轴孔内周面中的至少一方沿着所述行星销的轴向设置凸起。
5.根据权利要求1所述的行星齿轮装置，其特征在于， 所述行星齿轮装置是行星式的行星齿轮装置， 所述滑动轴承由相互分离的第一部分及第二部分构成， 所述第一部分及所述第二部分设置在所述行星销的外周面的所述行星销的公转方向两侧。
6.一种风力发电装置，其特征在于，具备权利要求1所述的行星齿轮装置。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够防止轴承的热膨胀引起的烧损、抱死等造成的轴承的损伤的行星齿轮装置及风力发电装置，其具备环形齿轮；在环形齿轮的内周侧设置的恒星齿轮；在环形齿轮与恒星齿轮之间以与环形齿轮及恒星齿轮啮合的方式配置的至少一个行星齿轮(24)；固定于行星轮架并向行星齿轮(24)的轴孔插入的行星销(22)；及在行星齿轮(24)与行星销(22)之间配置的滑动轴承(23)，滑动轴承(23)中至少滑动面由树脂系材料形成，设置在行星销(22)的外周面中的至少与行星齿轮(24)的轴孔内周面抵接的抵接部位。
文档编号F16H57/08GK103185132SQ201210579808
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月28日
发明者諌山秀一, 西田英朗 申请人:三菱重工业株式会社