双臂行星组件及偏航齿轮箱的制作方法

1.本发明涉及风机技术领域，更具体地说，涉及一种双臂行星组件及偏航齿轮箱。


背景技术：

2.偏航齿轮箱作为减速器，是风力发电机组的重要组成部分，主要包括输入端、多级行星齿轮结构和输出端。
3.偏航齿轮箱为大批量产品，为降低成本，齿轮箱的行星轮内孔不用滚动轴承，而是采用满装滚针轴承设计。然而，行星轮用满装滚针设计必须在轴承两端增加轴向定位垫圈，在齿轮箱工作行星轮运转的过程中，定位垫圈一面会与行星轮端面紧密贴合，另一面会与行星架凸台相对运动。导致如下缺陷：（1）定位垫圈与行星架凸台相对动动，磨损凸台，凸台磨损严重不能提供支撑作用；（2）行星架为铸铁件，不耐磨，凸台磨损后，行星轮会轴向下移，工作旋转中会与轴承座干涉；（3）磨损产生的磨粒会污染润滑油，使油液提前失效，无润滑效果，继而会导致轴承及齿轮提前失效。
4.现有克服上述缺陷的方法是：加大轴向定位垫圈及行星架凸台直径，增大相对磨损面积。然而，由于磨损运动一直存在，此方法只是使失效时间点往后延一点，不能完全解决上述不足。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双臂行星组件及偏航齿轮箱，通过对双臂行星组件进行改进设计，避免定位垫圈与行星架产生相对运动，从而避免行星架磨损。
6.本公开的第一方面提供一种双臂行星组件，包括行星架、行星轴、行星轮和与所述行星轮啮合的太阳轮，所述太阳轮和所述行星轮设于所述行星架上，所述行星轮的内孔设有轴承，所述轴承的上端设有第一定位垫圈，所述轴承的下端设有第二定位垫圈，所述行星轴依次穿过所述行星架的上端板、所述第一定位垫圈、所述轴承、所述第二定位垫圈和所述行星架的下端板，所述第一定位垫圈处于所述行星轮的上端面与所述上端板之间，所述第二定位垫圈处于所述行星轮的下端面与所述下端板之间；所述行星架上设有第一防转平面，所述第二定位垫圈的内圈上设有第二防转平面，所述行星轴上设有第一行星轴防转部和第二行星轴防转部，所述第一行星轴防转部与所述第一防转平面之间平面配合，所述第二行星轴防转部与所述第二防转平面之间平面配合，所述行星轮旋转过程中，所述第二定位垫圈与所述下端板相对静止。
7.可选的，所述第一定位垫圈的内圈上设有第三防转平面；所述行星轴上设有第三行星轴防转部，所述第三行星轴防转部与所述第三防转平面之间平面配合。
8.可选的，所述行星轴包括轴头、轴颈和连接所述轴头与所述轴颈的轴身，所述第一行星轴防转部设于所述轴颈上，所述第二行星轴防转部设于所述轴身上，所述第三行星轴防转部设于所述轴头上。
9.可选的，所述第一行星轴防转部包括第一平面，所述第一平面设在所述轴颈的外周面上；所述第二行星轴防转部包括第二平面，所述第二平面设在所述轴身的外周面上；所述第三行星轴防转部包括第三平面，所述第三平面设在所述轴头的外周面上。
10.可选的，所述第二行星轴防转部还包括第一过渡面，所述第一过渡面设在所述第二平面与所述轴身的外周面的相交处。
11.可选的，所述第三行星轴防转部还包括第二过渡面，所述第二过渡面设在所述第三平面与所述轴头的外周面的相交处。
12.可选的，所述行星架包括所述上端板、所述下端板、支撑板和连接环，所述上端板与所述下端板通过所述支撑板相连，所述连接环连接所述下端板；所述行星轮设于所述上端板与所述下端板之间；所述第一防转平面设于所述连接环的外环面。
13.可选的，所述行星轮上开设有油孔，所述油孔连通所述行星轮的外齿面与所述行星轮的内孔；所述行星轮的下端面开设有凹槽。
14.可选的，所述行星轮的外齿上受力较大的一端的齿厚小于受力较小的一端的齿厚。
15.本公开的第二方面提供一种偏航齿轮箱，包括输入端、输出端和多级行星齿轮结构，其特征在于，所述多级行星齿轮结构包括至少一级如第一方面所述的双臂行星组件。
16.实施上述方案，具有如下有益效果：本公开的双臂行星组件，通过在行星架上设第一防转平面，在第二定位垫圈的内圈上设第二防转平面，行星轴穿过第二定位垫圈和行星架时，行星轴上的第一行星轴防转部与行星架上的第一防转平面之间平面配合，行星轴上的第二行星轴防转部与第二定位垫圈上的第二防转平面之间平面配合，行星轮转动过程中，行星轴、第二定位垫圈和行星架三者相对静止，因此第二定位垫圈不会因转动而磨损行星架的下端板，避免行星架下端板磨损失效。进一步的，由于第二定位垫圈与行星架之间不相对运动，故不会有磨粒污染润滑油，可保持齿轮箱油液干净，起到良好的润滑效果，提升齿轮箱运行的可靠度，延长轴承及齿轮的使用寿命。
