CN216131349U - 齿轮箱多分流平行传动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿轮箱多分流平行传动结构，包括输入轴、输入齿轮副、平行级齿轮副及输出轴。输入齿轮副包括第一主动轮、第一从动轮及第一平行轴，第一主动轮安装于输入轴上，第一从动轮安装于第一平行轴的一端，多个第一从动轮分布于第一主动轮周围并与第一主动轮啮合，第一主动轮和第一从动轮均为斜齿轮。平行级齿轮副包括第一平行级齿轮副及第二平行级齿轮副，第一平行级齿轮副增速后传递给第二平行级齿轮副，第二平行级齿轮副通过功率汇流减少分流数量驱动输出轴转动。采用上述齿轮箱多分流平行传动结构的齿轮箱，融合了主轴功能，大幅度降低了成本，同时简化了传动链的安装调试，提高了传动链可靠性。

Description

齿轮箱多分流平行传动结构

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种齿轮箱多分流平行传动结构。

背景技术

随着风电市场平价，要求风电机组制造商不断降低整机制造成本，并对机组性能提出了更高要求。在机组构成中，传动链的成本及性能直接决定了机组的成本及性能。

目前传统的风电机组中传动链包含轮毂、主轴、主轴轴承、轴承座、齿轮箱、发电机、联轴器等部件，而齿轮箱是其中动力传递及转换的关键。常规大功率风电机组中，齿轮箱通常采用行星增速为主的结构。其结构上关键的第一级或者第一、第二级增速结构为行星增速，中高速级采用无分流的平行结构共同完成增速功能。

现有的传统风力发电机组齿轮箱结构存在以下缺点：1、齿轮箱第一级或第一、第二级采用行星结构，不能承受来自风轮端的推力、重力、及全部横向载荷，需要在其前端设置独立的主轴部件来承受这些载荷，并将其传递到机架。行星齿轮箱只能承受来自主轴的扭矩。这导致机组传动链零部件数量多、结构复杂、安装调试困难、重量大、成本高。2、主轴与齿轮箱输入轴必须采用专用的联轴器连接，而低速大扭矩联轴器安装要求高，重量大，既增加了失效风险，也增加了成本。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有风电机组齿轮箱不能承受风轮的荷载，导致结构复杂、安装调试困难、成本高及可靠性差的问题，提供一种齿轮箱多分流平行传动结构。

一种齿轮箱多分流平行传动结构，包括：

输入轴，用于与轮毂连接；

输入齿轮副，包括第一主动轮、第一从动轮及第一平行轴，所述第一主动轮安装于所述输入轴上，所述第一从动轮安装于所述第一平行轴的一端，多个所述第一从动轮分布于所述第一主动轮周围并与所述第一主动轮啮合，所述第一主动轮和所述第一从动轮均为斜齿轮；

平行级齿轮副，包括第一平行级齿轮副及第二平行级齿轮副，所述第一平行级齿轮与所述第一平行轴的另一端连接，所述第一平行级齿轮副增速后传递给第二平行级齿轮副，所述第二平行级齿轮副通过功率汇流减少分流数量；及

输出轴，与所述第二平行级齿轮副连接。

在其中一个实施例中，所述输入轴用于与所述轮毂连接的端部直径增大形成有连接法兰。

在其中一个实施例中，所述输入轴设有连接凸台，所述第一主动轮通过螺栓安装于所述连接凸台上。

在其中一个实施例中，所述第一平行轴的一端安装有第一轴承，所述第一从动轮的两侧均设有所述第一轴承，所述第一从动轮远离所述轮毂一侧的所述第一轴承为推力轴承。

在其中一个实施例中，所述第一平行级齿轮副包括第二主动轮、第二从动轮及第二平行轴，所述第二主动轮安装于所述第一平行轴的另一端，所述第二从动轮安装于所述第二平行轴的一端，所述第二从动轮与至少一个所述第二主动轮相啮合。

