一种适用于风电传动链的浮动连接机构的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电机组集成式传动链的设计技术领域，具体涉及一种适用于风电传动链的浮动连接机构。


背景技术：

2.随着风电市场竞争，风电设备价格不断降低，风电机组制造商必须在确保性能满足要求的前提下不断降低制造成本。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。
3.提高市场竞争力，风电机组传动链的发展趋势是将主轴、主轴承、主轴承座、齿轮箱、发电机紧密集成为整体结构，取消部分联轴器或轴承，前后部件共享箱体结构，以此来减少零部件数量，和缩短传动链长度来减轻重量，从而实现降低成本的目的。此种结构的机组通常称为全集成传动链风电机组。在常规全集成传动链中，增速齿轮箱输入轴与主轴后端用螺栓(或螺栓+销)刚性连接为一体，实现主轴的扭矩传递给齿轮箱；而齿轮箱前箱体同时与主轴轴承座用螺栓刚性连接为整体结构。
4.现有的全集成传动链中主轴部件与风电齿轮箱的连接结构存在以下缺点：由于风轮重力及工作载荷的影响，主轴工作中将产生挠曲变形。由于齿轮箱第一级行星架以螺栓(或螺栓+销)刚性连接于主轴尾端，主轴挠曲变形将直接传递到一级行星架，导致行星架轴心线发送偏斜和位移变形，即使采用提高主轴部件刚度的方式进行限制，该变形量仍将严重影响第一级行星齿轮副的齿面啮合状态，使其可靠性及使用寿命大幅下降。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种适用于风电传动链的浮动连接机构，以解决上述背景技术中提到的主轴的挠曲变形直接传递到一级行星架的技术问题。
6.为解决该技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
7.一种适用于风电传动链的浮动连接机构，包括前箱体，还包括主轴组件和一级行星架组件；
8.所述主轴组件和所述一级行星架组件分别相对地可转动地设于所述前箱体内，所述一级行星架组件置于所述主轴组件内，所述主轴组件的转动能带动所述一级行星架组件的转动；所述主轴组件和所述一级行星架组件之间采用间隙配合，主轴组件能在该间隙范围内偏移，且偏移后的主轴组件仍能带动所述一级行星架组件转动。
9.进一步地，所述主轴组件包括主轴本体和内花键套，所述主轴本体可转动地设于所述前箱体内，所述内花键套同轴地刚性连接于所述主轴本体的端面上；所述一级行星架组件包括一级行星架本体和外花键，所述一级行星架本体可转动地设于所述前箱体内，所述一级行星架本体的输入端置于所述内花键套内，并设有与所述内花键套相对的外花键，所述外花键与内花键套之间采用间隙配合，并能实现花键连接。
10.进一步地，还设有主轴轴承座、主轴前轴承和主轴后轴承；所述主轴轴承座设于所
述前箱体内，所述主轴本体分别通过所述主轴前轴承和所述主轴后轴承设于所述主轴轴承座上。
11.进一步地，其特征在于，还设有行星架前轴承和行星架后轴承；所述行星架本体通过所述行星架前轴承与所述前箱体相连，所述行星架本体通过所述行星架后轴承与所述中箱体相连。
12.进一步地，所述外花键两侧面为中部向外鼓起的鼓形，且通过该鼓起处与所述内花键套接触。
13.进一步地，所述内花键套通过螺栓组同轴地与主轴本体的端面相连。
14.进一步地，所述螺栓组包括螺栓本体和空心销；所述空心销穿设于主轴本体和内花键套上，所述螺栓同轴地穿设于空心销上。
15.进一步地，所述外花键一体成型于所述行星架本体上。
16.与现有技术相比，本技术的进步之处在于：通过在主轴组件和一级行星架组件之间设置间隙，使得主轴组件在挠曲变形在其间隙内进行，即主轴组件的挠曲变形在间隙内被隔离了从而不影响一级行星架组件，且在挠曲变形后仍能使一级行星架组件转动，从而使得挠曲变形传递不到一级行星架组件上。
附图说明
17.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。
18.图1为本实用新型一实施例提供的一种适用于风电传动链的浮动连接机构在全集成传动链齿轮箱内的连接示意图；
