大传动比风电齿轮箱传动系统的制作方法

1.本发明涉及风力发电传动技术领域，具体为大传动比风电齿轮箱传动系统。


背景技术：

2.现有兆瓦级风力发电机均采用行星齿轮传动方式。随着风力发电机发电量的增大，要求传动齿轮箱具有更高的传动比，目前行业内对大传动比风电齿轮箱，例如8-10mw的传动设计是将多级行星传动轴向级联，这种方式导致传动系统轴向尺寸大幅增大、重量大幅增加，由于传动系统安装在高空中的机舱内，因此这种传动系统给风机的吊装及后期维护带来极大的不便。


技术实现要素：

3.本发明意在提供大传动比风电齿轮箱传动系统，以解决现有的大传动比风电齿轮箱传动系统轴向尺寸大的问题。
4.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.大传动比风电齿轮箱传动系统，包括外行星传动机构和内行星传动机构，外行星传动机构包括输入行星架、固定齿圈和多个外行星轮，外行星轮转动连接在输入行星架上，固定齿圈啮合在外行星轮外侧；内行星传动机构包括转动齿圈、固定行星架、太阳轮和多个内行星轮，内行星轮转动连接在固定行星架上，转动齿圈啮合在外行星轮和内行星轮之间，太阳轮啮合在内行星轮内侧，动力从输入行星架输入、太阳轮输出。
6.本方案的原理和有益效果为：
7.功率由输入行星架输入，输入行星架通过行星架轴承支撑，通过外行星传动机构传送给内行星传动机构，最后由太阳轮输出。具体的，输入行星架带动外行星轮在固定齿圈内转动，并带动转动齿圈转动，转动齿圈带动内行星轮转动，由内行星轮带动太阳轮转动，最终将功率从太阳轮输出。本方案中，转动齿圈同时作为外行星传动机构的太阳轮和内行星传动机构的齿圈，将外行星传动机构的功率传送给内行星传动机构，在内行星传动机构中，转动齿圈作为功率输入，将功率传送给内行星轮。
8.本方案能够适用于大兆瓦高传动比风电齿轮箱，传动比范围大，且通用性强，可仅调整内行星传动机构的太阳轮和内行星轮，保证外行星传动机构的通用。本方案将传统的一级行星传动机构和二级行星传动机构在径向上复合为复合级传动机构，轴向布置更加紧凑，有效的减少了轴向尺寸，解决了现有的风电齿轮箱传动系统轴向尺寸较大的问题，方便风机吊装和后期维修。
9.研发过程中，发明人尝试过将动力从固定齿圈输入，如此设置行星架轴承可以取消，成本能够有一定的下降，但是申请人发现，这种方式复合后的传动系统的传动比相比未复合前大幅降低，虽然轴向尺寸得到了减小，但是传动比无法满足要求。最终经过大量研究和试验才得到了本方案，本方案中功率由输入行星架输入，不仅能够缩小轴向尺寸，还能够保持较大的传动比，传动比可以达到11.187。
10.进一步，还包括二级行星传动机构，二级行星传动机构包括二级行星架，太阳轮与二级行星架连接。
11.本方案中，经验证，在达到与传统3级行星结构相同的传动比的情况下，本实施例在轴向的尺寸远小于传动3级行星结构的轴向尺寸；而在相同的轴向尺寸下，本实施例能够达到更大的传动比。
12.进一步，内行星轮的均布条件满足公式：
13.zring+zsun＝kn；
14.式中：
15.zring为转动齿圈的齿数；
16.zsun为太阳轮齿数；
17.n为内行星轮个数；
18.k为整数。
19.外行星轮的数量为10-12个，内行星轮的数量为3-4个。
20.现有技术中，轴向级联的传动系统内，外行星传动机构中的行星轮数量较少，本技术的复合结构中因转动齿圈作为外行星传动机构的太阳轮，内侧还复合内行星传动机构，因此转动齿圈的尺寸较大，可通过设置更多的外行星轮来减小径向尺寸，外行星轮和内行星轮的数量采用本方案的方式来设定，具体设定为外行星轮的数量设置为10-12个，内行星轮的数量为3-4个，在传动比相同的情况下，单个外行星轮的尺寸可减小，由此控制整个传动系统的径向尺寸。
21.进一步，输入行星架与风力发电机的主轴刚性连接。
