一种风电齿轮箱柔性轴的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种风电齿轮箱柔性轴，包括轮轴和心轴，轮轴设有中心安装腔，一个心轴从中心贯穿过轮轴，在心轴的伸出端套装有锥环，锥环的锥面与轮轴端部相应设置的锥面接触；心轴的伸出端用于连接载体，安装后，锥环位于载体与轮轴之间。根据柔性销轴在风电齿轮箱中的安装位置及作用，通过在载体与轮轴的端面之间设有锥环，使其形成近似浮动悬臂式的支撑结构，达到更好吸收载荷、减小变形量，实现均载的目的。利用该柔性销轴制成的风电齿轮箱，能够有效提高风机传动系统的使用寿命及工作效率，为提升我国大型风机装备业的制造能力提供有力保障。
【专利说明】
一种风电齿轮箱柔性轴
技术领域
[0001]本实用新型设计风力发电机制造技术领域，尤其涉及一种用于大型风力发电机主传动齿轮箱上的柔性轴。
【背景技术】
[0002]主传动齿轮箱是风力发电机组重要组成部分，是整个风机传动系统动力匹配和扭转振动的反映突出部位。由于风机装置的特殊性，要求齿轮箱在低转速、变扭矩等复杂工作环境下具有较长的工作寿命及高可靠性，因此其在设计与制造上存在较大难度。
[0003]近年来，随着风力发电项目的迅速发展，其对更大扫风面积、更大匹配功率齿轮箱的需求越来越迫切，但采用行星轮刚性支撑的行星系统，以及浮动太阳轮或行星架进行均载已经越来越不能满足实际需求，行星轮柔性销轴均载技术最为一个发展趋势，能较好的满足这种需求。
[0004]应用柔性销轴均载技术是目前大功率以及超大功率风电齿轮传动装置的一个重要发展趋势。柔性销轴建立在双悬臂轴理论基础上，由单壁行星架扩展而来。在假设行星架完全刚性的条件下，销轴受载变形后使行星轮产生平移运动，一方面起到均载作用，另一方面可以保证各齿轮轴线平行，提高单位齿宽承载能力，克服跨坐式行星架由于扭转变形而导致的齿轮轴线歪斜问题。除此之外，由于风场载荷的复杂多变，风机传动链长期受冲击载荷的作用。如果系统刚性过大，风力发电机的机械传动链由于受瞬间冲击载荷，可能需要承受几倍额定载荷的冲击。而柔性轴结构增加了系统的柔性，从而可避免瞬间载荷过大对系统的冲击，增加系统的承受冲击载荷的能力，有利于改善整个传动链结构件的使用寿命。事实上，这种构想早在1967年就已出现，Hicks展示了一种发明专利，用一种套筒式的双悬臂销轴作为一种悬臂类型的行星架，并提出这种专利技术可以改善行星齿轮之间的均载情况，但Hicks没有对这种专利进行学术上的相关分析，把这种方法仅作为一种技术尝试应用在工业技术上，由于缺乏理论研究及当时加工水平限制，没有显现出其优越性能。在2006年，Fox和JalIat扩展了Hicks的设想，他们在柔性销轴上切出一个凹槽，进一步减少销轴的支撑刚度，但是以增加销轴的弯曲应力为代价;但由于后续优化工作中几何和原理上的合理设计，使作用在销轴中心的弯矩为零，因此这种悬臂式销轴可以被用在减少柔性支撑类型的行星架。但需要指出的是，在这种悬臂类型的行星架中，由于斜齿行星齿轮传递扭矩时产生轴向方向运动，所以不合适采用斜齿行星齿轮。
[0005]在实际条件下悬臂销轴式行星架很难满足大刚度要求，而且行星轮安装结构本己很紧凑，柔性销轴的结构又较复杂，在设计上存在较多制约因素，必然以牺牲一定的疲劳强度和可靠性为代价。另外，目前国内大功率风电齿轮箱自主创新研发能力薄弱，缺乏自主知识产权的核心技术；国内的风电齿轮箱制造企业主要依靠引进国外技术或与国外企业及国外专业风电齿轮箱设计机构开展联合设计来开发新产品，以成本优势换取技术和海外市场。因此，国内采用柔性销均载技术研制更大功率风电齿轮箱还存在两个不利条件，一是柔性销轴只能应用在直齿轮传动上，限制了传动性能的进一步提高；二是对柔性销轴技术缺乏相应研究，导致国内风电齿轮箱制造企业要向国外先进企业负担高额的技术转让费用。为此，国家发展自己的大功率风电齿轮箱柔性销轴式均载技术日益迫切。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术缺陷，提高风电齿轮箱的使用寿命及效率，本实用新型提出一种用于大型风力发电机主传动齿轮箱上的柔性轴。