附图说明
17.图1是本公开实施例提供的双臂行星组件的结构示意图；图2是本公开实施例提供的双臂行星组件的爆炸图；图3是本公开实施例提供的双臂行星组件的剖视图；图4是本公开实施例提供的行星架的仰视图；图5是本公开实施例提供的行星轴的结构示意图；图6是本公开实施例提供的第一定位垫圈的结构示意图；图7是本公开实施例提供的行星轮的结构示意图；图8是本公开实施例提供的偏航齿轮箱的结构示意图；图9是本公开实施例提供的偏航齿轮箱的剖视图；图10是本公开实施例提供的偏航齿轮箱的局部剖视图。
18.图中：
110太阳轮，111轴承，112第一定位垫圈，113第二定位垫圈，120行星架，121上端板，123下端板，124支撑板，125连接环，130行星轮，131油孔，132凹槽，140第一防转平面，141第二防转平面，142第三防转平面，151第一平面，152第一过渡面，161第二平面，171第三平面，172第二过渡面，180行星轴，181轴头，182轴颈，183轴身，200输入端，201电机，202电机轴，203输入箱体，204传动套，300多级行星齿轮结构，301第一级行星排，302第二级行星排，303第三级行星排，304第四级行星排，305第一壳体，306第一内齿圈，307第二壳体，308第二内齿圈，309第三内齿圈，400输出端，401输出箱体，402输出轴。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.本实施例提供一种双臂行星组件，请参见图1-图3，该双臂行星组件包括行星架120、行星轴180、行星轮130和与所述行星轮130啮合的太阳轮110，所述太阳轮110和所述行星轮130设于所述行星架120上，所述行星轮130的内孔设有轴承111，所述轴承111的上端设有第一定位垫圈112，所述轴承111的下端设有第二定位垫圈113，所述行星轴180依次穿过所述行星架120的上端板121、所述第一定位垫圈112、所述轴承111、所述第二定位垫圈113和所述行星架120的下端板123，所述第一定位垫圈112处于所述行星轮130的上端面与所述上端板121之间，所述第二定位垫圈113处于所述行星轮130的下端面与所述下端板123之间。所述行星架120上设有第一防转平面140，所述第二定位垫圈113的内圈上设有第二防转平面141，所述行星轴180上设有第一行星轴180防转部和第二行星轴180防转部，所述第一行星轴180防转部与所述第一防转平面140之间平面配合，所述第二行星轴180防转部与所述第二防转平面141之间平面配合，所述行星轮130旋转过程中，所述第二定位垫圈113与所述下端板123相对静止。
27.现有技术中，第一定位垫圈、第二定位垫圈和行星架与行星轴之间为光滑曲面接触，行星轮转动时，行星轮会带动行星轴、第一定位垫圈和第二定位垫圈转动，第二定位垫圈与行星架下端板相对运动，使行星架下端板被磨损而失去支撑作用，并且从行星架脱落的磨粒会污染润滑油，导致其他部件失效。为克服这些问题，本实施例通过在行星架上设第一防转平面，在第二定位垫圈的内圈上设第二防转平面，行星轴穿过第二定位垫圈和行星架时，行星轴上的第一行星轴防转部与行星架上的第一防转平面之间平面配合，行星轴上的第二行星轴防转部与第二定位垫圈上的第二防转平面之间平面配合，行星轮转动过程中，由于行星轴与行星架下端板之间为平面配合，因此行星轴不能相对于行星架转动，又由于第二定位垫圈与行星轴为平面配合，第二定位垫圈不能绕行星轴转动，因此，第二定位垫圈与行星架之间不发生相对运动，从而不会磨损行星架，也避免了产生磨粒污染润滑油。
28.为了避免第一定位垫圈112与行星架120的上端板121之间因相对运动而产生污染润滑油的磨粒，还可以在第一定位垫圈112的内圈上设第三防转平面142，在所述行星轴180上设第三行星轴180防转部，通过所述第三行星轴180防转部与所述第三防转平面142之间平面配合，使第一定位垫圈112与行星轴180之间相对静止。
