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CN102392799A - 用于风力发电设备的行星齿轮传动机构 - Google Patents

用于风力发电设备的行星齿轮传动机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种行星齿轮传动机构，其具有传动机构壳体、太阳轮、内齿轮和多个安装在行星架内的行星轮，所述行星轮与所述太阳轮和所述内齿轮啮合。在太阳轮和行星轮上设有齿部，所述齿部的相应的轮廓在所述齿部的第一侧和第二侧上非对称地构成。在此，在太阳轮和行星轮之间的齿啮合处，曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦分别非对称地构成。在行星轮和内齿轮之间的所述齿啮合处，所述行星轮的曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦非对称地构成。通过所述齿部的有针对性非对称的构造获得提高了的承载能力，所述承载能力允许改进功率密度。

Description

用于风力发电设备的行星齿轮传动机构
技术领域
相对于传统的圆柱齿轮传动机构和锥形圆柱齿轮传动机构，行星齿轮传动机构在功率密度和比力矩方面提供了明显的优点，并且包括太阳轮、具有行星轮的行星轮支架、以及具有内齿的内齿轮。尤其是在风力发电设备中，高的功率密度是非常重要的。对于传动机构的功率密度而言决定性的是传动机构的齿部的承载能力特性。齿部的承载能力此外具体地通过齿面承载能力、齿根承载能力、抗咬合能力、抗点蚀能力和抗磨损能力限定。承载能力计算按照标准化的计算方法，例如按照ISO 6336来进行。为了提高齿部的承载能力，通常将该齿部淬火。这样的淬火在封闭的传动机构中经常借助于气体渗氮或通过表面硬化处理来进行。
背景技术
在EP 1 350 601 A1中说明了一种用于处理齿部的方法，在所述方法中，齿部的，尤其是内齿轮的内齿部的制成的或最终成型的齿面在放出氮的气氛中进行气体渗氮。在气体渗氮后，通过化学加速的滑动研磨将产生的气孔边从齿面表面去除。因此，齿面表面被研磨的非常光滑。滑动研磨借助于处于振动的振动机组和含水的含酸的特殊液体来进行。特殊液体包括固体材料混合物。特别是轻的起磨蚀作用的陶瓷材料属于固体材料。
从EP 1 832 370 A1中已知一种用于制造由渗碳钢、调质钢或渗氮钢制成的圆柱齿轮的渐开线形齿部的方法，在所述方法中，圆柱齿轮承受借助化学的特殊液体和非磨蚀的磨粒的化学加速的滑动研磨。在用于风力发电设备的传动机构中，圆柱齿轮被滚齿、热处理，并且构成有通过研磨带来的轮廓改型，所述轮廓改型不同于渐开线形状，并且构成为齿顶线退切、齿根线退切和侧面线退切。在滑动研磨中，在限定轮廓改型的侧棱上的毛刺的形成通过借助于非磨蚀的磨粒在毛刺上的连续的处理和通过用化学的特殊液体在毛刺剩余部上的随后的处理去除。在此，在不同地隆起的分型面之间的侧棱渐进地平整。
在JP 2006/090466 A1中说明了一种具有渐开线齿部和非对称地构成的齿面的齿轮对。在此，齿面的非对称的构造目的在于改进在相互处于啮合的齿之间的面接触。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于风力发电设备的行星齿轮传动机构，其具有改进的功率密度。
根据本发明，该目的通过一种行星齿轮传动机构得以实现。本发明的有利的改进形式在下文中说明。
根据本发明的行星齿轮传动机构包括传动机构壳体、太阳轮、内齿轮和多个安装在行星架内的行星轮，所述行星轮与太阳轮和内齿轮啮合。在太阳轮和行星轮上设有齿部，所述齿部的相应的轮廓在齿部的第一侧和第二侧上非对称地构成。在此，在太阳轮和行星轮之间的齿啮合处，曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦分别非对称地构成。在行星轮和内齿轮之间的齿啮合处，行星轮的曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦非对称地构成。通过齿部的有针对性非对称的构造获得提高了的承载能力，所述承载能力允许改进功率密度。
附图说明
下面通过实施例借助于附图的详细阐述本发明。附图示出：
图1示出行星齿轮传动机构的示意图；
图2示出齿部的几何形状数据的图示；
图3示出行星齿轮传动机构的非对称地构成的齿部的示意图。
具体实施方式
在图1中示意地示出的用于风力发电设备的行星齿轮传动机构包括传动机构壳体1、太阳轮5、内齿轮2和多个安装在行星架4内的行星轮3，所述行星轮与太阳轮5和内齿轮2啮合。在本示例中，内齿轮2与驱动轴6扭转刚性地连接，而太阳轮5与从动轴7连接。原则上，驱动轴6也能够与行星架4或太阳轮5连接。在静止的内齿轮2的情况下，该内齿轮能够形成传动机构壳体1的一部分。那么相应地，驱动轴6能够安装在驱动侧的壳体部分内，而从动轴7安装在输出侧的壳体部分内。为了维护目的，行星齿轮传动机构能够以这种方式容易地拆卸。此外，这样的分配实现了合理的材料使用。
在图2中示出行星齿轮传动机构的齿部的几何形状数据，所述几何形状数据作为作用变量对于侧面承载能力是重要的。曲率半径22(ρ)和间接地改变曲率半径的工作啮合角21(α)属于作用变量。对于齿根承载能力的重要的作用变量是齿根半径24(R)和齿根弦长23(S)。
通过如下的几何形状的作用变量的改变：
-曲率半径
-工作啮合角
-齿根半径
-齿根弦长，
能够在考虑齿面承载能力、齿根承载能力、抗咬合能力、抗点蚀能力、抗内部疲劳能力和齿部的一侧的抗磨损能力的上界的情况下，进行承载能力优化。在此，齿部的相对侧的承载能力下降。
根据本发明，这产生在太阳轮5和行星轮3上的齿部500、300，所述齿部的相应的轮廓根据图3在齿部300、500的第一侧301、501和第二侧302、502上非对称地构成。在太阳轮5和行星轮3之间的齿啮合处，曲率半径、啮合角、齿根半径或齿根弦分别非对称地构成。在行星轮3和内齿轮2之间的齿啮合处，行星轮的曲率半径、啮合角、齿根半径或齿根弦非对称地构成。内齿轮2的齿部200具有在齿部200的第一侧201和第二侧202上非对称地构成的轮廓。
通过在太阳轮5和行星轮3上的齿部500、300的非对称的构造提高了在第二侧302、502上的相对于第一侧301、501的齿部承载能力。因此，提高了针对负载方向的齿部承载能力。当行星齿轮传动机构具有仅一个主负载方向时，这能够有针对性地进行。第一和第二齿侧的承载能力能够根据在两个旋转方向上的不同的负载进行优化。因此，当存在针对两个旋转方向的不同的负载时，相对于对称的齿部能够提高具有非对称的齿部的齿部的负载密度。用于风力发电设备的行星齿轮传动机构能够以仅一个主负载方向工作。
此外根据图3，行星轮3分别具有双重的齿啮合，所述双齿啮合一方面具有与内齿轮2的啮合，并且另一方面具有在相对侧上的与太阳轮5的啮合。
在太阳轮5和行星轮3之间的齿啮合处，通过如下方式实现具有行星轮3的双重啮合的齿部的行星齿轮传动机构的承载能力的提高，
-通过太阳轮5和行星轮3的非对称的齿部；
-通过如下参数的改变优化在太阳轮5和行星轮3之间的承载能力
Figure BSA00000528618700041
曲率半径；
Figure BSA00000528618700042
工作啮合角；
Figure BSA00000528618700043
齿根半径；
齿根弦。
在行星轮3和内齿轮2之间的齿啮合处，通过如下方式实现承载能力的提高，
-通过行星轮3和内齿轮2的非对称的齿部；
-与在太阳轮5和行星轮3之间的承载能力成比例的，通过如下参数的改变优化在行星轮3和内齿部2之间的承载能力
曲率半径；
工作啮合角；
Figure BSA00000528618700047
齿根半径；
Figure BSA00000528618700048
齿根弦；
Figure BSA00000528618700049
内齿轮材料。
在太阳轮5和行星轮3上的齿部的这种承载能力优化首先导致在行星轮3和内齿轮2之间的齿啮合处的承载能力的降低。但是，这个降低能够获得补偿，因为相比于在行星轮3和太阳轮5之间的凸-凸的齿啮合，在具有内齿的内齿轮2和具有外齿的行星轮3之间的凹-凸的齿啮合原则上允许更高的承载能力。通过借助非对称地成型的齿部进行有针对性地齿部几何形状优化，能够在几何形状上优化在太阳轮5和行星轮3之间的齿啮合处以及在行星轮3和内齿轮2之间的齿啮合处的承载能力。通过使用合适的材料和用于内齿轮2的淬火方法，相对于用于主负载方向的对称的齿部几何形状实现更高的承载能力并且因此实现提高了的功率密度。
本发明不局限于所述的实施例。