在其中一个实施例中，所述第一从动轮一体成型于所述第一平行轴上，所述第二从动轮一体成型于所述第二平行轴上。

在其中一个实施例中，所述第二主动轮的数量为所述第二从动轮的倍数，所述第二从动轮位于所述第二主动轮围成的区域内，每个所述第二从动轮啮合多个所述第二主动轮。

在其中一个实施例中，所述第二平行级齿轮副包括第三主动轮及第三从动轮，所述第三主动轮安装于所述第二平行轴的另一端，所述第三从动轮安装于所述输出轴上，所述第三从动轮与多个所述第三主动轮相啮合。

在其中一个实施例中，所述输出轴内穿设有连接轴，所述第三从动轮一体成型于所述连接轴上，所述连接轴与所述输出轴柔性连接。

在其中一个实施例中，所述第二平行轴上设有连接套，所述第三主动轮通过螺栓安装于所述连接套上。

上述风力发电机组增速齿轮箱至少具有以下优点：

1、采用多分流平行传动结构的齿轮箱融合了主轴功能，采用该齿轮箱的机组传动链中取消了单独的主轴部件-包括主轴、主轴支撑轴承、轴承座结构。既大大简化了传动链结构，也大幅度降低了成本，同时简化了传动链的安装调试，提高了传动链可靠性。

2、采用多分流平行传动结构的齿轮箱输入轴自带连接法兰，采用该齿轮箱的机组传动链中取消了输入联轴器，轮毂与齿轮箱输入轴的法兰直接刚性连接。由于无大型输入联轴器，简化了传动链结构，降低了联轴器带来的风险，也降低了成本，简化了传动链的安装。

3、由于采用多分流平行传动结构的齿轮箱，机组传动链无主轴部件及输入联轴器，传动链长度大幅度缩短，机架长度相应大幅度缩短，重量大幅度减轻，也简化了机架结构设计难度，利于机架的轻量化设计，降低了机架成本。

4、由于采用多分流平行传动结构的齿轮箱，机组传动链无主轴部件及输入联轴器，同时机架轻量化设计，机组重量得到大幅度降低，降低了整机的吊装要求，减少了吊装成本。

5、由于采用多分流平行传动结构增速，输入齿轮副啮合轴向力可以对风轮推力产生良好的抵消效果，大幅度减轻了承担主轴支撑轴承功能的输入轴支撑轴承载荷。由此降低了输入轴支撑轴承选型难度及安装调试要求；进一步提高了传动链可靠性，降低了传动链成本。

6、由于采用多分流平行传动结构设计，齿轮箱多路分流的齿轮传动结构平行分布于承担主轴功能的输入轴四周，充分利用了径向空间布置。多个第一从动轮可将输入齿轮副啮合轴向力均匀分流为多个受力点，降低了单个位置受力大小，并使其均匀作用于齿轮箱箱体。从而改善了箱体受力，降低了箱体结构设计的难度，利于轻量化箱体设计，降低成本。

7、由于采用多分流平行传动结构的齿轮箱，机组传动链大幅度缩短，传动链的动力学特性得到明显改善，抑制了系统共振频率的降低，减少了共振频率落入工作区间的风险，降低了机组设计难度，提升了机组可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一实施方式中采用多分流平行传动结构的齿轮箱连接轮毂及发电机的结构示意图；

图2为一实施方式中齿轮箱多分流平行传动结构的结构示意图；

图3为图2所示齿轮箱多分流平行传动结构另一视角的结构示意图；

图4为图1中采用多分流平行传动结构的齿轮箱的主视图；

图5为图4中A-A线的剖视图；

图6为图4中B-B线的剖视图；

图7为图4中C-C线的剖视图。

附图标记：

10-轮毂，20-齿轮箱，21-箱体，22-输入轴，221-支撑轴承，222-连接法兰，223-连接凸台，23-输入齿轮副，231-第一主动轮，232-第一从动轮，233-第一平行轴，234-第一轴承，24-平行级齿轮副，241-第二主动轮，242-第二从动轮，243-第二平行轴，244-第三主动轮，245-第三从动轮，246-连接套，25-输出轴，26-连接轴，27-花键，30-发电机，40-机架。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1及图2，一实施方式中的采用多分流平行传动结构的齿轮箱20，用于连接轮毂10及发电机30，以将轮毂10的低转速大扭矩增速到高速小扭矩后传递给发电机30。其中，齿轮箱20包括箱体21及齿轮箱多分流平行传动结构，齿轮箱多分流平行传动结构安装于箱体21内，进而可以装配成完整的齿轮箱20。