22.本方案中，通过螺栓直接将输入行星架与主轴刚性连接，相比用锁紧盘或法兰盘连接的方式而言，输入行星架无需额外设置轴承支撑，可进一步缩小轴向尺寸。
附图说明
23.图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
24.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
25.说明书附图中的附图标记包括：输入行星架1、固定齿圈2、外行星轮3、转动齿圈4、内行星轮5、固定行星架6、太阳轮7、行星架轴承8、齿圈轴承9、外行星传动机构10、内行星传动机构11。
26.实施例1：
27.如图1所示，大传动比风电齿轮箱传动系统，包括复合级行星传动机构和二级行星传动机构(图中未示出)，复合级行星传动机构包括外行星传动机构10和内行星传动机构11。外行星传动机构10包括输入行星架1、固定齿圈2、行星架轴承8和多个外行星轮3，输入行星架1的左端通过锁紧盘或法兰盘与主轴连接并通过行星架轴承8进行支撑，外行星轮3转动连接在输入行星架1上并在周向上均匀分布。固定齿圈2为内齿结构，固定齿圈2啮合在所有外行星轮3外侧。
28.内行星传动机构11包括转动齿圈4、固定行星架6、太阳轮7、齿圈轴承9和多个内行
星轮5，固定行星架6通过螺栓等固定件固定在齿轮箱内，多个内行星轮5转动连接在固定行星架6上并在周向上均匀分布。转动齿圈4通过齿圈轴承9支撑从而转动安装在齿轮箱内，转动齿圈4为双齿结构，即同时具备内齿和外齿，转动齿圈4通过其内齿和外齿啮合在外行星轮3和内行星轮5之间，太阳轮7啮合在内行星轮5内侧。
29.本实施例中，内行星轮5的均布条件满足公式：
30.zring+zsun＝kn；
31.式中：
32.zring为转动齿圈的齿数；
33.zsun为太阳轮齿数；
34.n为内行星轮个数；
35.k为整数。
36.具体的，内行星轮5的数量为3-4个，本实施例中为3个。外行星轮3的均布条件也满足上述公式，式中，zring为固定齿圈2的齿数，zsun为转动齿圈4的齿数，n为外行星轮3的个数；说明：在内行星传动机构11中，转动齿圈4作为太阳轮。
37.装配时行星轮之间不能发生干涉，需满足公式：
38.da《2a*sin(180/n)；
39.式中：
40.da为行星轮齿顶圆；
41.a为中心距；
42.n为行星轮个数。
43.具体实施过程如下：
44.功率从输入行星架1输入，经由外行星传动机构10传送至内行星传动机构11，最终由太阳轮7输出。具体的，输入行星架1自转，带动外行星轮3沿着固定齿圈2内壁公转，因外行星轮3与固定齿圈2的啮合作用，外行星轮3公转的同时自转，由此带动与其啮合的转动齿圈4自转，由于固定行星架6固定在齿轮箱内，故内行星轮5能够在转动齿圈4的作用下仅自转，从而带动太阳轮7转动，将功率从太阳轮7输出至二级行星传动机构中。
45.本方案中，转动齿圈4同时作为外行星传动机构10的太阳轮和内行星传动机构11的齿圈，由此将外行星传动机构10和内行星传动机构11在径向上复合为复合级行星传动机构，轴向结构紧凑，有效的减少了整个传动系统的轴向尺寸，解决了现有的多级轴向级联的传动系统轴向尺寸太大的问题。采用转动齿圈4作为外行星传动机构10的太阳轮7，由于转动齿圈4的直径较大，在相同传动比下，可以通过增加内行星轮5和外行星轮3的数量来满足传动比要求，由此可以将内行星轮5和外行星轮3的径向尺寸做的更小，综合因转动齿圈4而增大的径向尺寸，因此，本方案整体而言，在径向上的尺寸也不会有太大的增加，并且由于内行星轮5和外行星轮3更小，更利于轴承的选型设计。