19.图2为主轴组件的端面结构示意图；
20.图3为一级行星架组件的结构示意图；
21.图4为外花键的平面图；
22.图5为外花键的三维形状示意图。
23.附图标记：
24.1-轮毂；
25.2-主轴组件；21-主轴前轴承；22-主轴轴承座；23-主轴后轴承；24-内花键套；26-主轴本体；
26.3-螺栓本体；
27.4-空心销；
28.5-一级行星架组件；51-一级行星架本体；52-外花键；53-行星架前轴承；54-行星架后轴承；
29.6-前箱体；
30.7-中箱体；
31.8-一级内齿圈。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅
用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
33.请一并参阅图1-图4，本实施例提供了一种适用于风电传动链的浮动连接机构，包括前箱体6，还包括主轴组件2和一级行星架组件5。
34.主轴组件2和一级行星架组件5分别相对地可转动地设于前箱体6内，一级行星架组件5置于主轴组件2内，主轴组件2的转动能带动一级行星架组件5的转动；主轴组件2和一级行星架组件5之间采用间隙配合，主轴组件2能在该间隙范围内偏移，且偏移后的主轴组件2仍能带动一级行星架组件5转动。应理解的是，轮毂1将压力传递到主轴组件2上，使主轴组件2产生挠曲变形，并在一级行星架组件5与主轴组件2的间隙间产生自由偏转和径向位移，但其移动仍在间隙范围内，即其挠曲变形不会传递到一级行星架组件5上，且在挠曲变形后仍能带动一级行星架组件5转动，由此实现了隔离挠曲变形对齿轮箱的不利影响。
35.在其他方案中，主轴组件2包括主轴本体26和内花键套24，主轴本体26可转动地设于前箱体6内，内花键套24同轴地刚性连接于主轴本体26的端面上；一级行星架组件5包括一级行星架本体51和外花键52，一级行星架本体可转动地设于前箱体6内，一级行星架本体51的输入端置于内花键套24内，并设有与内花键套24相对的外花键52，外花键52与内花键套24之间采用间隙配合，并能实现花键连接。通过设置内花键套24与外花键52之间的间隙至合理的范围内，能使得内花键套24在受到主轴本体26产生的挠曲变形后仍与外花键52留有间隙，从而隔离挠曲变形对一级行星架本体51的影响；而在挠曲变形后，由于内花键套24与外花键52之间花键连接，内花键套24的转动仍能带动外花键52转动。还应理解的是，外花键52套沿一级行星架本体51的轴向设置，多个外花键52沿一级行星架本体51的周向均匀设置，外花键52与内花键套24之间花键连接，外花键52的左右上下都与内花键套24采用间隙配合。
36.在其他方案中，还设有主轴轴承22座、主轴前轴承21和主轴后轴承23；主轴轴承22座设于前箱体6内，主轴本体26分别通过主轴前轴承21和主轴后轴承23设于主轴轴承22座上。通过设置轴承座与轴承，使得主轴本体26的转动更顺滑，同时能良好地支撑主轴本体26。
37.在其他方案中，还包括中箱体7，还设有行星架前轴承53和行星架后轴承54；行星架本体通过行星架前轴承53与前箱体6相连，行星架本体通过行星架后轴承54与中箱体7相连。应理解的是，前箱体6和中箱体7都为齿轮箱的一部分，另外，一级行星架上还设有一级内齿圈8，一级内齿圈8可转动地设于中箱体7内，能和行星架前轴承53、行星架后轴承54一同对一级行星架本体51进行支撑。
38.在其他方案中，外花键52两侧面为中部向外鼓起的鼓形，且通过该鼓起处与内花键套24接触。应理解的是，外花键52的两侧的中部都向外鼓起成鼓形，即外花键52的两侧齿面为曲线凸起，形成的齿形为中间厚，两侧变薄的鼓形；由于外花键52的中部高于两侧，通过该鼓形能使得外花键52与内花键套24的接触点始终位于鼓起处，进而避免了主轴本体轴线的角度偏斜变形而导致花键齿边缘接触损坏，且不会影响到花键副的正常啮合。
39.在其他方案中，内花键套24通过螺栓组同轴地与主轴本体26的端面相连。