在一实施方式中，齿轮箱多分流平行传动结构包括输入轴22、输入齿轮副23、平行级齿轮副24及输出轴25。输入轴22用于可转动地安装于箱体21内，输入轴22伸出箱体21外用于与风轮的轮毂10连接。具体地，输入轴22上间隔安装有支撑轴承221，支撑轴承221安装于箱体21上，实现输入轴22可转动地安装于箱体21内。输入轴22的一端朝远离箱体21的方向直径逐渐增大并形成有连接法兰222，连接法兰222通过螺栓与轮毂10刚性连接，实现输入轴22与轮毂10的连接。

请一并参阅图3，输入齿轮副23包括第一主动轮231、第一从动轮232及第一平行轴233，第一主动轮231安装于输入轴22的中部，第一主动轮231位于箱体21内。具体地，输入轴22上设有连接凸台223，第一主动轮231通过螺栓安装于连接凸台223上，实现第一主动轮231安装于输入轴22上。第一从动轮232安装于第一平行轴233的一端，多个第一从动轮232分布于第一主动轮231周围并与第一主动轮231啮合，第一主动轮231和第一从动轮232均为斜齿轮。

请一并参阅图4及图5，在一具体实施方式中，第一从动轮232的数量至少为两个，优选为偶数个。具体在本实施方式中，第一从动轮232的数量8个。第一从动轮232可以根据需要，在输入轴22的周围均匀分布，也可以非均匀分布。本实施方式中，第一从动轮232在输入轴22的周围均匀分布，保证第一主动轮231受力的均匀。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一平行轴233与输入轴22相平行，第一平行轴233的数量与第一从动轮232的数量相同，多个第一平行轴233分布于输入轴22的周围，每个第一平行轴233上安装有一个第一从动轮232。第一平行轴233上设有第一轴承234，第一轴承234安装于箱体21上，实现将第一平行轴233可转动地安装于箱体21内。第一从动轮232的相对两侧均设有第一轴承234，第一从动轮232远离轮毂10一侧的第一轴承234为推力承载，以承受第一从动轮232的轴向推力，将轴向推力传递给箱体21。

其中，风轮产生的载荷均作用于轮毂10，由于轮毂10直接与齿轮箱20的输入轴22刚性连接，来自轮毂10的风轮推力、重力、扭矩、横向载荷全部传递给输入轴22。输入轴22则将扭矩传递给安装在其中部的第一主动轮231，第一主动轮231同时与多个第一从动轮232啮合，实现功率分流传递及增速传动。

由于输入齿轮副23采用斜齿设计，在啮合中将在第一主动轮231和第一从动轮232上产生大小相同、方向相反的轴向力，通过选择合适的螺旋角，第一主动轮231上的轴向力与输入轴22传递来的风轮推力可以实现大部分或者全部抵消，从而大幅度减轻支撑轴承221承受的载荷。轮毂10的重力、横向载荷以及少部分剩余风轮推力经输入轴22两端的支撑轴承221传递到箱体21上，并进一步传递到机架40。第一从动轮232上承受的轴向力则传递到推力轴承，由于第一从动轮232为多分流传动，推力轴承相应为多个，因此每个推力轴承只承担部分轴向力，该轴向力由推力轴承分散承担后传递到箱体21，并经箱体21传递到机架40。

