CN202510680U - 风电增速齿轮箱及其空心轴的安装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电增速齿轮箱及其空心轴的安装结构。该风电增速齿轮箱内设置有行星轮系和定轴轮系，行星轮系具有与风轮主轴驱动连接的行星架，空心轴第一端的外周壁上设有第一止转面，行星架上安装有周向定位件，周向定位件上设有与第一止转面配合的第二止转面；空心轴与行星架之间设置有轴向限位件；空心轴的第二端由设置在空心轴与风电增速齿轮箱箱体之间的圆柱滚子轴承支撑。采用本实用新型的技术方案，拆装容易，且空心轴的支撑轴承使用寿命长。

Description

风电增速齿轮箱及其空心轴的安装结构

技术领域

本实用新型涉及风电领域，更具体地，涉及一种风电增速齿轮箱及其空心轴的安装结构。 

背景技术

随着不可再生能源的逐渐减少、能源单价越来越高，可再生的新能源越来越受到人们的关注，特别是在国家政策的扶持下，很多企业进入各种新能源、清洁能源行列，特别是风能发电行业。国际标准中有着对风力风电机组寿命不得少于20年规定，这一规定包含风力发电机组中每一组件的寿命，如风电增速齿轮箱、发电机等，特别是对风电增速齿轮箱的规定，极为严格，因为其可靠性直接影响整个风力发电机组的可靠性。虽然各个风电齿轮箱生产厂家生产的齿轮箱在功率、内部结构、外观上的设计不同，但是风电增速齿轮箱中的空心轴的安装结构大体上相同。参见图10至图13，现有技术中空心轴安装结构主要有以下两种： 

一种如图10和图11所示，示出了现有技术的圆柱滚子轴承支撑式空心轴安装结构。由图中可以看出，该风电增速齿轮箱内设置有行星轮系和定轴轮系，其中行星轮系包括两级行星轮系，风电增速齿轮箱上还安装有扭力臂2’。一级行星轮系包括行星架31’、内齿圈32’、行星轮33’和太阳轮34’。行星架31’与风轮主轴间隙安装并由风轮主轴驱动。从而带动太阳轮34’转动。二级行星轮系包括行星架41’、内齿圈42’、行星轮43’和太阳轮44’，行星架41’与太阳轮34’同轴联动，从而带动太阳轮44’转动。定轴轮系包括互相啮合的定齿轮61’和定齿轮62’，定齿轮61’和太阳轮44’同轴联动，驱动定齿轮62’转动。定齿轮62’的转轴为动力输出轴，与发电机主轴联动。空心轴5’的第一端穿设在行 星架31’的内孔中，其中空的内孔用于穿设控制风轮中叶片转动方向和角度大小的电缆，空心轴5’的第二端由圆柱滚子轴承9’支撑于风电增速齿轮箱的后端盖上。空心轴5’与行星架31’需同轴联动且相对于风电增速齿轮箱箱体不发生轴向移动。由图11的局部放大图中可以看出，空心轴5’的第一端焊接有法兰盘7’，法兰盘7’与行星架31’通过螺栓连接，从而对空心轴5’形成了周向和轴向的定位安装。此外，法兰盘7’与行星架31’之间通过密封胶密封，以防止齿轮箱内部的润滑油外漏。 

但上述的圆柱滚子轴承支撑式空心轴安装结构，空心轴与行星架之间用螺栓通过法兰盘连接，是刚性连接，因此存在以下问题： 

1）如果行星架31’上的安装空心轴5’的轴孔与行星架两端支承轴承的同轴度非常差时，就会存在空心轴5’与安装其后端的圆柱滚子轴承9’不同心，在行星架31’带动空心轴5’一起旋转时，会对圆柱滚子轴承9’产生附加的弯矩，使轴承寿命缩短； 

2）如果法兰盘7’在焊接后加工时，其与行星架31’接触的端面相对于空心轴7’轴线的垂直度非常差时，同样也存在空心轴与安装其后端的圆柱滚子轴承不同心，同样会对圆柱滚子轴承产生附加的弯矩，使轴承寿命缩短。 