29.所述行星架120包括所述上端板121、所述下端板123、支撑板124和连接环125，所述上端板121与所述下端板123通过所述支撑板124相连，所述连接环125连接所述下端板123，所述行星轮130设于所述上端板121与所述下端板123之间。其中，上端板、下端板、支撑板和连接环可以为一体结构。
30.如图1和图4所示，所述第一防转平面140设在所述行星架120的连接环125的外环面上。第二防转平面141设在第二定位垫圈113的内周面上，第二防转平面141与第二垫圈的内周面相交；其中，第二定位垫圈113的内周面是指第二定位垫圈113的内孔的孔壁。第三防转平面142设在第一定位垫圈112的内周面上，第三防转平面142与第一定位垫圈112的内周面相交，第一定位垫圈112的内周面是指第一定位垫圈112的内孔的孔壁。
31.请参见图5，所述行星轴180包括轴头181、轴颈182和连接所述轴头181与所述轴颈182的轴身183，所述第一行星轴180防转部设于所述轴颈182上，所述第二行星轴180防转部
设于所述轴身183上，所述第三行星轴180防转部设于所述轴头181上。
32.在一个可能的实现方式中，所述第一行星轴180防转部包括第一平面151，所述第一平面151设在所述轴颈182的外周面上；第一平面151与行星架120上的第一防转平面140配合。
33.在一个可能的实现方式中，所述第二行星轴180防转部包括第二平面161，所述第二平面161设在所述轴身183的外周面上，第二平面161与轴身183的外周面相交，第二平面161与第二定位垫圈113的第二防转平面141配合，行星轴180与第二定位垫圈113之间为大间隙配合。
34.行星轴180与第二定位垫圈113之间为大间隙配合，在行星轮130转动过程中，第二定位垫圈113会有少许角度转动，导致行星轴180上的第二平面161与第二定位垫圈113的第二防转平面141之间不能面与平面配合，而是第二平面161与轴身183外周面相交处的锐边与第二定位垫圈113的第二防转平面141配合，锐边与平面配合，使应力集中，第二定位垫圈113可能受力爆裂。为避免这一情况，在一种可能的实现方式中，在所述第二平面161与轴身183的外周面的相交处设置第一过渡面152，第一过渡面152为平面，第一过渡面152与第二平面161之间形成夹角α，夹角α的取值根据行星轴180与第二定位垫圈113之间的配合间隙、行星轴180轴身183的直径以及第二定位垫圈113的内圈直径决定，需要确保在第二定位垫圈113正向或者反向旋转到最大角度时，第一过渡面152与行星轴180上的第二平面161之间为平面配合。示例性的，在第二平面161与轴身183外周面相交处的锐边加工斜角5度、宽5mm的倒边，使第二平面161与原锐边位置的接触区为一平面，消除第二定位垫圈113受力爆裂风险。
35.在一个可能的实现方式中，所述第三行星轴180防转部包括第三平面171，所述第三平面171设在所述轴头181的外周面上，第三平面171与轴头181的外周面相交，第三平面171与第一定位垫圈112的第三防转平面142配合，行星轴180与第一定位垫圈112之间为大间隙配合。
36.行星轴180与第一定位垫圈112之间为大间隙配合，在行星轮130转动过程中，第一定位垫圈112会有少许角度转动，导致行星轴180上的第三平面171与第一定位垫圈112的第三防转平面142之间不能面与平面配合，而是第三平面171与轴头181外周面相交处的锐边与第一定位垫圈112的第三防转平面142配合，锐边与平面配合，使应力集中，第一定位垫圈112可能受力爆裂。为避免这一情况，在一种可能的实现方式中，在所述第三平面171与所述轴头181的外周面的相交处设置第二过渡面172，第二过渡面172为平面，第二过渡面172与第三平面171之间形成夹角β，夹角β的取值根据行星轴180与第一定位垫圈112之间的配合间隙、行星轴180轴头181的直径以及第一定位垫圈112的内圈直径决定，需要确保在第一定位垫圈112正向或者反向旋转到最大角度时，第二过渡面172与行星轴180上的第三平面171之间为平面配合。示例性的，在第三平面171与轴头181外周面相交处的锐边加工斜角5度、宽5mm的倒边，使第三平面171与原锐边位置的接触区为一平面，消除第一定位垫圈112受力爆裂风险。
