一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统的制作方法

本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统，用于风电非直驱传动系统。

背景技术：

常见的非直驱风电传动系统是由齿轮箱、主轴、主轴轴承、轴承座、锁紧盘以及联轴器等部件组成，风轮是通过主轴与齿轮箱的连接，主轴通过一个或两个主轴轴承和轴承座支撑在机舱底板，主轴主要功能是支撑整个风轮，承受风机的弯矩和扭矩；齿轮箱的主要功能是实现风轮与发电机间转速匹配，驱动发电机发电；该种传动链整体尺寸长，宽度宽，重量重。

传统传动链中齿轮箱的结构通常采用一级行星齿轮+二级平行齿轮结构或二级行星齿轮+一级平行齿轮结构，齿轮箱低速级齿轮需要承受了风轮所有的转矩，负载大，同时需要实现较大传动比；在同等转矩输入情况下，齿轮的弯矩应力和接触赫兹应力大；而齿轮材料的许用承载能力是一定的，所以为了保持齿轮的接触和弯曲安全裕度，传统传动链中的低速级齿圈直径较大，整体重量重。

齿轮箱作为一个相对整体的部件，在行星级出现失效时，需要对齿轮箱进行整体更换维修，涉及的空中吊装更换成本高，且拆卸非常困难，需要额外借助大型起吊设备和工装，现场维修工程量大，更换难度高，维修成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统，将主轴和齿轮箱一体化设计，大大缩小传动链整体尺寸，功率密度高，重量轻，成本低；传动系统各级传动组件能相对独立，可轻松实现风机机舱内拆分；拆分后的部件重量轻，维修更换方便，维修成本低。

本发明的目的是这样实现的：一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统，它包括支撑齿圈、一级行星轮系和二级行星轮系，所述支撑齿圈内设有一级行星轮系，所述二级行星轮系包括二级行星架组件；所述支撑齿圈通过多个轴承固定在机舱系统内；所述支持齿圈的左端通过法兰与风轮连接，支撑齿圈的右侧与二级行星架组件连接。

进一步地，所以二级行星轮系还包括二级齿圈，所述二级齿圈通过花键与机舱系统浮动连接。

进一步地，所述支撑齿圈内可设置一级行星架组件和一级太阳轮，所述支撑齿圈的左侧设置一级左法兰，一级行星架组件通过轴承支撑在一级左法兰和一级右法兰上，一级行星架组件与二级太阳轮连接。

进一步地，所述二级行星轮系还包括二级太阳轮，所述二级齿圈与二级行星架组件中的行星轮相啮合，所述二级行星架组件通过二级行星轮与二级太阳轮相啮合，二级齿圈通过二级齿圈左轴承和二级齿圈右轴承设置在二级行星架上；所述二级太阳轮通过花键与一级行星架连接。

进一步地，它还包括三级行星轮系，所述三级行星轮系包括三级行星架组件、三级法兰、三级齿圈和三级太阳轮，所述三级齿圈和发电机安装法兰固定在三级法兰上，三级法兰固定在机舱上。

进一步地，所述三级行星架的左侧通过轴承和三级法兰支撑在机舱系统上，右侧通过轴承支持在发电机安装法兰上；所述三级行星架与一级太阳轮连接，三级行星架旋转驱动三级太阳轮，三级太阳轮与发电机连接。

进一步地，所述支撑齿圈内部设置有一级左法兰和一级右法兰。

进一步地，所述支撑齿圈内部设置的一级左法兰和一级右法兰上设有安装孔并通过安装孔设置一级行星架轴承，一级行星架轴承支撑一级行星架；一级行星架和支撑齿圈通过一级左法兰和一级右法兰形成一个封闭的整体。

进一步地，所述支撑齿圈设置三级行星轮系，三级行星轮系包括设置在支撑齿圈内壁的三级齿圈，所述一级行星架组件的右侧通过轴承支撑在一级右法兰上，所述三级行星架组件的左侧通过轴承支撑在一级左法兰上；所述发电机通过固定法兰固定在机舱系统内；所述三级太阳轮通过联轴器与发电机的输入轴连接。

进一步地，所述机舱系统包括机舱壳体和下壳体，所述下壳体的一端与机舱壳体的侧壁连通，内部设置有花键法兰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的支撑齿圈在轮毂侧延伸法兰并通过螺栓或者销子实现其与轮毂连接，支撑齿圈通过2个轴承直接支撑在机舱壳体上，支撑齿圈实现了主轴的功能，支撑整个风轮，风轮直接驱动支撑齿圈旋转，省去了主轴、轴承座及锁紧盘等大尺寸部件，大大缩减了整个传动链的长度和宽度，也减轻整个传动系统的重量，降低成本，在目前公路运输限高限宽的尺寸下实现更大的整机功率。