3）行星架前端、后端的轴承，存在一定的游隙，且风电齿轮箱是通过行星架31’与风力发电机组的风轮主轴通过锁紧盘锁紧、把整个齿轮箱悬挂于主轴上，当齿轮箱未运转时，齿轮箱在自身重力的作用下齿轮箱的后端微量下沉，这时，这个微量下沉通过圆柱滚子轴承9’施加到空心轴5’上。对圆柱滚子轴承9’产生附加弯矩的同时，也会对其前端法兰盘7’的紧固螺栓产生不良影响，久而久之，要么螺栓松脱，要么法兰盘7’与行星架的密封性变坏、出现漏油现象。 

4）圆柱滚子轴承9’的内圈的安装，是在空心轴5’穿过行星架31’、一级太阳轮内孔34’、二级太阳轮内孔44’后（如图10所示）安装在空心轴5’上的。当在装配不当或需要进进行维修时，如果一级太阳轮内孔、二级太阳轮内孔的直径小于圆柱滚子轴承9’内圈的外径时，不能将带有 轴承内圈的空心轴组件从一级太阳轮内孔或二级太阳轮内孔拨出，如果一级太阳轮内孔、二级太阳轮内孔的直径设计较大，则太阳轮齿根弯曲强度大大减小；且在拨出空心轴组件时，容易对轴承内圈的外圆面造成划伤。如果将热装的轴承内圈拆下，这又是一个非常困难而又复杂的过程，装配、维修效率大大降低。 

另一种如图12和图13所示，示出了现有技术的深沟球轴承支撑式空心轴安装结构。由图中可以看出，该风电增速齿轮箱内同样设置有两级行星轮系以及定轴轮系，行星架31”由风轮主轴驱动，定轴轮系的齿轮轴62”为动力输出轴。空心轴5”第一端伸出行星架31”内孔的侧壁上开设有豁口，在行星架31”上螺接有周向止动件7”，周向止动件7”具有伸入豁口内的止动块，使空心轴5”与行星架31”同步转动。空心轴5”第二端由深沟球轴承9”支撑，深沟球轴承9”的外圈安装于齿轮箱后端盖中，深沟球轴承9”对空心轴5”起到轴向定位的作用。空心轴5”第一端与行星架31”之间通过O型密封圈密封，以防止齿轮箱内部的润滑油外漏。 

但上述的深沟球轴承支撑式空心轴安装结构，空心轴组件与行星架安装存在以下的弊端： 

1）安装于空心轴5”后端的深沟球轴承9”在安装过程中不能进行内圈、外圈的分别装配。如果对轴承9”进行整体加热，先安装于空心轴5”上，再进行齿轮箱后端盖的装配，由于加热后的轴承外圈直径变大，不能实现外圈上齿轮箱后端盖的安装。如果轴承9”外圈与齿轮箱后端内孔之间采用间隙配合，存在轴承“跑圈”的可能。 

2）虽然深沟球轴承9”既能承受轴向载荷、也能承受径向载荷，但是其承受径向载荷的能力远小于圆柱滚子轴承。在同样的径向载荷下，深沟球轴承的寿命远小于圆柱滚子轴承的寿命。 

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，以解决现有技术中存在的上述问题中的至少一个问题。进一步地，本实用新型还提出了一种风电增速齿轮箱。 

根据本实用新型的一个方面，提供了一种风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，该风电增速齿轮箱内设置有行星轮系和定轴轮系，行星轮系具有与风轮主轴驱动连接的行星架，空心轴第一端的外周壁上设有第一止转面，行星架上安装有周向定位件，周向定位件上设有与第一止转面配合的第二止转面；空心轴与行星架之间设置有轴向限位件；空心轴的第二端由设置在空心轴与风电增速齿轮箱箱体之间的圆柱滚子轴承支撑。 

进一步地，空心轴的外周壁上设置有环形凹槽，环形凹槽位于第一止转面内侧；轴向限位件为安装在环形凹槽内的限位环，且限位环凸出于空心轴的部分由周向定位件和行星轮架限位。 

进一步地，限位环包括至少两个分体的弧形环。 

进一步地，第一止转面为多个止转切面，止转切面与空心轴轴线相平行且绕空心轴的周向均匀分布。 

进一步地，周向定位件为套设在空心轴的第一端上的周向定位圈。 

进一步地，周向定位圈包括：圆环部，圆环部的内径与限位环的外径相匹配；止挡部，安装在圆环部的外侧端面，第二止转面形成于止挡部的侧壁上，且止挡部朝向圆环部的端面形成对限位环的止挡。 