37.在一种可能的实现方式中，所述行星轮130上还开设有油孔131，所述油孔131连通所述行星轮130的外齿面与所述行星轮130的内孔。润滑油可以通过油孔131进入行星轮130的内孔，对设于行星轮130内孔中的轴承111进行润滑，提高轴承111使用寿命，同时，润滑油
顺着行星轮130向下流动润滑行星轮130与第二定位垫圈113，可以减小行星轮130与第二垫圈之间的摩擦力。其中，轴承111可以为满装滚针轴承111。油孔131的数量可以为多个，具体根据润滑的需求确定。油孔131的孔径不宜过大，以免影响行星轮130的强度，可选的，油孔131的直径可以为1mm。
38.在一种可能的实现方式中，所述行星轮130的下端面还开设有凹槽132。请参见图7，行星轮130的下端面开设有三个凹槽132，三个凹槽132围绕行星轮130的内孔均匀分布，并且每个凹槽132从行星轮130的内孔向外齿面延伸。在行星轮130的下端面开设凹槽132，减少行星轮130下端面与第二定位垫圈113之间的接触面积，可以进一步减小行星轮130与第二定位垫圈113之间的摩擦力。第一定位垫圈112和第二定位垫圈113采用轴承111钢gcr15，淬硬58-62hrc。第二定位垫圈113的上端面与行星轮130下端面相对运动，由于行星轮130端面也是淬硬58-62hrc，则此处的摩擦副相当于一平面轴承111，几乎无磨损。
39.双臂行星组件应用于偏航齿轮箱时，行星轮130与齿轮箱外壳上的内齿圈啮合，啮合面偏载严重，内齿圈容易失效。在一种可能的实现方式中，可以采取对行星轮130进行齿向单向修形，使行星轮130的外齿上受力较大的一端的齿厚小于受力较小的一端的齿厚，减轻啮合面偏载严重的问题，使啮合面受力趋于均匀。加载实验后接触区良好，可以减少齿圈失效风险，提高齿轮箱使用寿命。
40.本公开的双臂行星组件的行星架120与定位垫圈无相对运动，行星架120无磨损，保持齿轮箱油液干净，提升齿轮箱运行的可靠度，延长轴承111及齿轮的使用寿命。可应用于：风力发电机上的偏航和变桨齿轮箱、液压驱动单元、履带式挖掘机回转齿轮驱动、带有正齿轮传动的行星齿轮箱。
41.请参见图8-图10，本实施例还提供一种偏航齿轮箱，该齿轮箱包括输入端200、输出端400和多级行星齿轮结构300。
42.其中，输入端200包括电机201、输入箱体203和传动套204；输出端400包括输出箱体401和输出轴402；所述多级行星齿轮结构300包括第一壳体305、第二壳体307、第一级行星排301、第二级行星排302、第三级行星排303和第四级行星排304。第一级行星排301和第二级行星排302为单臂行星组件，第三级行星排303和第四级行星排304为前述的双臂行星组件。第一级行星排301、第二级行星排302、第三级行星排303和第四级行星排304均包括太阳轮、行星轮、行星架和行星轴，行星轮通过行星轴设置在行星架上，太阳轮穿过行星架与行星轮啮合。
43.输入箱体203、第一壳体305、第二壳体307和输出箱体401顺次相连。第一壳体305内设有第一内齿圈306，第一行星排和第二行星排设在第一壳体305内，第一行星排的行星轮和第二行星排的行星轮均与第一内齿圈306啮合。第二壳体307内设有第二内齿圈308和第三内齿圈309，第二行星排和第三行星排设在第二壳体307内，第二行星排的行星轮与第二内齿圈二内齿圈308啮合，第三行星排的行星轮与第三内齿圈309啮合。传动套204设在输入箱体203内，电机201的电机轴202连接所述传动套204的一端，第一级行星排301的太阳轮110连接所述传动套204的另一端。输出轴402穿过输出箱体401与第四级行星排304的太阳轮啮合。
44.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、
重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。