专利名称：风电恒制动摆线变桨齿轮箱的制作方法
风电恒制动摆线变桨齿轮箱技术领域：
本发明涉及风电变桨减速技术领域，是“风力发电三片摆线单级变桨减速器”(201010174471.6)改进发明，一种风电恒制动摆线变桨齿轮箱。背景技术：
七十米高空的变桨齿轮箱必需高过载力、高可靠性及制动极为可靠。《风力发电及风电齿轮箱概述》指出“有的风场齿轮箱损坏率高达40-50%，这是因为在频繁受到风载变化冲击情况下，微动磨损造成齿轮早期点蚀超过设计预期。”背景技术主要为三级行星结构①南京高速齿轮公司“风力发电机变桨齿轮箱”(ZL200410064931)；②重庆齿轮箱公司“风力发电变桨减速齿轮箱”(200720188097)；③天津减速机公司“用于风力发电的变桨齿轮减速机”(200720125070)；④杭州前进风电公司“风力发电变桨减速齿轮箱”(200920116858)；⑤泰隆集团“风力发电变桨减速装置”(200910034380)。存在问题(I)现有齿轮箱安全系数较低，如BJJSQ1500A型第三级行星轮SH =1. 21、SF =1.37，因而承受疲劳载荷时造成早期点蚀。此外滚齿、热处理及磨齿应力集中点齿根处易出现微细裂纹，因而不具高可靠性；(2)三只行星轮，过载能力不高；(3)轴向尺寸长、结构复杂、价格高；(4)需配电磁制动器， 制动可靠性是变桨齿轮箱的一个非常重要指标，电磁式制动可靠性较差，特别是制动力矩不能随阻力矩的增加而自动增大；此外还有“风力发电三片摆线单级变桨减速器”(201010174471. 6)，其主要缺点是(I)三摆线轮相位差120°无法实现动平衡而不能用于输入转速高于1700rpm变桨减速器；(2)圆柱滚子偏心轴承径向间隙大，摆线轮平动时产生咔哒、咔哒微小振动，因而不适用于输入高于1700rpm场合而不适用于变桨减速器；(3)销孔磨床静平衡调整很麻烦，销孔磨削精度关系传动平稳、噪音和使用寿命；(4)需配电磁制动器，制动可靠性是变桨齿轮箱的一个非常重要指标，电磁式制动可靠性较差，特别是制动力矩不能随阻力矩的增加而自动增大；
发明内容本发明是“风力发电三片摆线单级变桨减速器”改进，转用了其中带均载环W输出机构及半埋齿结构，采用了双组钢球V型槽装置，目的提供一种高可靠性、过载力大、制动力矩随阻力矩增加而自动增大的风电恒制动摆线变桨齿轮箱。本发明技术方案如下(A)三片摆线轮中，中间轮厚度为两侧等厚轮两倍，二者相位错开180°，能实现动平衡；(B)采用背对背圆锥滚子偏心轴承，径向间隙调到近于零，消除了摆线轮平动时产生振动；样机测试证实，采用了技术方案(A)与(B)后，输入3000rpm时运行正常。(C)采用摆线轮圈磨齿后与铸铁轮辐精加工件组装结构，其中铸铁轮辐均布销孔可在立式加工中心采用精镗而获得足够高精度，加工效率极高。销孔中滑配耐磨圈提高使用寿命。传统摆线轮均布销孔必需在销孔专用磨床上磨削，由于此时摆线轮处于大偏心位置，而销孔又小必需调整到很高的静平衡才能获得设计要求，加工效率极低，且需配置各种规格的销孔专用磨床；(D)本发明采用了双组钢球V型槽装置、摩擦副与弹簧组合的结构创新，其中双组钢球V型槽装置是根据机械无级变速器中钢球V型槽自动加压装置改进的(见于阮忠唐《机械无级变速器》90页):第一组由主动V型槽盘、中间盘一侧从动V型槽盘及居于二盘V型槽面中间的钢球组成，其中中间盘与锥盘联接；第二组由中间盘另一侧主动V型槽盘、第二从动V型槽盘及居于二盘V型槽面中间的钢球组成，钢球均布在保持架上。工作原理通电时，第一组主动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力推动中间盘从动V型槽盘使摩擦副分离，制动力矩消失，其周向分力驱动与第二组从动V型槽盘联接的输出轴作功；断电时，输入轴仃止，阻力矩使第二从动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力使摩擦副压紧，制动力矩要多大有多大。