进一步地，周向定位圈为一体式结构；第二止转面为两个；行星架上还设有用于容纳限位环的凹部。 

进一步地，空心轴与行星架之间还设置有密封圈。 

进一步地，行星轮系为两级行星轮系。 

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种风电增速齿轮箱，设置有上述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构。 

根据本实用新型的技术方案，因空心轴的第二端仍由圆柱滚子轴承支撑，通过在空心轴的第一端外周壁上设有第一止转面，在对应的行星架上安装有周向定位件，周向定位件上设有第二止转面，使第一止转面和第二止转面相配合以限制空心轴相对于行星架的周向转动；另外，在空心轴与行星架之间设置有轴向限位件，限制空心轴相对于行星架的轴向移动，从 而提供了一种对行星架两端轴承游隙变化不敏感、空心轴与行星架密封能够自动补偿、且空心轴的支撑轴承能承受较大径向载荷的空心轴安装结构，克服了现有技术的圆柱滚子轴承支撑式空心轴安装结构因空心轴第一端与行星架刚性连接，容易因精度问题造成空心轴和圆柱滚子轴承承受大的弯矩，空心轴与圆柱滚子轴承容易损坏的问题；同时，也克服了现有技术的深沟球轴承支撑式空心轴安装结构，深沟球轴承承受径向载荷的能力小且容易发生跑圈的问题。 

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中： 

图1是本实用新型所提供实施例的风电增速齿轮箱的主视剖面图； 

图2是本实用新型所提供实施例的风电增速齿轮箱的侧视图； 

图3是图1的局部放大图； 

图4是图3的A向图； 

图5是本实用新型所提供实施例中的空心轴、周向定位件和轴向定位件的立体图； 

图6是本实用新型所提供实施例中的空心轴的主视图； 

图7a是图6的B-B剖视图； 

图7b是图6的C-C剖视图； 

图7c是图6的D-D剖视图； 

图8是本实用新型所提供实施例中的周向定位件的主视图； 

图9是本实用新型所提供实施例中的周向定位件的左视图； 

图10是现有技术中一种风电增速齿轮箱的主视剖面图，其中采用圆柱滚子轴承支撑式空心轴安装结构； 

图11是图10的局部放大图； 

图12是现有技术中一种风电增速齿轮箱的主视剖面图，其中采用深沟球轴承支撑式空心轴安装结构；以及， 

图13是图12的局部侧视图。 

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。 

参见图1至图2，示出了本实用新型所提供实施例的风电增速齿轮箱的结构，在本实施例中，该风电增速齿轮箱100的箱体包括前箱体11、中箱体12、后箱体和安装在后箱体上的后端盖13，其箱体内设置有行星轮系、定轴轮系和空心轴5。在箱体上还安装有扭力臂2。 

行星轮系为两级行星轮系，其中一级行星轮系包括行星架31、内齿圈32、行星轮33和太阳轮34。行星架31的左端形成有孔，该孔与风轮主轴间隙安装，即行星架31与风轮主轴驱动连接。内齿圈32安装在前箱体11和中箱体12上，行星架31转动时，通过行星轮33带动太阳轮34转动。 

二级行星轮系包括行星架41、内齿圈42、行星轮43和太阳轮44，行星架41与太阳轮34同轴联动，内齿圈42固定在中箱体12和后箱体之间，行星轮43通过轴承安装在转轴45上，行星架41转动时，通过行星轮43带动太阳轮44转动。 

定轴轮系包括互相啮合的定齿轮61和定齿轮62。定齿轮61和太阳轮44同轴联动，并驱动定齿轮62转动。定齿轮62的转轴为动力输出轴，与发电机主轴联动。 

空心轴5的第一端穿设在行星架31的内孔中，其中空的内孔用于穿设控制风轮中叶片转动方向和角度大小的电缆，空心轴5的第二端由圆柱滚子轴承9支撑于风电增速齿轮箱的后端盖上。 