Claims (5)

1.一种用于风力发电设备的行星齿轮传动机构，具有：
-传动机构壳体、太阳轮、内齿轮和多个安装在行星架内的行星轮，所述行星轮与所述太阳轮和所述内齿轮啮合；
-在太阳轮和行星轮上的齿部，所述齿部的相应的轮廓在所述齿部的第一侧和第二侧上非对称地构成；
-其中在太阳轮和行星轮之间的齿啮合处，曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦分别非对称地构成；
-其中在行星轮和内齿轮之间的所述齿啮合处，所述行星轮的曲率半径、啮合角、齿根半径和/或齿根弦非对称地构成。
2.如权利要求1所述的行星齿轮传动机构，其中所述行星轮分别具有双重的齿啮合，所述双重的齿啮合具有与所述内齿轮的啮合和在相对侧上的与所述太阳轮的啮合。
3.如权利要求1或2中任一项所述的行星齿轮传动机构，其中所述行星齿轮传动机构具有仅一个主负载方向。
4.如权利要求1至3中任一项所述的行星齿轮传动机构，其中所述内齿轮形成所述传动机构壳体的一部分。
5.如权利要求4所述的行星齿轮传动机构，其中驱动轴安装在驱动侧的壳体部分内，并且从动轴安装在输出侧的壳体部分内。
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