平行级齿轮副24安装于箱体21内，并与第一从动轮232连接，输出轴25与平行级齿轮副24连接，且输出轴25伸出箱体21外与发电机30连接，平行级齿轮副24用于实现增速传动，提高输出轴25的转速。一实施方式中，平行级齿轮副24包括第一平行级齿轮副及第二平行级齿轮副，第一平行级齿轮副与第一平行轴233的另一端连接，第一平行级齿轮副增速后传递给第二平行级齿轮副，第二平行级齿轮副通过功率汇流减少分流数量，输出轴25与第二平行级齿轮副连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一平行级齿轮副包括第二主动轮241、第二从动轮242及第二平行轴243。第二主动轮241安装于第一平行轴233的另一端，第一从动轮232和第二主动轮241分别位于第一平行轴233的两端。第二平行轴243可转动地安装于箱体21内，第二从动轮242安装于第二平行轴243的一端，第二从动轮242与至少一个第二主动轮241相啮合。第二平行级齿轮副包括第三主动轮244及第三从动轮245。第三主动轮244安装于第二平行轴243的另一端，第三从动轮245安装于输出轴25上，第三从动轮245同时与多个第三主动轮244相啮合。

其中，齿轮箱20实现低转速大扭矩增速到高速小扭矩的过程具体为：第一主动轮231驱动第一从动轮232旋转，由于第一主动轮231啮合多个第一从动轮232，可以实现第一从动轮232的增速，因此实现第一次增速传动。

然后，第一平行轴233将扭矩传递第二主动轮241，第二主动轮241驱动第二从动轮242旋转。由于每个第二从动轮242啮合至少一个第二主动轮241，可以实现第二次增速传动。

最后，第二平行轴243将扭矩传递给第三主动轮244，第三主动轮244驱动第三从动轮245，进而驱动输出轴25运动。由于第三从动轮245啮合多个第三主动轮244，可以实现第三次增速传动。齿轮箱20通过三次增速传动，实现低转速大扭矩增速到高速小扭矩。

请一并参阅图3与6，在上述实施例的基础上，进一步地，第二主动轮241的数量与第一从动轮232的数量相同，每个第二主动轮241安装于对应的第一平行轴233上。本实施方式中，第二主动轮241的数量为8个。第二主动轮241的数量为第二从动轮242的倍数，第二从动轮242位于第二主动轮241围成的圆周范围内，便于第二从动轮242与第二主动轮241的啮合，每个第二从动轮242啮合多个第二主动轮241，实现增速传动。

具体在本实施方式中，第二主动轮241的数量为第二从动轮242数量的两倍，即第二从动轮242的数量为4个，每个第二从动轮242啮合相邻的两个第二主动轮241。可以理解的是，在其他实施方式中，第二主动轮241的数量也可以为第二从动轮242数量的1倍，第二从动轮242与第二主动轮241单个啮合，或者第二主动轮241的数量与第二从动轮242数量根据圆周分布位置不同而分别为1倍、2倍或3倍，只要能够实现每个第二从动轮242与第二主动轮241正常啮合即可。

请一并参阅图7，在一具体实施方式中，第二平行轴243通过轴承可转动地安装于箱体21内，第二平行轴243的数量与第二从动轮242的数量相同，每个第二平行轴243上安装一个第二从动轮242。第二平行轴243与第一平行轴233相平行，第二平行轴243位于第一平行轴233和输入轴22之间。第三主动轮244的数量与第二平行轴243的数量相同，实现第二平行轴243的两端分别安装第二从动轮242及第三主动轮244。本实施方式中，第三主动轮244的数量为4个。

一实施方式中，第一从动轮232一体成型于第一平行轴233上，第二从动轮242一体成型于第二平行轴243上，第一平行轴233和第二平行轴243均为齿轮轴，安装过程简单，保证结构的紧凑。第三主动轮244围绕在第三从动轮245的四周，多个第三主动轮244与第三从动轮245啮合。本实施方式中，4个第三主动轮244与第三从动轮245啮合。

在一实施方式中，第二平行轴243上设有连接套246，第三主动轮244通过螺栓安装于连接套246上，实现第三主动轮244安装于第二平行轴243上。输出轴25内穿设有连接轴26，第三从动轮245一体成型于连接轴26上，连接轴26与输出轴25柔性连接。连接轴26和输出轴25柔性连接，以使输出轴25可以相对连接轴26发生角度或径向偏移，便于输出轴25与发电机30的连接和第三从动轮245实现均载。具体地，连接轴26通过花键27与输出轴25柔性连接。