有益效果比照发明专利“风力发电机变桨齿轮箱”(ZL200410064931.4)其创造性体现在(1)制动可靠制动力矩随阻力矩增加而自动增大；(2)摆线轮齿及半埋针销不会断，因而比仅有三只行星轮NGW传动承载能力大；(3)运转时三片轮的惯性力和惯性力矩理论上完全平衡；(4)单级减速比高达143，重量轻、轴向尺寸短及制造成本低45-55%。每一风场变桨齿轮箱价值(99X4万/台)396万元，因而可节省200万元，用此200万的利息足以支付风场4-5名员工工资。据中国风能协会公布，2010年新增风电装机容量为189GW，相当于380个(33X1.5MW)风场，变桨齿轮箱价值15个亿，因而可节省7. 5个亿，相当于中国三大风电齿轮公司利润总和。
图1.本发明实施例结构示意2.与3.分别为钢球与V型槽面在断电(制动)与通电(作功)时受力原理图具体实施方式下面结合附图对本发明详加描述参照图1. 一种风电恒制动摆线变桨齿轮箱，包括摆线传动件与制动件，所述摆线传动件包括机座(I)、第二输入轴(4)、摆线轮组件、偏心轴承、针齿壳(22)、针销(27)、中机座(19)及销轴式输出机构，所述销轴式输出机构包括输出轴(3)、柱销(16)、柱套(8、13)及均载环(11、17)，所述输出轴(3)用轴承(2)支承在机座⑴内孔，所述机座(I)、针齿壳
(22)及中机座(19)顺次联接一体，所述第二输入轴(4)两侧用轴承(23、24)分别支承在输出轴⑶与中机座(19)内孔，所述第一均载环(11)置于摆线轮之间，第二均载环(17)装在柱销(16)端部并用轴承(18)支承在中机座(19)内侧凸缘外圆上，柱销为简支结构，提高了柱销的弯曲能力，其特征在于(1)所述摆线组件为摆线轮圈(10、21)用骑缝销分别联接铸铁轮辐(7、20)的组装件，铸铁轮辐均布销孔可在立式加工中心采用精镗较传统销孔在专用磨床上磨削精度高、加工效率更高，所述中间摆线轮圈(21)厚度为两侧等厚摆线轮圈(10)两倍，中间摆线轮圈
(21)与两侧摆线轮圈(10)相位差180°，能实现动平衡因而可较大程度上提高输入转速，所述铸铁轮辐(7、20)上均布的销孔中分别滑配耐磨圈(9、14)，如摆线中的外协件高硬度柱套、粉末冶金轴承等等，理论计算结果表明，由于耐磨圈与销孔的当量半径很小，而使耐磨圈与销孔的之间的接触应力仅为许用接触应力的二十分之一，故而低硬度销孔不会过早磨损，所述铸铁轮辐材质为球墨铸铁或高强度灰口铸铁，这是因为球墨铸铁或灰口铸铁具有良好的机加工工艺性能、吸振、低噪音及铸造性能好；(II)所述装在第二输入轴⑷上偏心轴承中，圆锥滚子轴承(6、15)内孔分别紧配偏心套(5、12)，所述的圆锥滚子轴承是两只背靠背的轴承组，装配时将径向间隙控制到近
于零；(III)所述针销(27)半埋在针齿壳(22)中，称为半埋齿结构(见于朱孝录《齿轮传动设计手册》828页)，使针销能承受很高弯曲力；(IV)所述制动件中，第一输入轴(29)用轴承支承在前机座(28)内孔，前机座(28)与中机座(19)联接，其内腔装置双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧(26)，其中(IV-1)所述摩擦副包括内锥体(32)与锥盘(31)，其中内锥体(32)联接在前机座
(28)内孔，锥盘(31)与双组V型槽盘机构的中间盘(33)联接；(IV-2)所述双组V型槽盘机构中，第一组主动V型槽盘(30)联接在第一输入轴
(29)上，中间盘(33)—侧为第一从动V型槽盘、置于二 V型槽之间有钢球(34)，第二组的从动V型槽盘(35)与第二输入轴(4)的外花键轴伸端(4-1)滑动联接，中间盘(33)另一侧为第二(组)主动V型槽盘、置于二 V型槽之间有钢球(34)，均布在保持架上的钢球数与V型槽数相等；(IV-3)所述复位弹簧(26) —端靠紧杯型弹簧座(25)内底，另一端靠紧第二(组)从动V型槽盘(35)端面，复位弹簧(26)使锥盘(31)与内锥体(32)摩擦副压紧，所述杯型弹簧座(25)外端面靠紧第二输入轴(4)轴肩上，所述杯型弹簧座(25)开口端与第二(组)从动V型槽盘(35)间隙为X。工作原理通电时，第一组主动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力推动中间盘从动V型槽盘使摩擦副分离，制动力矩消失，其周向分力驱动与第二组从动V型槽盘联接的输出轴作功；断电时，输入轴仃止，阻力矩使第二从动V型槽面对钢球产生正压力，其轴向分力使摩擦副压紧，制动力矩要多大有多大，大到摩擦副压溃为止，保证一直处于高可靠的制动状态。