[0007]为此，本实用新型的技术方案为:一种风电齿轮箱柔性轴，包括轮轴，其特征在于:轮轴设有中心安装腔，一个心轴从中心贯穿过轮轴，在心轴的伸出端套装有锥环，锥环的锥面与轮轴端部相应设置的锥面接触;心轴的伸出端用于连接载体，安装后，锥环位于载体与轮轴之间。
[0008]有益效果:
[0009]本实用新型根据柔性轴在风电齿轮箱中的安装位置及作用，通过在载体与轮轴的端面之间设有锥环，使其形成近似浮动悬臂式的支撑结构，达到更好吸收载荷、减小变形量，实现均载的目的；利用该柔性轴制成的风电齿轮箱，能够有效提高风机传动系统的使用寿命及工作效率，为提升我国大型风机装备业的制造能力提供有力保障。
【附图说明】
[00?0]图1为本实用新型的结构不意图；
[0011 ]图2为本实用新型的受力情况示意图；
[0012]图3为本实用新型的变形情况示意图；
[0013]图中标号为:1、轮轴;2、心轴;3、载体;4、锥环。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0015]如图1所示，一种风电齿轮箱柔性轴，包括轮轴I和心轴2，装配时将心轴2从中心贯穿过轮轴I;在心轴2的伸出端套装有锥环4，将锥环4的锥面向轮轴I的端面，锥环4的锥面与轮轴I端部相应设置的锥面接触，使用时心轴2的伸出端用于连接载体3，从而使轮轴I与载体3连接。
[0016]如图1所示，锥环的锥面为45-90 °的圆锥面。最优化的，锥环的锥面为60-90 °的圆锥面。
[0017]如图2、图3所示，描述本实用新型的工作原理:当行星轮受载时，由于行星轮系统的齿轮均为直齿，行星轮支撑轴受力可等价为行星齿轮轴上齿宽中心受力f =2T / ND，其中T、Ν和D分别为行星架传递过来的总扭矩、行星齿轮数、行星齿轮节圆直径;对行星齿轮轴而言，在外部载荷与心轴对其反作用力及扭矩的共同作用下保持平衡;对心轴而言，其与载体连接端的弯矩Ml= f * l/2，M2=f * (1/2*1/2) *M1，因此M1=M2，即心轴在力作用下使其中心点的弯矩为零，即可看作是以心轴中心为固定支点的两个悬臂梁，心轴发生“S”状变形，心轴两端在力与弯矩的耦合作用下斜度也均为零，这意味着行星齿轮轴没有倾斜。这个特点也确保发生任何错位使行星轮上产生扭矩时，扭矩会将力调节到齿宽的中心处，从而使行星齿轮在受载工作状态下保持水平。
[0018]本实用新型根据柔性轴在风电齿轮箱中的安装位置及作用，通过在载体与轮轴的端面之间设有锥环，使其形成近似浮动悬臂式的支撑结构，达到更好吸收载荷、减小变形量，实现均载的目的。利用该柔性轴制成的风电齿轮箱，能够有效提高风机传动系统的使用寿命及工作效率，为提升我国大型风机装备业的制造能力提供有力保障。
[0019]以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非用以局限本实用新型的专利范围，故凡运用本实用新型说明书内容所作的等效变换，均同理包含在本实用新型的范围之内。
【主权项】
1.一种风电齿轮箱柔性轴，包括轮轴，其特征在于:轮轴设有中心安装腔，一个心轴从中心贯穿过轮轴，在心轴的伸出端套装有锥环，锥环的锥面与轮轴端部相应设置的锥面接触;心轴的伸出端用于连接载体，安装后，锥环位于载体与轮轴之间。2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱柔性轴，其特征在于:锥环的锥面为45-90°的圆锥面。
【文档编号】F03D15/10GK205715578SQ201620602123
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】李红丽, 梅华平, 肖淑芬, 丁涛, 李玉梅, 徐刚, 徐攀
【申请人】湖北工程学院