（2）本发明的支撑齿圈内部设置有左、右支撑，左、右支撑通过止口与齿圈配合，提供径向支撑，提高支撑齿圈的刚性，减少齿圈受到风轮弯矩的带来的变形，提高且改善了内部行星级中的行星轮间均载；同时也改善了齿圈支撑轴承受力，使支撑齿圈轴承的内部滚动体载荷分布更均匀。左法兰和花键法兰内部设置相关孔，用于安装一级行星架轴承，支撑一级行星架；一级行星架和支撑齿圈通过左法兰和花键法兰形成一个封闭的整体，刚性高，大大降低了一级行星级内部齿轮啮合受外部载荷的变化的影响。

（3）本发明的支撑齿圈与二级行星架连接在一起，因此风轮旋转过程驱动支撑齿圈的同时也同步驱动二级行星架旋转，二级行星架带动二级行星轮转动，二级行星轮带动二级太阳轮旋转，二级太阳轮通过花键与一级行星架连接，通过一级行星级的啮合运动将支撑齿圈和二级太阳轮的输入功率最终整体通过一级太阳轮输出给三级行星架；支撑齿圈和二级行星架共同承受来自风轮的转矩，大幅度降低了单级齿轮负载；同等输入扭矩的情况下，尺寸可以做得更小，整体重量更轻。

（4）本发明的二级齿圈内表面设置2角接触球滚道表面，二级行星架上固定2个接触球轴承内圈，通过轴承的预紧，使二级齿圈旋转中心与二级行星架同心，消除和减少二级齿圈重力对二级行星轮系的啮合不均的影响，大大改善二级行星轮系的行星轮间均载，即二级均载效果更好。

（5）本发明的二级齿圈通过花键与机舱浮动连接，二级齿圈的制造难度更低，工艺性更优；花键具备的角向、径向和轴向补充功能系统结构变形带来的二级行星级轴心的变化，机舱提供整个传动链的反力矩支撑。

（6）本发明的三级行星轮系相对独立且可拆分，单级失效后能轻松分解，拆除更换，且不需要额外借助大型的起吊设备和工装，大大减少风电传动系统天上维修更换的工程量，能轻松实现对失效各级行星轮系的独立更换，大大降低了维修更换的成本和由于维修更换带来整机停机的电量损失。

（7）本发明的机舱系统采用圆柱式机舱系统，由2个圆柱体按照一定夹角纵横交汇组成，该种机舱结构形式简单，可大幅度减少机舱系统的零部件，节省零部件的加工和风机机舱系统的装配时间，另外与轮毂对接的机舱圆柱体内设置了多个支撑位置，支撑主轴和行星架，大幅度提高整个机舱系统的刚性和强度，且承担了齿轮箱的壳体功能，大大降低了整个机舱的重量。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的支撑齿圈与三级行星轮系的剖面示意图。

图3为本发明的实施例1的二级行星轮系的剖面示意图。

图4为本发明的实施例1的三级行星轮系的剖面示意图。

图5为本发明的实施例1的机舱系统的结构示意图。

图6为本发明的实施例1的机舱圆柱体的剖视图。

图7为本发明的实施例2的结构示意图。

图8为本发明的实施例2的中的支撑齿圈1结构示意图。

图9为本发明的实施例2的二级行星轮系的剖面示意图。

图10为本发明的实施例2的三级行星轮系的剖面示意图。

其中：

支撑齿圈1、一级行星轮系2、一级左法兰2.1、一级行星架组件2.2、一级右法兰2.3、一级太阳轮2.4、二级行星轮系3、二级齿圈3.1、二级齿圈左轴承3.2、二级行星架组件3.3、二级太阳轮3.4、二级齿圈右轴承3.5、三级行星轮系4、三级行星架组件4.1、三级法兰4.2、三级齿圈4.3、发电机安装法兰4.4、三级太阳轮4.5、机舱系统5、机舱圆柱体5.1、下圆柱体5.2、花键法兰5.3、发电机6。

具体实施方式

实施例1：

参见图1-6，本发明涉及的一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统，它包括支撑齿圈1、一级行星轮系2、二级行星轮系3、三级行星轮系4、机舱系统5和发电机6。

所述一级行星轮系2包括一级左法兰2.1、一级行星架组件2.2、一级右法兰2.3和一级太阳轮2.4；所述二级行星轮系3包括二级齿圈3.1、二级齿圈左轴承3.2、二级行星架组件3.3、二级太阳轮3.4和二级齿圈右轴承3.5；所述三级行星轮系4包括三级行星架组件4.1、三级法兰4.2、三级齿圈4.3、发电机安装法兰4.4和三级太阳轮4.5。