46.本方案适用于大兆瓦高传动比的风电齿轮箱，传动比范围大。实际运用时，根据传动比的要求来选择和调整内行星轮5和外行星轮3的数量和尺寸，以及调节转动齿圈4的尺寸。还可以根据传动比需求，仅调整太阳轮7和内行星轮5的数量或尺寸，以满足不同的传动比需求，外行星传动机构10则用于通用，因此，本方案还具有较强的通用性。
47.本方案在轴向尺寸缩小后，还能够达到较大的传动比，满足总的传动比要求。以
10mw级别半直驱风电齿轮箱为例，总传动比要求为78
±
1％，第一级行星传动采用本实施例中的复合传动，即复合级行星传动机构，外行星轮3采用10个行星轮，固定齿圈2的齿数为109，转动齿圈4的齿数为61，外行星轮3的齿数为24，传动比为1.787，外行星轮3的齿顶圆为600，中心距为1020；内行星轮5采用3个行星轮，转动齿圈4的齿数为121，太阳轮的齿数为23，内行星轮5的齿数为49，传动比为6.26，内行星轮5的齿顶圆为882，中心距为612；根据传动比公式：i
复合级
＝i
外i内
，第一级复合传动比为11.187，根据传动比公式：i
总
＝i
复合级
i2相应的第二级传动比，二级行星传动机构的传动比则为6.972，二级行星传动机构选用3个行星轮可以轻松达到总的传动比要求，即本实施例在缩小轴向尺寸的同时，能够轻松的达到传动比要求。
48.实施例2：
49.本实施例与实施例1的不同之处在于，外行星轮3的数量为12个。
50.实施例3：
51.本实施例与实施例1的不同之处在于，内行星轮5的数量为4个。
52.实施例4：
53.本实施例与实施例1的不同之处在于，输入行星架1左端直接通过螺栓与主轴刚性连接，无需行星架轴承8支撑。采用本实施例的方式，能够省去行星架轴承8，可进一步缩小轴向尺寸。
54.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.大传动比风电齿轮箱传动系统，其特征在于：包括复合级行星传动机构，复合级行星传动机构包括外行星传动机构和内行星传动机构，外行星传动机构包括输入行星架、固定齿圈和多个外行星轮，外行星轮转动连接在输入行星架上，固定齿圈啮合在外行星轮外侧；内行星传动机构包括转动齿圈、固定行星架、太阳轮和多个内行星轮，内行星轮转动连接在固定行星架上，转动齿圈啮合在外行星轮和内行星轮之间，太阳轮啮合在内行星轮内侧，动力从输入行星架输入、太阳轮输出。2.根据权利要求1所述的大传动比风电齿轮箱传动系统，其特征在于：还包括二级行星传动机构，二级行星传动机构包括二级行星架，太阳轮与二级行星架连接。3.根据权利要求1所述的大传动比风电齿轮箱传动系统，其特征在于：内行星轮的均布条件满足公式：zring+zsun＝kn；式中：zring为转动齿圈的齿数；zsun为太阳轮齿数；n为内行星轮个数；k为整数。外行星轮的数量为10-12个，内行星轮的数量为3-4个。4.根据权利要求1所述的大传动比风电齿轮箱传动系统，其特征在于：输入行星架与风力发电机的主轴刚性连接。

技术总结
本发明涉及风力发电传动技术领域，具体为大传动比风电齿轮箱传动系统，包括外行星传动机构和内行星传动机构，外行星传动机构包括输入行星架、固定齿圈和多个外行星轮，外行星轮转动连接在输入行星架上，固定齿圈啮合在外行星轮外侧；内行星传动机构包括转动齿圈、固定行星架、太阳轮和多个内行星轮，内行星轮转动连接在固定行星架上，转动齿圈啮合在外行星轮和内行星轮之间，太阳轮啮合在内行星轮内侧，动力从输入行星架输入、太阳轮输出。本方案将两级行星传动在径向上复合为一级，轴向布置更加紧凑，有效的减少了轴向尺寸，解决了现有的风电齿轮箱传动系统轴向尺寸较大的问题。风电齿轮箱传动系统轴向尺寸较大的问题。风电齿轮箱传动系统轴向尺寸较大的问题。


技术研发人员：明磊 冯厚斌 戴先武 叶伟 康祯 谭鑫
受保护的技术使用者：重庆望江工业有限公司江苏分公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/7