40.在其他方案中，螺栓组包括螺栓本体3和空心销4；空心销4穿设于主轴本体26和内花键套24上，螺栓同轴地穿设于空心销4上。内花键套24与主轴的连接螺栓和销采用同心组
合结构。每一个位置点既可以布置空心销4来传递扭矩，也可以在空心销4中心穿过布置螺栓，靠螺栓预紧力传递摩擦力，从而实现最大化增加布置螺栓和销的数量，提高了该连接结构的可靠性。尤其在主轴直径受限或者需要选配直径较小的主轴轴承22时，该种结构最大化提高连接的可靠性，也有利于缩小结构几何尺寸，降低成本。
41.在其他方案中，外花键52一体成型于行星架本体上。鼓形外花键52直接加工在齿轮箱一级行星架的轴伸端。外花键52与行星架的整体设计能够轻松实现加工，无需考虑特殊工艺或者特殊机床的限制，加工周期与成本可控。同时，鼓形外花键52直接加工在行星架轴伸端还可以简化行星架的结构设计，避免分体结构带来的加工精度要求和组合可靠性风险。
42.上述的适用于风电传动链的浮动连接机构在风电全集成传动链中连结关系为：主轴本体26端的内花键套24与主轴本体26内孔配合并以端面定位，通过一定数量的螺栓本体3和空心销4刚性连接为整体，螺栓本体3和空心销4采用同心配合结构，可以实现圆周分布数量最大化；其分布可以采用一圈组合分布连接，也可以采用两圈组合分布连接；主轴本体26靠前后两个轴承支撑于主轴轴承座22上；齿轮箱侧的一级行星架本体51以行星架前轴承和行星架后轴承53支撑，其中一级行星架本体51的轴伸端作为齿轮箱的输入轴，在轴头上加工有外花键52轴段，外花键52轴段采用鼓形齿结构，即齿侧两端为鼓形曲线形状，前箱体和一级内齿圈8、中箱体7和后箱体共同构成箱体组件，用于支撑一级行星架8，其中前箱体6前端面为法兰结构，通过螺栓与主轴承座22刚性连接为整体。
43.应知晓的是，来自风轮产生的所有载荷通过轮毂1传递到主轴本体26和主轴承座，并引起主轴本体26的挠曲变形，内花键套24与主轴本体26靠近一级行星架本体51端刚性连接为整体，跟随主轴本体26发生挠曲变形。一级行星架本体51轴端的鼓形外花键52轴段与内花键套24采用间隙配合，通过设计合理间隙值，内花键套24和外花键52轴段之间可以实现径向浮动以隔离主轴带来的挠曲变形，且不影响扭矩的传递。由于外花键52轴段的花键齿侧采用鼓形曲线，无论主轴的挠曲变形如何变化，均可以保证花键齿的啮合位置在中间区域附近变动，不会发生边缘接触，从而防止花键副边缘压溃而提前失效。因此外花键52轴段仅仅将扭矩传递到齿轮箱的一级行星架本体51上，而不会传递对一级行星轮副啮合有害的来自主轴本体26端的挠曲变形；同时也避免了由于有害变形引起的附加作用力对行星轮轴承的损害效果，从而保证齿轮箱的使用寿命及可靠性。
44.上述的适用于风电传动链的浮动连接机构的优点在于：
45.(1)鼓形齿浮动花键副连接能够自动补偿主轴的轴线挠曲变形，避免影响行星齿轮副的正常啮合用以及不给行星轮轴承增加额外的附加作用力。鼓形齿浮动花键副由于花键配合采用间隙浮动设计，且外花键52齿的齿侧采用鼓形曲线，能够实现隔离主轴挠曲变形的效果。当主轴后端由于工作载荷引起挠曲变化(主要是轴线的径向位移及轴线的角度偏斜)，传递到花键副，内外花键52可以直接依靠间隙设计来发生径向位移以补偿轴线径向方向的变形，而鼓形曲线齿侧的设计则能够补偿主轴轴线的角度偏斜变形而不会导致花键齿发生边缘接触损坏。因此鼓形齿浮动花键副的设计能够自动适应主轴带来的挠曲，实现对轴心线的偏移进行补偿，避免将过大的主轴挠曲变形传递到一级行星部套，破坏齿轮副的啮合状态及引起附加载荷降低行星轮的轴承寿命。另外，现有结构中，由于行星架轴线的偏斜和位移变形，行星轮轴承在运行中将受到额外的附加载荷作用，导致滚道应力超过设
计允许值等问题，持续运行后将引起轴承提前失效。而本技术中由于一级行星架本体51浮动花键连接于内花键套24内，能够避免行星架轴线偏移。
46.(2)内花键套24与主轴的连接螺栓和销采用同心组合结构，每一个位置点既可以布置空心销4来传递扭矩，也可以在空心销4中心穿过布置螺栓，靠螺栓预紧力传递摩擦力，从而实现最大化增加布置螺栓和销的数量，提高了该连接结构的可靠性。尤其在主轴直径受限或者需要选配直径较小的主轴轴承22时，该种结构最大化提高连接的可靠性，也有利于缩小结构几何尺寸，降低成本。