上述齿轮箱多分流平行传动结构，采用该结构的齿轮箱20输入轴22位于箱体21回转轴线正中心，其轴段中部安装有第一主动轮231，多个功率分支第一从动齿轮232围绕输入轴22圆周分布，充分利用径向空间。由于采用多分流平行结构，输入齿轮副23可采用斜齿轮，第一主动轮231由于斜齿轮啮合产生的全部轴向力作用在输入轴22上，与同时作用在输入轴22上的风轮推力实现相互抵消作用；而第一从动轮232的每一啮合轴向力由于多分流而大幅度减小并均匀分散到箱体21外侧。由于该部分啮合轴向力分为多个，并分散于箱体21外侧，箱体21受载变形大幅度减小，利于轻量化箱体设计。采用多分流平行传动结构的齿轮箱20能够实现融合主轴设计，主轴功能融合于齿轮箱20的结构设计，由齿轮箱输入轴22、支撑轴承221、箱体21承担主轴、主轴轴承、轴承座功能。采用该齿轮箱20的传动链中将无需独立主轴部件，风轮轮毂10直接安装在齿轮箱20的输入端。而现有风电机组传动链具有单独的主轴部件，风轮轮毂安装在主轴输入端，主轴输出端通过联轴器与齿轮箱20安装。采用多分流平行传动结构的齿轮箱20的输入端自带连接法兰222，风轮可以直接安装在齿轮箱20的连接法兰222上，无需单独的大型联轴器，消除了联轴器带来的安装风险，同时减轻了传动链重量，降低了成本。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，包括：

输入轴，用于与轮毂连接；

输入齿轮副，包括第一主动轮、第一从动轮及第一平行轴，所述第一主动轮安装于所述输入轴上，所述第一从动轮安装于所述第一平行轴的一端，多个所述第一从动轮分布于所述第一主动轮周围并与所述第一主动轮啮合，所述第一主动轮和所述第一从动轮均为斜齿轮；

平行级齿轮副，包括第一平行级齿轮副及第二平行级齿轮副，所述第一平行级齿轮与所述第一平行轴的另一端连接，所述第一平行级齿轮副增速后传递给第二平行级齿轮副，所述第二平行级齿轮副通过功率汇流减少分流数量；及

输出轴，与所述第二平行级齿轮副连接。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述输入轴用于与所述轮毂连接的端部直径增大形成有连接法兰。

3.根据权利要求1所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述输入轴设有连接凸台，所述第一主动轮通过螺栓安装于所述连接凸台上。

4.根据权利要求1所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第一平行轴的一端安装有第一轴承，所述第一从动轮的两侧均设有所述第一轴承，所述第一从动轮远离所述轮毂一侧的所述第一轴承为推力轴承。

5.根据权利要求1所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第一平行级齿轮副包括第二主动轮、第二从动轮及第二平行轴，所述第二主动轮安装于所述第一平行轴的另一端，所述第二从动轮安装于所述第二平行轴的一端，所述第二从动轮与至少一个所述第二主动轮相啮合。

6.根据权利要求5所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第一从动轮一体成型于所述第一平行轴上，所述第二从动轮一体成型于所述第二平行轴上。

7.根据权利要求5所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第二主动轮的数量为所述第二从动轮的倍数，所述第二从动轮位于所述第二主动轮围成的区域内，每个所述第二从动轮啮合多个所述第二主动轮。

8.根据权利要求5所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第二平行级齿轮副包括第三主动轮及第三从动轮，所述第三主动轮安装于所述第二平行轴的另一端，所述第三从动轮安装于所述输出轴上，所述第三从动轮与多个所述第三主动轮相啮合。

9.根据权利要求8所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述输出轴内穿设有连接轴，所述第三从动轮一体成型于所述连接轴上，所述连接轴与所述输出轴柔性连接。

10.根据权利要求8所述的齿轮箱多分流平行传动结构，其特征在于，所述第二平行轴上设有连接套，所述第三主动轮通过螺栓安装于所述连接套上。

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