所述一级行星架组件2.2、二级行星架组件3.3和三级行星架组件4.1均包括行星架、行星轮、行星轮轴承以及行星销轴。

所述支撑齿圈1的左端与风轮系统连接，所述支撑齿圈1的左侧设置一级左法兰2.1，所述支撑齿圈1的右侧设置一级右法兰2.3，一级左法兰2.1和一级右法兰2.3通过止口与齿圈配合，给支撑齿圈1提供内部支撑，减少支撑齿圈1变形；所述一级左法兰2.1和一级右法兰2.3上设有安装孔，在安装孔内安装一级行星架轴承，一级行星架轴承支撑一级行星架组件2.2，一级行星架组件2.2通过2个轴承支撑在一级左法兰2.1和一级右法兰2.3上，一级行星架组件2.2和支撑齿圈1通过一级左法兰2.1和一级右法兰2.3与一级行星架轴承形成一个相对封闭的整体，刚性好，内部齿轮啮合受外界载荷变化影响小。

所述二级行星架组件3.3与支撑齿圈1相连接，二级行星架组件3.3旋转驱动二级太阳轮3.4旋转，二级太阳轮3.4与一级行星架组件2.2通过花键连接，一起通过一级行星架组件2.2的啮合运动将支撑齿圈1和二级太阳轮3.4的扭矩最终整体通过一级太阳轮2.4输出给三级行星轮系4。

所述二级齿圈3.1通过二级齿圈左轴承3.2和二级齿圈右轴承3.5设置在二级行星架组件3.3上；所述二级齿圈3.1内表面通过机加工形成2角接触球滚道表面，二级行星架组件3.3上固定2个接触球轴承内圈，通过轴承的预紧，使得二级齿圈3.1的旋转中心与二级行星架组件3.3中心始终同心，消除和减少二级齿圈3.1的重力对与二级行星轮系3的啮合的不均影响。

所述三级齿圈4.3通过三级法兰4.2固定在机舱系统5上，所述发电机6通过发电机安装法兰4.4固定在三级齿圈4.3上，所述三级行星架组件4.1的左侧通过轴承支撑二级行星架组件3.3上，右侧通过轴承支撑在发电机安装法兰4.4上；所述三级行星架组件4.1与一级太阳轮2.4连接，通过一级太阳轮2.4带动三级行星架组件4.1旋转，三级行星架组件4.1通过3级行星齿轮间的啮合驱动三级太阳轮4.5，三级太阳轮4.5通过联轴器与发电机6的输入轴连接，最终驱动发电机旋转，切割磁力线对外输出电能。

所述机舱系统5包括圆柱式机舱壳体5.1和下圆柱体5.2，所述下圆柱体5.2的一端与圆柱式机舱壳体5.1的侧壁交汇连通，所述圆柱式机舱壳体5.1和下圆柱体5.2的截面呈t字型结构；所述圆柱式机舱壳体5.1与风机的轮毂对接，所述圆柱式机舱壳体5.1内部设置了3个支撑架，支撑主轴和行星架，大幅度提高整个机舱系统的刚性和强度，且承担了齿轮箱的壳体功能，降低了整个机舱的重量，所述下圆柱体5.2主要与风机的偏航系统、塔筒等零部件连接。

工作原理：

一级行星轮系整体利用支撑齿圈通过2个轴承支撑在圆柱式机舱壳体内，支撑齿圈支撑整个风轮，省去了主轴；一级行星轮系中的支撑齿圈左侧通过法兰与风轮系统连接，支撑齿圈右侧与二级行星轮系的二级行星架连接，风轮驱动支撑齿圈的时候也驱动二级行星架旋转。风轮系统捕获风能后旋转，带动支撑齿圈和二级行星架同时旋转，支撑齿圈和二级行星架共同分担风轮的捕获扭矩。二级行星架通过二级行星轮系内齿轮啮合运动带动二级太阳轮旋转，并将二级行星架分担的来自风轮的能量传递给二级太阳轮，二级太阳轮与一级行星架连接；二级太阳轮带动一级行星架旋转；并将二级行星架分担的风轮的能量传递给一级行星架。支撑齿圈和一级行星架同时旋转，按照一级行星轮系内部齿轮啮合运动关系带动一级太阳轮旋转；并将支撑齿圈分担风轮捕获的能量和二级太阳轮的能量（来自与二级行星架分担部分）传递给一级太阳轮，一级太阳穿过中空的二级太阳轮与三级行星架连接，驱动三级行星架旋转，三级行星架通过3级行星齿轮的啮合运动旋转驱动三级太阳轮，三级太阳轮与发电机输入轴连接，驱动发电机旋转，切割磁力线对外输出电能，发电。

实施例2：

参见图7-图10，本发明涉及的一种可拆分紧凑型功率分流主传动系统，它与实施例1不同的是，所述一级行星轮系2和三级行星轮系4设置支撑齿圈1内，所述三级齿圈4.3设置在支撑齿圈1内壁，所述一级行星架组件2.2的右侧通过轴承支撑在一级右法兰2.3上，所述三级行星架组件4.1的左侧通过轴承支撑在一级左法兰2.1上；

所述发电机6通过法兰固定在机舱系统5内。

所述三级太阳轮4.5通过联轴器与发电机6的输入轴连接，最终驱动发电机旋转。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。