具体结合图1至图5，本实用新型所提供实施例的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构是这样实现的：空心轴5第一端的外周壁上设有第一止转 面51，行星架31上例如通过螺栓79连接的方式安装有周向定位件7，周向定位件7上设有第二止转面71，第一止转面51和第二止转面71相配合对空心轴5形成周向定位，阻止空心轴5与行星架31的相对转动。空心轴5与行星架31之间设置有轴向限位件，限制空心轴5的轴向移动。圆柱滚子轴承9设置在空心轴5与后端盖13之间，空心轴的第二端由圆柱滚子轴承9支撑。 

这样，采用本实用新型的技术方案，在周向定位件7和轴向限位件的作用下，对空心轴5产生周向和轴向的限位，而且空心轴5的第二端仍由圆柱滚子轴承9支撑。现对于现有技术来说，不需要对空心轴5焊接后加工，不存在焊接缺陷，可靠性更高；对行星架31两端轴承游隙变化不敏感，对加工及安装精度要求低，避免刚性连接造成的大的弯矩力；圆柱滚子轴承9可承受较大的径向载荷，使用寿命长；圆柱滚子轴承9的轴承内圈、外圈可实现分别装配，从而更容易实现空心轴5、齿轮箱后端盖13的装配与拆卸；空心轴的安装可以从齿轮箱后端安装，不存在当需拆卸空心轴时必须先拆卸热装的圆柱滚子内圈的情况，使装配、拆卸效率更高。 

优选地，第一止转面51为多个止转切面，止转切面51通过铣削空心轴5的外周壁即可容易形成。各止转切面与空心轴5轴线相平行，且多个止转切面绕空心轴5的周向均匀分布，以使空心轴5受力均匀。在本实施例中，第一止转面51为两个，相隔180°设置。相应地，第二止转面71可以为平行于空心轴5轴线的平面。当然，第一止转面51还可以具有其他形式的结构，例如为锥面或其他不规则形状，只要第二止转面和第一止转面相配合以达到空心轴5与行星架31同步转动的效果即可。 

结合参考图3、图5、图6、图7a、图7b和图7c，示出了轴向限位件的优选实施方式：空心轴5的外周壁上设置有环形凹槽52（参见图7b中的C-C剖面图），环形凹槽52位于第一止转面51内侧。轴向限位件为安装在环形凹槽52内的限位环8，为了便于安装和拆卸，限位环8可以由至少两个分体的弧形环组合而成。例如在本实施例中限位环8包括两个分体的（即不相连接的）弧形环，两个弧形环为各呈180°的半圆环81和82；当然，限位环8还有多种实施方式，例如还可以由三个均呈120°的分体 的弧形环组合而成。限位环8的内环侧安装在环形凹槽52内，其凸出于空心轴5的外环侧部分则由周向定位件7和行星轮架31限位。 

结合参考图3、图4、图5、图8和图9，还示出了周向定位件7的一种优选实施方式，周向定位件7为套设在空心轴5的第一端上的周向定位圈，以便于装配。该周向定位圈进一步地包括圆环部72和止挡部70。由图3中可以看出，圆环部72的内径与限位环8的外径相匹配；止挡部70安装在圆环部72的外侧端面，第二止转面71形成于止挡部70的侧壁上。止挡部70朝向圆环部72的端面形成对限位环8左端的限位，行星架31形成对限位环8右端的限位。另外，在行星架31设有用于容纳限位环8的凹部311，便于定位限位环8，显然，凹部311的半径与圆环部72的内径相同。 

本实施例中的周向定位件7可以通过如下加工方式得到：首先制出一个桶形圆柱体，桶形圆柱体的内孔孔径与限位环8的外径相匹配，然后对桶形圆柱体的桶底采用“盘型”铣刀对桶底铣削加工，铣削加工的加工宽度与空心轴5的两个平行的第一止转切面51之间的距离相同，厚度略大于桶底厚度供空心轴5第一端穿出，即可形成一体式结构的周向定位件7。 

优选地，为防止齿轮箱漏油，空心轴5与行星架31之间还设置有密封圈59，图7c中的D-D剖面结构即空心轴5安装密封圈59的凹槽处的剖面。密封圈59例如包括2个弹性的O型密封圈，不但可以避免空心轴5与行星架31密封不严，还可以使圆柱滚子轴承9对安装空心轴5的轴孔与行星架31两端支承轴承的同轴度大小不敏感。 