47.(3)鼓形外花键52直接加工在齿轮箱一级行星架的轴伸端，无需考虑特殊工艺或者特殊机床的限制，加工周期与成本可控。同时，鼓形外花键52直接加工在行星架轴伸端还可以简化行星架的结构设计，避免分体结构带来的加工精度要求和组合可靠性风险。
48.(4)现有技术中为限制主轴部件受载变形量而采取的提高主轴及主轴承座刚度的措施，将导致主轴和主轴承座的重量大幅度增加，这增加了主轴及主轴承座的成本，而本技术中通过浮动连接而不采用改变材料和重量的形式实现了减重和降本。
49.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。

技术特征：
1.一种适用于风电传动链的浮动连接机构，包括前箱体，其特征在于，还包括主轴组件和一级行星架组件；所述主轴组件和所述一级行星架组件分别相对地可转动地设于所述前箱体内，所述一级行星架组件置于所述主轴组件内，所述主轴组件的转动能带动所述一级行星架组件的转动；所述主轴组件和所述一级行星架组件之间采用间隙配合，主轴组件能在该间隙范围内偏移，且偏移后的主轴组件仍能带动所述一级行星架组件转动。2.根据权利要求1所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，所述主轴组件包括主轴本体和内花键套，所述主轴本体可转动地设于所述前箱体内，所述内花键套同轴地刚性连接于所述主轴本体的端面上；所述一级行星架组件包括一级行星架本体和外花键，所述一级行星架本体可转动地设于所述前箱体内，所述一级行星架本体的输入端置于所述内花键套内，并设有与所述内花键套相对的外花键，所述外花键与内花键套之间采用间隙配合，并能实现花键连接。3.根据权利要求2所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，还设有主轴轴承座、主轴前轴承和主轴后轴承；所述主轴轴承座设于所述前箱体内，所述主轴本体分别通过所述主轴前轴承和所述主轴后轴承设于所述主轴轴承座上。4.根据权利要求2所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，包括中箱体，其特征在于，还设有行星架前轴承和行星架后轴承；所述行星架本体通过所述行星架前轴承与所述前箱体相连，所述行星架本体通过所述行星架后轴承与所述中箱体相连。5.根据权利要求2-4任一所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，所述外花键两侧面为中部向外鼓起的鼓形，且通过该鼓起处与所述内花键套接触。6.根据权利要求2所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，所述内花键套通过螺栓组同轴地与主轴本体的端面相连。7.根据权利要求6所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，所述螺栓组包括螺栓本体和空心销；所述空心销穿设于主轴本体和内花键套上，所述螺栓同轴地穿设于空心销上。8.根据权利要求2所述的一种适用于风电传动链的浮动连接机构，其特征在于，所述外花键一体成型于所述行星架本体上。

技术总结
本实用新型提供了一种适用于风电传动链的浮动连接机构，包括前箱体，还包括主轴组件和一级行星架组件；主轴组件和一级行星架组件分别相对地可转动地设于前箱体内，一级行星架组件置于主轴组件内，主轴组件的转动能带动一级行星架组件的转动；主轴组件和一级行星架组件之间采用间隙配合，主轴组件能在该间隙范围内偏移，且偏移后的主轴组件仍能带动一级行星架组件转动。上述的适用于风电传动链的浮动连接机构能够隔离挠曲变形传递至齿轮箱内。接机构能够隔离挠曲变形传递至齿轮箱内。接机构能够隔离挠曲变形传递至齿轮箱内。


技术研发人员：黄永平
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/8/17