权利要求
1. 一种风电恒制动摆线变桨齿轮箱，包括摆线传动件与制动件，所述摆线传动件包括机座(I)、第二输入轴(4)、摆线轮组件、偏心轴承、针齿壳(22)、针销(27)、中机座(19)及销轴式输出机构，所述销轴式输出机构包括输出轴(3)、柱销(16)、柱套(8、13)及均载环(11、17)，所述输出轴(3)用轴承⑵支承在机座⑴内孔，所述机座(I)、针齿壳(22)及中机座(19)顺次联接一体，所述第二输入轴(4)两侧用轴承(23、24)分别支承在输出轴(3)与中机座(19)内孔，所述第一均载环(11)置于摆线轮之间，第二均载环(17)装在柱销(16)端部并用轴承(18)支承在中机座(19)内侧凸缘外圆上，柱销为简支结构，其特征在于 (I)所述摆线组件为摆线轮圈(10、21)用骑缝销分别联接铸铁轮辐(7、20)的组装件，所述中间摆线轮圈(21)厚度为两侧等厚摆线轮圈(10)两倍，中间摆线轮圈(21)与两侧摆线轮圈(10)相位差180°，所述铸铁轮辐(7、20)上均布的销孔中分别滑配耐磨圈(9、14)； (II)所述装在第二输入轴(4)上偏心轴承中，圆锥滚子轴承出、15)内孔分别紧配偏心套(5、12)，所述的圆锥滚子轴承是两只背靠背的轴承组； (III)所述针销(27)半埋在针齿壳(22)中； (IV)所述制动件中，第一输入轴(29)用轴承支承在前机座(28)内孔，前机座(28)与中机座(19)联接，其内腔装置双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧(26)，其中 (IV-1)所述摩擦副包括内锥体(32)与锥盘(31)，其中内锥体(32)联接在前机座(28)内孔，锥盘(31)与双组V型槽盘机构的中间盘(33)联接； (IV-2)所述双组V型槽盘机构中，第一组主动V型槽盘(30)联接在第一输入轴(29)上，中间盘(33) —侧为第一从动V型槽盘、置于二 V型槽之间有钢球(34)，第二组的从动V型槽盘(35)与第二输入轴(4)的外花键轴伸端(4-1)滑动联接，中间盘(33)另一侧为第二(组)主动V型槽盘、置于二 V型槽之间有钢球(34)，均布在保持架上的钢球数与V型槽数相等； (IV-3)所述复位弹簧(26) —端靠紧杯型弹簧座(25)内底，另一端靠紧第二(组)从动V型槽盘(35)端面，复位弹簧(26)使锥盘(31)与内锥体(32)摩擦副压紧，所述杯型弹簧座(25)外端面靠紧第二输入轴(4)轴肩上，所述杯型弹簧座(25)开口端与第二(组)从动V型槽盘(35)间隙为X。
全文摘要
本发明涉及风电变桨减速技术领域，一种风电恒制动内摆线变桨齿轮箱，包括行星、摆线及制动三部件。其特征在于摆线为轮圈与轮辐组装件，中间轮厚为两侧两倍，相位差180°，偏心轴承包括圆锥轴承与偏心套，制动件包括双组V型槽盘机构、摩擦副及复位弹簧。摩擦副中锥盘与中间盘联接，第一主动V型槽盘联接在转子轴上，与中间盘一侧从动V型槽盘之间有钢球，第二从动V型槽盘与输出轴花键联接，与中间盘另一侧主动V型槽盘之间有钢球，复位弹簧使摩擦副压紧。有益效果制动力矩随阻力矩增加而自动增大，单级减速比143，重量轻、轴向尺寸短，摆线轮齿不会断，比三只行星轮NGW传动承载力大，制造成本低45-55％。
文档编号F03D11/02GK103032278SQ20111031472
公开日2013年4月10日 申请日期2011年10月1日 优先权日2011年10月1日
发明者吴声震 申请人:吴小杰