本实用新型实施例的空心轴的安装结构的装配过程如下所述： 

1）将两个O型密封圈59安装到空心轴5上，提前在O型密封圈59和相邻的空心轴部分及行星架31内孔涂上少量的润滑脂，便于安装及防止在安装过程中造成O型密封圈59的刮伤。 

2）将安装有O型密封圈59的空心轴5从齿轮箱后端插入，穿过二级太阳轮内孔、一级太阳轮内孔，将空心轴的O型密封圈位置安装到行星架 31内孔的相应位置，这个位置应尽量向左，只要O型密封圈不漏出行星架的内孔就可以。 

3）将两个半圆环81、82径向安装于空心轴1的环形凹槽52内，环形凹槽52位于图6中的C-C剖面位置。 

4）将空心轴5向右拉动，使半圆环81、82的右端面与行星架内孔左端面贴合。 

5）将周向定位圈7的第二止转面71与空心轴5的第一止转面51对正，然后将周向定位圈7插入空心轴1。 

6）将周向定位圈7的螺栓孔与行星架31上的螺栓孔对正，安装紧固螺栓，紧固螺栓79用止动垫圈锁死进行防松。 

7）将圆柱滚子轴承9的内圈安装于空心轴5右端、带有滚动体、保持架的外圈安装于后端盖13内。 

8）将安装有圆柱滚子轴承外圈的后端盖13安装于齿轮箱后箱体上。空心轴安装完毕。 

需要说明的是，本实施例中风电增速齿轮箱以二级行星轮系和定轴轮系的组合实现增速，但在其它未示出的实施例中，还可以以一级行星轮系和定轴轮系的组合、或仅通过多级定轴轮系来实现增速，当然，对于不同的增速结构，风电增速齿轮箱箱体的结构会相应发生变化，但并不影响本实用新型技术方案的实施。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，该风电增速齿轮箱（100）内设置有行星轮系和定轴轮系，所述行星轮系具有与风轮主轴驱动连接的行星架（31），其特征在于，

所述空心轴（5）第一端的外周壁上设有第一止转面（51），所述行星架（31）上安装有周向定位件（7），所述周向定位件（7）上设有与所述第一止转面（51）配合的第二止转面（71）；

所述空心轴（5）与所述行星架（31）之间设置有轴向限位件；

所述空心轴的第二端由设置在所述空心轴（5）与所述风电增速齿轮箱箱体之间的圆柱滚子轴承（9）支撑。

2.根据权利要求1所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，

所述空心轴（5）的外周壁上设置有环形凹槽（52），所述环形凹槽（52）位于所述第一止转面（51）内侧；

所述轴向限位件为安装在所述环形凹槽（52）内的限位环（8），且所述限位环（8）凸出于所述空心轴（5）的部分由所述周向定位件（7）和所述行星轮架（31）限位。

3.根据权利要求2所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述限位环（8）包括至少两个分体的弧形环。

4.根据权利要求3所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述第一止转面（51）为多个止转切面，所述止转切面与所述空心轴（5）轴线相平行且绕所述空心轴（5）的周向均匀分布。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述周向定位件（7）为套设在所述空心轴（5）的第一端上的周向定位圈。 

6.根据权利要求5所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述周向定位圈包括：圆环部（72），所述圆环部（72）的内径与所述限位环（8）的外径相匹配；止挡部（70），安装在所述圆环部（72）的外侧端面，所述第二止转面（71）形成于所述止挡部（70）的侧壁上，且所述止挡部（70）朝向所述圆环部（72）的端面形成对所述限位环的止挡。

7.根据权利要求6所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述周向定位圈为一体式结构；所述第二止转面（71）为两个；所述行星架（31）上还设有用于容纳所述限位环（8）的凹部（311）。

8.根据权利要求1所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述空心轴（5）与所述行星架（31）之间还设置有密封圈（59）。

9.根据权利要求1所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构，其特征在于，所述行星轮系为两级行星轮系。

10.一种风电增速齿轮箱，其特征在于，设置有权利要求1至9中任一项所述的风电增速齿轮箱空心轴的安装结构。 

Images